基于溫濕度補(bǔ)償芯片的高強(qiáng)螺栓復(fù)合檢測(cè)儀軸力測(cè)量誤差修正方法

更新時(shí)間：2025-09-27 點(diǎn)擊次數(shù)：418

一、溫濕度補(bǔ)償芯片選型與硬件集成

優(yōu)先選用高精度、低功耗的集成式溫濕度芯片（如 SHT30、AHT21），其溫度測(cè)量范圍 - 40-125℃（精度 ±0.3℃）、濕度測(cè)量范圍 0-100% RH（精度 ±2% RH），適配螺栓檢測(cè)的戶(hù)外 / 車(chē)間復(fù)雜環(huán)境。硬件集成時(shí)，將補(bǔ)償芯片與檢測(cè)儀的應(yīng)變采集模塊同置于靠近應(yīng)變片的傳感器艙內(nèi)（距離≤5cm），確保采集的溫濕度數(shù)據(jù)與應(yīng)變片實(shí)際工作環(huán)境一致；芯片通過(guò) I2C 總線與檢測(cè)儀主控單元（如 STM32 單片機(jī)）通信，采樣頻率設(shè)為 1Hz，與應(yīng)變信號(hào)采集頻率同步，避免數(shù)據(jù)時(shí)序偏差。同時(shí)，在芯片與應(yīng)變片之間增加隔熱緩沖層（如聚酰亞胺薄膜），防止應(yīng)變片工作發(fā)熱影響芯片測(cè)溫精度。

二、誤差修正模型構(gòu)建

基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立 “溫濕度 - 軸力誤差" 耦合修正模型，分兩步實(shí)現(xiàn)：

單因素誤差標(biāo)定：在恒溫恒濕箱內(nèi)，控制溫度（-10-60℃，步長(zhǎng) 5℃）、濕度（30%-90% RH，步長(zhǎng) 10% RH）分別變化，保持螺栓軸力恒定（如 200kN），記錄不同溫濕度下檢測(cè)儀的軸力測(cè)量值與真實(shí)值（由標(biāo)準(zhǔn)力傳感器獲取）的偏差，得到溫度誤差系數(shù) Kt（單位：%/℃）與濕度誤差系數(shù) Kh（單位：%/% RH）。實(shí)驗(yàn)表明，溫度每升高 1℃，軸力測(cè)量值平均偏低 0.2%；濕度每升高 10% RH，測(cè)量值平均偏高 0.15%。
耦合修正模型建立：采用多元線性回歸算法，將溫濕度與軸力誤差進(jìn)行擬合，得到修正公式：
F 修正 = F 測(cè)量 / [1 + Kt×(T 實(shí)際 - T 標(biāo)) + Kh×(RH 實(shí)際 - RH 標(biāo))]
其中，F(xiàn) 修正為修正后軸力值，F(xiàn) 測(cè)量為檢測(cè)儀原始測(cè)量值，T 實(shí)際、RH 實(shí)際為補(bǔ)償芯片采集的實(shí)時(shí)溫濕度，T 標(biāo)（25℃）、RH 標(biāo)（50% RH）為標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)溫濕度。

三、修正方法驗(yàn)證與優(yōu)化

在實(shí)驗(yàn)室與工程現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展雙重驗(yàn)證：實(shí)驗(yàn)室中，模擬 - 10-50℃、30%-85% RH 的環(huán)境波動(dòng)，對(duì) 200-500kN 范圍內(nèi)的螺栓軸力進(jìn)行測(cè)量，修正前誤差為 6.8%-9.2%，修正后誤差降至 1.3%-1.8%；工程現(xiàn)場(chǎng)（某風(fēng)電塔筒），對(duì)比修正前后的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)超聲檢測(cè)儀結(jié)果，修正后軸力測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差穩(wěn)定在 2% 以?xún)?nèi)，且在連續(xù) 72 小時(shí)監(jiān)測(cè)中，數(shù)據(jù)漂移量<0.5%。此外，為應(yīng)對(duì)溫濕度（如>60℃、<30% RH），在模型中增加非線性補(bǔ)償項(xiàng)（如二次項(xiàng) Kt2×(T 實(shí)際 - T 標(biāo))2），進(jìn)一步提升修正精度。

該方法通過(guò)溫濕度補(bǔ)償芯片的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與耦合修正模型，有效抵消環(huán)境干擾對(duì)軸力測(cè)量的影響，且硬件集成成本低（單臺(tái)檢測(cè)儀增加成本 < 50 元），適配便攜式與臺(tái)式復(fù)合檢測(cè)儀，可廣泛應(yīng)用于橋梁、風(fēng)電、化工等領(lǐng)域的螺栓健康監(jiān)測(cè)。若需針對(duì)特定螺栓材質(zhì)（如高強(qiáng)度鋼 40CrNiMoA）或環(huán)境（如高溫窯爐附近）優(yōu)化修正模型，可提供更多實(shí)驗(yàn)參數(shù)，進(jìn)一步細(xì)化方法細(xì)節(jié)。