沈 雪, 田于逵,张 璇,孙海浪,谢 华,张 楠

(中国船舶科学研究中心 水动力学国防科技重点实验室,江苏 无锡 214082)

水下MEMS壁面剪应力传感器标定不确定度分析研究

沈 雪, 田于逵*,张 璇,孙海浪,谢 华,张 楠

(中国船舶科学研究中心 水动力学国防科技重点实验室,江苏 无锡 214082)

针对MEMS壁面剪应力传感器进行了标定及其不确定度分析工作。标定基于压力梯度法,使用扁平校验水槽作为主要的试验装置。测量不同壁面剪应力下的MEMS输出电压信号,通过最小二乘拟合可获得标定系数。反复进行壁面剪应力及电压测量,同时查找相关产品说明书获得壁面剪应力及标定系数的不确定度。试验结果表明,剪应力测量的相对扩展不确定度小于7%,且外流速度越大,剪应力测量的不确定度越小,因此扁平校验水槽能够提供较高精度的剪应力输入;电压测量的相对扩展不确定度小于7%,且外流速度越大,电压测量的不确定度越小,因此传感器能够可靠地用于流体壁面剪应力的测量;标定曲线具有合理的形态且拟合相关性较高,因此标定公式具有较好的可靠性。

MEMS传感器;壁面剪应力;标定;压力梯度法;扁平水槽

0 引 言

流体壁面剪应力测量对于流动减阻、湍流结构机理研究等方面都具有重要作用,但是这一物理量较难测得。近年来,MEMS技术的发展推动了传感器尺寸的微小化,MEMS传感器为壁面剪应力的测量提供了一种准确有效的手段。国内外许多研究机构已经开展了各类MEMS壁面剪应力传感器的设计制造。……