航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室出口高溫?zé)犭娕夹?zhǔn)
發(fā)布時(shí)間：2022-10-19
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摘要:目前,，雖然有眾多的方法測量燃燒室出口燃?xì)鉁囟?，?a href="http://xerl.cn/">
熱電偶以其造價(jià)低,、使用方便和數(shù)據(jù)錄取快捷等特點(diǎn),，在燃燒室出口溫度場測量中被廣泛采用,。然而,，由于熱電偶接點(diǎn)與周圍環(huán)境進(jìn)行導(dǎo)熱,、對流與輻射換熱,，熱電偶測溫存在輻射誤差與導(dǎo)熱誤差(合稱為換熱誤差)。換熱誤差易受到周圍環(huán)境,、電偶材料,、電偶型式等因素的影響。因此,，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的基礎(chǔ)上,，研究其出口位置
高溫?zé)犭娕?/strong>校準(zhǔn)技術(shù)，減少誤差,。
熱電偶是基于賽貝克效應(yīng)的測溫元件,，由于其具有測量精度高、熱響應(yīng)時(shí)間快,、測量范圍大,、性能可靠等特點(diǎn)，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中最常用的溫度傳感器之一,。熱電偶在使用過程中易受到環(huán)境影響,，其熱電特性會(huì)發(fā)生變化，故為了保證測溫的準(zhǔn)確性,，必須根據(jù)國家檢定規(guī)程和校準(zhǔn)規(guī)范定期檢定熱電偶,，依此判定被檢熱電偶是否可以繼續(xù)使用。
1熱電偶有關(guān)概念
1.1熱電偶概念
熱電偶是將2種不同材料的金屬焊接在一起,，當(dāng)參考端和測量端有溫差時(shí),，就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢，根據(jù)該電動(dòng)勢與溫度的單值關(guān)系可以得到測量端溫度,。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單,，響應(yīng)快，適宜遠(yuǎn)距離測量和自動(dòng)控制的特點(diǎn),，應(yīng)用比較廣泛,。在理想狀態(tài)下，熱電偶的理論誤差<0.5%,但在實(shí)際測量中,，其測量精度還受到燃燒室內(nèi)氣流和邊界條件以及熱電偶結(jié)構(gòu)等因素的影響,，實(shí)際誤差遠(yuǎn)高于0.5%,。由于熱電偶接點(diǎn)與周圍環(huán)境進(jìn)行導(dǎo)熱、對流與輻射換熱,，熱電偶測溫存在輻射誤差與導(dǎo)熱誤差(合稱為換熱誤差),。這些誤差很難定量,使得修正熱電偶的測量溫度極為困難。
1.2熱電偶工作原理
由兩種不同金屬或合金A,、B組成,，如圖1左圖的閉合回路，是最簡單的熱電偶回路,，這兩種不同金屬或合金的組合就稱為熱電偶,。.
實(shí)際測溫中的熱電偶回路如圖1右圖所示，A,、B稱為熱電極,，它們的一端通常焊接在一起形成接點(diǎn)，稱為測量端(工作端或熱端),，而另一端稱為參考端(自由端或冷端),。測溫時(shí)，將熱電偶的測量端置于被測溫場中,，其參考端恒定在某一溫度下(通常為0℃),，然后通過連接導(dǎo)線與測量儀表相連。由于熱電偶兩端所處的溫度不同,，在熱電偶回路中就有電動(dòng)勢產(chǎn)生,。用測量儀表測得電動(dòng)勢的數(shù)值后，便可間接知道相應(yīng)的溫度或者直接由測量儀表指示出溫度,。
2熱電偶校準(zhǔn)技術(shù)
2.1穩(wěn)態(tài)校準(zhǔn)
是采用聚焦到3.5μm點(diǎn)的激光東使兩個(gè)結(jié)之間產(chǎn)生溫差,。當(dāng)激光束對傳感器掃描時(shí)，將鎳電阻傳感器的響應(yīng)與熱電偶的響應(yīng)進(jìn)行比較,，就可獲得熱電偶結(jié)的靈敏度,。由于熱電偶結(jié)采用作為標(biāo)準(zhǔn)的電阻傳感器校準(zhǔn)，因而校準(zhǔn)方法與所吸收的激光功率及夾層介質(zhì)的熱性質(zhì)無關(guān),。
穩(wěn)態(tài)校準(zhǔn)分兩步完成,。在第一步中，被校準(zhǔn)的鎳條(WZ=90μm)用作電阻溫度傳感器,。這將元件暴露千加熱室的不同溫度之中就能實(shí)現(xiàn)。測得室溫電阻為600,，靈敏度為0.24Ω/℃,。為了確保鉭/金/鉭引線電阻確實(shí)可忽略不計(jì),.測量了自由寬度W2=60μm的第二個(gè)鎳條的靈敏度，測得第二個(gè)鎳條電阻為40Ω,，靈敏度為0.16Ω/℃.具有W2的線性刻度說明引線的影響可以忽略,。
2.2靜態(tài)校準(zhǔn)
在溫度的測量過程中,，用熱電偶測出的實(shí)際上是熱電勢,而并非溫度值本身，所以必須知道每-種熱電偶的熱電勢與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系,，才能最終得到需要的溫度值,，而且不同材料組成的熱電偶其熱電勢與溫度之間的關(guān)系又是不同的，因此對于那些非標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶在使用前就必須進(jìn)行靜態(tài)校準(zhǔn),。熱電偶的靜態(tài)校準(zhǔn),，就是將熱電偶置于若干溫度下測量其熱電勢，并確定熱電勢與溫度的對應(yīng)關(guān)系,。
2.3動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)
熱電偶的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)不論在國內(nèi)還是在國外都尚處于發(fā)展階段,，沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，很多研究工作都是探索性的,，并且大多僅是為了直接獲取熱電偶的時(shí)間常數(shù),，熱電偶的時(shí)間常數(shù)定義為:假定對這種傳感器的熱接點(diǎn)施加一個(gè)階躍變化的溫度，傳感器的輸出與初始溫度差達(dá)到整個(gè)溫度階躍的63.2%時(shí),，所經(jīng)歷的時(shí)間,。熱電偶時(shí)間常數(shù)的獲取方法，一般是按輸.入為階躍信號(hào)對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),，從輸出響應(yīng)曲線上直接獲取,。在產(chǎn)生用于動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)的階躍溫度信號(hào)的方法上，由于激光加熱易于控制的優(yōu)點(diǎn),隨著激光技術(shù)的發(fā)展,激光加熱將成為一種趨勢,，然而其研究還很不完善,，沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以,，目前產(chǎn)生階躍溫度信號(hào)的主要方法仍然為:熱風(fēng)洞法,、瞬時(shí)電加熱法和激波管法，此處不做詳細(xì)闡述,。
2.4使用高溫?zé)犭娕夹?zhǔn)裝置
在校準(zhǔn)時(shí),，以標(biāo)準(zhǔn)光電高溫計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)，通過爐體上的黑體輻射腔使光電高溫計(jì)測量爐體中心區(qū)的溫度,，黑體輻射腔的末端與被檢熱電偶的感溫端在同一平面,，二者溫度值相同，利用比較法得到熱電偶的示值誤差,。高溫?zé)犭娕纪ㄟ^低熱電勢掃描開關(guān)連接到數(shù)字電壓表進(jìn)行測試,，通過串口由上位機(jī)實(shí)時(shí)讀取熱電偶的電勢值，同時(shí)上位機(jī)也采集光電高溫計(jì)的實(shí)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)溫度,，通過軟件換算比對得到被檢熱電偶的示值誤差或修正值,。
3結(jié)束語
傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，其水平的高低是衡量一個(gè)國家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志,。溫度傳感器作為傳感器的重要分支,，被廣泛地用于正確測量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域,，為了能夠滿足實(shí)時(shí)在線、快速和準(zhǔn)確的溫度測量,，對溫度傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)顯得越來越重要,。闡述了幾點(diǎn)熱電偶校準(zhǔn)技術(shù)，以供參考,。
