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基于溫濕度補償芯片的高強螺栓復(fù)合檢測儀軸力測量誤差修正方法

來源：河北天棋星子檢測設(shè)備有限公司   2025年09月27日 08:09  

一、溫濕度補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），其溫度測量范圍 - 40-125℃（精度 ±0.3℃）、濕度測量范圍 0-100% RH（精度 ±2% RH），適配螺栓檢測的戶外 / 車間復(fù)雜環(huán)境。硬件集成時，將補償芯片與檢測儀的應(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)變片實際工作環(huán)境一致；芯片通過 I2C 總線與檢測儀主控單元（如 STM32 單片機）通信，采樣頻率設(shè)為 1Hz，與應(yīng)變信號采集頻率同步，避免數(shù)據(jù)時序偏差。同時，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)熱影響芯片測溫精度。

二、誤差修正模型構(gòu)建

基于實驗數(shù)據(jù)建立 “溫濕度 - 軸力誤差” 耦合修正模型，分兩步實現(xiàn)：

  1. 單因素誤差標(biāo)定：在恒溫恒濕箱內(nèi)，控制溫度（-10-60℃，步長 5℃）、濕度（30%-90% RH，步長 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儀的軸力測量值與真實值（由標(biāo)準(zhǔn)力傳感器獲?。┑钠?，得到溫度誤差系數(shù) Kt（單位：%/℃）與濕度誤差系數(shù) Kh（單位：%/% RH）。實驗表明，溫度每升高 1℃，軸力測量值平均偏低 0.2%；濕度每升高 10% RH，測量值平均偏高 0.15%。

  2. 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 測量 / [1 + Kt×(T 實際 - T 標(biāo)) + Kh×(RH 實際 - RH 標(biāo))]

    其中，F(xiàn) 修正為修正后軸力值，F(xiàn) 測量為檢測儀原始測量值，T 實際、RH 實際為補償芯片采集的實時溫濕度，T 標(biāo)（25℃）、RH 標(biāo)（50% RH）為標(biāo)定實驗的標(biāo)準(zhǔn)溫濕度。

三、修正方法驗證與優(yōu)化

在實驗室與工程現(xiàn)場開展雙重驗證：實驗室中，模擬 - 10-50℃、30%-85% RH 的環(huán)境波動，對 200-500kN 范圍內(nèi)的螺栓軸力進(jìn)行測量，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（某風(fēng)電塔筒），對比修正前后的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)超聲檢測儀結(jié)果，修正后軸力測量值與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差穩(wěn)定在 2% 以內(nèi)，且在連續(xù) 72 小時監(jiān)測中，數(shù)據(jù)漂移量<0.5%。此外，為應(yīng)對溫濕度（如>60℃、<30% RH），在模型中增加非線性補償項（如二次項 Kt2×(T 實際 - T 標(biāo))2），進(jìn)一步提升修正精度。
該方法通過溫濕度補償芯片的實時數(shù)據(jù)采集與耦合修正模型，有效抵消環(huán)境干擾對軸力測量的影響，且硬件集成成本低（單臺檢測儀增加成本 < 50 元），適配便攜式與臺式復(fù)合檢測儀，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。若需針對特定螺栓材質(zhì)（如高強度鋼 40CrNiMoA）或環(huán)境（如高溫窯爐附近）優(yōu)化修正模型，可提供更多實驗參數(shù)，進(jìn)一步細(xì)化方法細(xì)節(jié)。



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