航空發(fā)動機(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)鉁囟龋?a href="http://6667376.com/">
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)，就會產(chǎn)生電動勢，根據(jù)該電動勢與溫度的單值關(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勢產(chǎn)生。用測量儀表測得電動勢的數(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動態(tài)校準(zhǔn)
熱電偶的動態(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，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.入為階躍信號對其進(jìn)行動態(tài)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，從輸出響應(yīng)曲線上直接獲取。在產(chǎn)生用于動態(tài)校準(zhǔn)的階躍溫度信號的方法上，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。
