基于阶跃响应标定的表面热流辨识方法研究

卓立军; 谭文策; 易法军

doi:10.3969/j.issn.1000-1158.2026.02.02

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计量学报 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (2) : 166-172. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2026.02.02

热学计量

基于阶跃响应标定的表面热流辨识方法研究

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Research on the Estimation of Surface Heat Flux Based on Calibration of Unit Step Response

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摘要

为了提高热流传感器在极端高温环境下的适应性和测量精度，提出了基于阶跃响应标定的热流辨识方法。首先，建立内部温度和表面热流的卷积积分关系，并基于截断奇异值分解和低通滤波建立由内部温度辨识表面热流的方法。然后，通过施加恒定辐射热流，对水冷式热流传感器的阶跃响应进行标定。最后，利用阶跃响应实验标定结果和实测内部温度对施加于传感器表面的辐射热流进行辨识。结果表明，所提方法得到的热流辨识值与参考值的相对误差低于3%，不确定度优于10%，实现了辐射热流高精度、低不确定度测量，同时计算过程无需获取材料热物性参数和热电偶位置，有效降低了参数依赖性。

Abstract

In order to improve the adaptability and measurement accuracy of heat flow sensors in extreme high-temperature environments， a heat flow estimation method based on step response calibration is proposed. First， a convolutional integral between internal temperature and surface heat flux is established， and the heat flux is estimated from the internal temperature based on truncated singular value decomposition and low-pass filtering. Then， the unit step response of a water-cooled heat flux sensor is calibrated by applying a constant radiative heat flux. Finally， the radiative heat flux applied to the surface of the sensor is estimated using the measured temperature data and the experimentally calibrated unit step response. Results show that the relative error of estimation is lower than 3% and the uncertainty is better than 10%， compared with the reference value， achieving high-precision and low uncertainty measurement of radiation heat flux. Besides， the calculation process does not require obtaining material thermophysical parameters and thermocouple position， effectively reducing parameter dependence.

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卓立军, 谭文策, 易法军. 基于阶跃响应标定的表面热流辨识方法研究[J]. 计量学报. 2026, 47(2): 166-172 https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2026.02.02

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中图分类号： TB941

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