Page 84 - 摩擦学学报2025年第9期

1338 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

由于温度、倾斜度和噪声等因素造成的相位测量误差 4 18 ℃
23 ℃
对膜厚的测量结果影响较小. 而当膜厚逐渐增大到 39 ℃ Almost overlapping
59 ℃
60.5 μm时，相位趋近于零，膜厚变化产生的理论相位 65 ℃
变化较小，实际测量过程中微小的相位误差将对膜厚 Phase/rad 2
测量结果产生较大的影响，此时温度、倾斜度和噪声 0

对测量结果影响显著.
2.3 变温条件下相位法测量油膜厚度的方法及有 −2
效性验证
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
在摩擦学元件实际运行过程中，摩擦副由于摩 Frequency/MHz
擦生热将不可避免地出现温升现象. 温度升高将使 Fig. 12 Comparison between the phase of the reference
得参考信号相位发生偏移并且将影响超声波在介质 signals with compensation and that measured
中的声学参数，进而影响了相位法测量润滑膜厚度 at different temperatures
图 12 不同温度下线性补偿后参考信号与
的精度.
实测信号相位对比情况
图11所示为不同温度下参考信号与15 ℃时参考
信号相位的差值，从图11可以看出，相位差值随温度 时，有无温度补偿情况下相位法测量润滑膜厚度的
基本成线性关系，通过线性拟合获得其拟合直线为 情况. 由图13可知，在变温情况下，无温度补偿时，随
Φ=−0.0165T+0.1500. 因此，在实际测量过程中，可以 着膜厚的增加，其测量误差明显增大，而采用温度补

通过线性补偿来消除温度漂移对相位的影响. 偿后，其测量误差得到有效抑制，与设定值吻合较好.

0.0

70
Results with temperature
−0.2 60 compensation
R =0.9985 50 Results without temperature
2
compensation
Phase, Φ/rad −0.4 Φ=−0.0165T+0.1500 Measured film thickness/μm 40
−0.6
30
−0.8 Actual phase 20
Phase fitting curve 10
−1.0
20 30 40 50 60 0
Temperature, T/℃ 10 20 30 40 50
Set oil film thickness/μm
Fig. 11 The fitting curve of the phase of the reference signals
Fig. 13 Comparison between the results with/without
with different temperatures
图 11 不同温度下参考信号相位的拟合曲线 temperature compensation and the set values
图 13 有无温度补偿的结果与设置值的对比

图12所示为不同温度下参考信号通过线性补偿
为了验证温度补偿策略的普适性，开展不同温度
模拟获得的65 ℃下的相位与65 ℃实测信号相位的关
条件下的油膜厚度检测试验. 图14所示为18~35 ℃使
系，从图12中可以看出，补偿后的相位与实际相位几
用温度补偿后测量结果与设定膜厚值的对比情况. 由
乎重叠，表明通过线性补偿可以有效地消除温度变化
对参考信号相位的影响. 另一方面，基于温度影响介 图14可知，不同温度下通过补偿后的超声波反射信号
质参数导致的相位法膜厚测量误差的理论分析结果 相位都能较好地获得准确的润滑膜厚度，展现出良好
可知，温度导致润滑膜密度和声速的变化引起的相位 的鲁棒性. 此外，由图14可知，在膜厚较小时，随着温
法膜厚测量误差相对较大，而其他2种介质的影响相 度的升高，补偿后膜厚测量值与设定值之间的误差有
对较小. 鉴于此，本文中采用表2中温度对润滑油密度 增大的趋势. 可能原因是试验中通过加热片使样件升
和声速影响的函数关系对润滑油的参数进行补偿，忽 温时由于样件体积较大散热快，会出现一定程度的温
略温度对巴氏合金和钢介质参数的影响. 度不均匀现象，进而导致温度补偿出现偏差而影响相
图13所示为参考信号为18 ℃、油膜温度为21 ℃ 位法膜厚测量精度.