微型热敏剪应力传感器的温度补偿

微型热敏剪应力传感器在航空航天等领域有重要应用价值,然而基于热敏感原理的间接剪应力测量会引入流体环境温度的影响.结合热敏剪应力传感嚣的热交换模型,研究了流体环境温度变化的影响机理.分析了常用温度修正方法的应用局限性,设计了结合流体温度、从信号处理角度修正传感器输出的温度补偿方法,没有增加电路复杂程度,显著提高了测量精度.测试实验表明:当流体环境温度在10～20℃范围变化时,温度造成的输出信号偏移误差从原来的2％/℃降低到了0.5％/℃,证明了该方法的有效性.     

新型圆光栅测角误差补偿方法及其应用

在实际工业应用中,环境温度变化是便携关节式坐标测量机中旋转轴系测角精度的主要误差源。为了消除环境温度对旋转轴系测角精度的影响,本文提出了一种新型圆光栅测角误差补偿方法,即建立含有环境温度影响因子的圆光栅测角误差补偿模型。利用谐波方法建立在特定温度下的圆光栅测角误差补偿模型,利用多项式方法建立谐波系数与环境温度之间的函数关系。最后,以14℃下的实验数据为验证数据,分别代入到传统谐波误差补偿模型和本文提出的模型中。实验结果表明,相对于传统谐波误差补偿模型,使用本文提出的模型补偿后圆光栅的测角精度提高4倍左右,修正后的残差峰峰值在2″以内,能够有效地补偿10～40℃下圆光栅的测角误差。     

基于GA-BP神经网络温度补偿的红外温度传感器设计

为减少环境温度对红外测温的影响,并提高测量精度,提出了一种基于热电堆与热敏电阻的红外探头、Cortex-M3 ARM处理器及高精度低噪声测量电路的红外温度传感器。利用梯度下降法建立红外探头的输出电压、环境温度和目标温度的BP神经网络模型,用遗传算法对其初始权值和阈值进行优化,并将基于该模型的算法嵌入ARM处理器,求出目标温度。该红外温度传感器实现了对物体温度-10～+50℃范围的测量,平均绝对误差为0.033℃,均方根误差为0.035℃。     

阳极溶出镉在线分析仪的同步校正方法

针对基于阳极溶出伏安法水质镉在线分析仪溶出峰的电流值受环境温度影响问题,提出了一种同步校正的改进方法。该方法利用样品和校正液溶出峰电流信号随温度同步变化特性,在一个样品测量周期内同时进行校正液的测定,并将两者的溶出峰电流线性比较而计算出样品浓度。实验结果表明,镉溶出峰电流值随温度的升高而增大,当温度从5℃上升至43℃时,溶出峰电流值增大了近2.3倍,且影响机制为镉离子在工作电极表面扩散层的迁移速率主要受温度控制。采用改进的同步校正方法,镉在线仪器在5~43℃测量值的误差均小于10%,有效解决了仪器测量值对环境温度敏感问题。     

非标准环境温度下机床热误差测量结果修正方法研究

针对环境温度变化对同一台数控机床热误差测量结果造成的影响,提出一种采用被测量工件和测量工具的热膨胀差对热误差测量结果进行修正的方法,并运用该方法对滚珠丝杠热误差测量结果进行修正,实验修正结果证明了该方法的实用性。     

基于ANSYS的齿轮测量机机械部件的温度场分析

随着齿轮测量机在生产车间内逐步普及应用,对其精度的要求也越来越高。在众多影响因素中,车间内温度变化对仪器的影响不可忽视,这需要进一步分析整体仪器在不同环境温度下的温度场分布情况。阐述了利用Pro/E软件对齿轮测量机进行实体建模,再以IGS格式导入到ANSYS软件中,从而分析得出在环境温度为20 ℃～25 ℃齿轮测量机机械部件的温度分布,最终得到环境温度变化对测量精度的影响,为以后进一步分析热变形齿轮测量机几何精度的影响奠定了基础。     

小型CO2热泵热水器膨胀阀控制策略试验研究

设计制作了采用翅片管换热器作为蒸发器的CO_2热泵热水机试验样机。在焓差试验室中,环境温度-15～32℃范围,出水温度在65～90℃范围内,对该热泵热水器的电子膨胀阀控制方法进行了试验研究。结果表明:相比于膨胀阀常规的过热度控制方法,通过排气温度来控制膨胀阀的开度更为稳定、有效。     

强制通风温度传感器计算流体动力学设计与分析

自然通风防辐射罩内部的温度传感器受到太阳辐射的影响会导致其温度测量值高于大气真实温度,辐射误差可达0.8℃甚至更高。为提高气温观测精度,文中提出一种强制通风温度传感器设计。利用计算流体动力学方法(CFD)分析计算该传感器在不同环境条件下的辐射误差,采用麦夸特法对仿真数据进行拟合,获得辐射误差修正方程。结果表明,强制通风温度传感器具有较高的气温观测精度,可达0.05℃量级。CFD仿真结果和辐射误差修正方程结果之差小于0.005℃,两者具有较高的一致性。     

低功耗小尺寸片上温度传感器设计

为了精确测量芯片内的温度分布,提出了一个低功耗、小尺寸的温度传感器。该传感器使用一个输出电流与绝对温度成比例(PTAT)的电流发生器检测环境温度,然后使用一个源耦合流控振荡器将PTAT电流转换成频率输出。所提出的电路采用22 nm SOI CMOS工艺设计并制造,其有源区域占用的片上面积为0.01 mm~2,电源电压为0.8 V。测量结果表明,所提出的架构能够在-40～+85℃的温度范围内工作。工作于+85℃时,温度传感器的功耗达到最大值,为500 nW。使用单点校准后,该温度传感器的最大温度误差小于1℃。     

高精度温度标定仪

介绍了一种基于ARM7LPC21XX微控制器系列的高精度温度标定仪,它以仪器内的气体温度为被控对象,使之成为其它温度测试仪的温度参数校准标准;该设备以铂热电阻P_t100为温度传感器,用电阻炉丝作为加热源,并针对设备的非线形误差从硬件和软件两方面进行修正和补偿,使之产生的标准温度的测量精度在0℃～200℃内可达到±0.1℃,控制精度可达±0.5℃。     

NEW METHOD OF REDUCING HEAT DEFORMATION OF SLIDEWAY GRINDERS

A new concept used for designing large-scale and high-precision NC slideway grinders which are called self-collimation slideway grinders is introduced to eliminate thermal deformation of them. Its principle is to make use of gravitational deformation of machine beds and their foundations automatically to compensate for thermal deformation caused by environmental temperature fluctuation and friction heat between machine tables and machine beds by decreasing longitudinal section stiffness of machine beds and foundations. By FEM analysis and application of more than 10 years, it shows that they have advantages of high precision and low cost, moreover, no constant temperature rooms are required. The linearity error of parts machined with them is less than 0.003 mm/m, and machining precision can almost keep constant for a long time.     

高精度铂电阻测温系统

普通四线制铂电阻测温系统受恒流源长短期漂移、导线热电动势影响,其测量准确度难以超过0.1℃量级。本文分析了一种改进型4线制高精度铂电阻测温方法的原理误差,并设计了相应的高精度铂电阻测温系统。采用温度系数小、阻值稳定性好的参考电阻作为铂电阻阻值测量基准,消除了恒流源长期漂移引起的铂电阻测温误差;分别在正、反向恒流激励条件下测量了铂电阻上的电压,利用导线热电势大小与方向的短期不变性,对得到的两电压量求差以消除导线热电势的影响;通过半导体致冷器（TEC）控制恒流源温度来减小恒流源的短期电流漂移,进而减小其对铂电阻测温精度的影响;设计了精度高、阶跃响应速度快的分时复用式电压信号采集单元用来高精度地测量铂电阻和参考电阻上电压量的比值。等效实验和校准实验结果表明,高精度铂电阻测温系统的测量稳定性优于0.005 ℃/10 day,测量分辨力优于0.005 ℃,测量准确度为0.02 ℃（k=2）,满足超精密激光干涉测量系统提出的高精度温度测量需求。     

基于新型模糊PID控制单元的LD精密温控研究

为改善温度波动对光通信用半导体激光器性能的影响,设计了基于三维语言变量的高精度跟踪误差温度控制系统。为减小系统成本,利用运算放大器AD620和OP07等器件设计了温度采集系统,并采用最小二乘法拟合温度数据,从而建立温度—电阻关系模型,预测温度变化趋势;加入第三维模糊语言变量,结合窄域论以适当压缩E、EC、ECC的论域,采用模糊规则设定方法,建立新型三维模糊PID规则表并求解得出模糊查询表。结果表明:当预设温度为25℃时,温控系统超调量为0.97℃,最大下冲量出现在第17s,其值为0.69℃;工作51s后,LD系统进入稳定状态,温度保持为25±0.05℃;在第150~210s内,其温度值标准差为0.020 4℃。同时,该系统实现了对半导体激光器0~75℃的大范围精密温控,温控精度为±0.05℃。该系统能够实现对半导体的高效制冷、加热控制,具有响应时间快和系统开销小的优势,能对控制参数实现自整定。     

Thermal Error Compensation of the Wear-Depth Real-Time Detecting of Self-Lubricating Spherical Plain Bearings

The spherical plain bearing test bench is a necessary detecting equipment in the research process of self-lubricating spherical plain bearings. The varying environmental temperatures cause the thermal deformation of the wear-depth detecting system of bearing test benches and then affect the accuracy of the wear-depth detecting data. However, few researches about the spherical plain bearing test benches can be found with the implementation of the detecting error compensation. Based on the self-made modular spherical plain bearing test bench, two main causes of thermal errors, the friction heat of bearings and the environmental temperature variation, are analysed. The thermal errors caused by the friction heat of bearings are calculated, and the thermal deformation of the wear-depth detecting system caused by the varying environmental temperatures is detected. In view of the above results, the environmental temperature variation is the main cause of the two error factors. When the environmental temperatures rise is 10.3 °C, the thermal deformation is approximately 0.01 mm. In addition, the comprehensive compensating model of the thermal error of the wear-depth detecting system is built by multiple linear regression (MLR) and time series analysis. Compared with the detecting data of the thermal errors, the comprehensive compensating model has higher fitting precision, and the maximum residual is only 1 μm. A comprehensive compensating model of the thermal error of the wear-depth detecting system is proposed, which provides a theoretical basis for the improvement of the real-time wear-depth detecting precision of the spherical plain bearing test bench.     

捷联式航空重力仪比力系统热分析研究

以国内首台具有完全自主知识产权的捷联式航空重力仪的研制为背景,分析了其比力系统中所用石英挠性加速度计的性能需求,对该加速度计进行相关热分析,并研究了力矩线圈发热及工作环境温度的波动对加速度计测量误差的影响。结果显示由力矩线圈发热产生的测量误差达0.001量级,鉴于比力系统精度对环境温度变化较敏感,应为其提供一个精度约为±0.01℃的温度控制系统。     

Thermal error characteristic analysis and modeling for machine tools due to time-varying environmental temperature

The accuracy of machine tools is affected by both internal heat sources and time-varying environmental temperature. Therefore, the thermal deformation caused by environmental temperature variation is an important factor, which requires attention during thermal error modeling. In order to analyze the influence of time-varying environmental temperature on the thermal error of the machine tool, this paper proposed a thermal error modeling approach by using the thermal error transfer function of the machine tool. The approach was implemented in the following three steps. First, the thermal time constant of major components was calculated, according to structural parameters. Then, the thermal error transfer function of the components was derived. Finally, the thermal error transfer function of the whole machine was built based on the construction relationship. The analytical approaches of time domain and frequency domain were applied to obtain the thermal characteristics of machine tools based on the thermal error transfer function. Numerical simulations and the Z-axis operating experiment of three-axis milling machine were performed to verify the accuracy and effectiveness of the thermal error predicted model. The result shows that the proposed model is versatile and general with a clear modeling mechanism, which would provide a useful tool for the analysis and optimization design of machine tools with good thermal robustness.     

空间相机温度-离焦特性分析与试验

为了提高空间相机在不同温度条件下的成像质量,本文建立了空间相机光-机-热集成分析模型,以此模型为基础,对系统的温度-离焦特性进行研究,得到了相机温度调焦曲线,并开展了热光学试验。首先,分析了温度变化对光学系统的影响,特别是对最佳像面位置的影响,得到了相机离焦量与光学元件参数的关系;介绍了光机热集成分析的一般方法,即将热分析的温度场,经过映射,作为结构分析的边界条件,然后进行结构有限元的热弹性分析,通过对变形结果中光学元件曲率和刚体位移做拟合,得到敏感因素的温度-离焦敏感度矩阵;在此基础上得到了相机温度调焦曲线;最后,开展了相机热光学试验。试验结果表明,基于集成分析结果的温度调焦,空间相机在20℃±8℃内的最大误差小于0.1mm,基本满足相机在轨自动调焦的要求,并指出了进一步提高相机温度调焦精度的方法。     

煤油介质伺服机构油面电压与温度关系研究

伺服机构油面电压会随着环境温度的变化而变化,为了使煤油介质伺服机构在各种环境温度下均能正常工作,需要研究伺服机构油面电压与温度间的关系。根据液体热膨胀理论和现役型号伺服机构油面电压与温度间的经验公式,假设煤油介质伺服机构油面电压与温度间为线性关系。使用2台某型号煤油介质伺服机构进行了-35℃~+75℃的温度试验,获得了各温度点下的油面电压值。分别采用线性和二次多项式拟合的方法对油面电压值与温度间的关系进行了拟合,验证了油面电压值与温度间的线性关系,并根据试验数据推导了某型煤油介质伺服机构油面电压值与温度间的换算公式。     

Thermal deformation analysis and compensation of the direct-drive five-axis CNC milling head

The machining precision of the milling head is primarily affected by the thermal errors that originated from the thermal deformation. Thermal error compensation is an economical and efficient method to overcome these thermal errors. The milling head’s heat source is analyzed to calculate the thermal boundary load based on component parameters of the milling head. The milling head’s thermal deformation is then simulated using ANSYS software to achieve the milling head’s temperature distribution and the amount of thermal deformation. Through the design and construction of the milling head temperature and thermal deformation experiment platform, the thermal deformation experiment of the milling head is performed. Accordingly, the measuring point temperature and the tooltip offset are obtained. Finally, a thermal error compensation method is proposed based on the homogeneous transformation. The research results give a theoretical reference and technical support for the thermal error compensation, optimized design, and development of milling heads.