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热电偶测温在飞机上应用研究

热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,它直接测量温度,并将温度信号转换成电动势(mV)信号,配以测量信号的仪表和温度补偿装置,便可以实现温度的测量和温度信号的转换。

1热电偶测温原理

1.1热电效应

       热电偶测量温度的原理主要是基于材料的热电效应。把两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,如果将它们的两个接点分别置于温度不同的热源中,则在该回路内就会产生热电动势,这种现象称为热电效应,又称为塞贝克效应。

       热电偶将两种不同的导体或半导体焊接在一起置于温度测量环境中,称为工作端或测量端,也称热端;未焊接的一端称为自由端或参考端,也称冷端,并将其连接测量装置或仪表。热端和冷端的温差越大,热电偶的输出热电动势越大,当温差为0时,热电偶的输出电动势为0mV,但温度与热电动势并不是线性关系。国际上,通常将热电偶分为T型(铜一康铜)、E型(镍铬--康铜)和K型(镍铬--镍硅或镍铝)等,并且每种热电偶的测量温度与热电动势间都有相应的分度表,即参考端温度为0C时的测量端温度与热电动势的对应关系表,可以通过测量热电偶输出的热电动势值再查分度表得到相应的温度值。目前,飞机上测量发动机T4温度采用的是K型(镍铬--镍铝)热电偶。

       通过测量热电偶输出端的热电动势大小可以测量温度的大小。热电偶产生的热电势大小,只与热电偶材料和两端温度有关,与热电偶的长度和直径均无关。

1.2仪表冷端自动补偿电路

       延长型补偿导线为合金丝的化学成分及热电动势与配用的热电偶相同,飞机测量T4温度采用的就是延长型的补偿导线。

       由于K型热电偶正、负两极材料强度差,并不耐挠曲,因而设计成较粗的线径,致使其与测量仪表连接安装均感不便,于是采用补偿导线与测量或显示仪器连接。

       热电偶补偿导线的作用只是延伸热电偶,将热电偶的冷端移动到测量或显示仪器的端子.上,它本身并不能去除冷端温度变化对测温的影响,不能起到补偿的作用。因此,还需采用其他修正方法补偿冷端温度to≠0℃时对测温的影响。

       仪表冷端自动补偿原理是在热电偶的冷端与测量或显示仪表输人电路之间串联一-个直流信号源和一个电阻温度系数较大的铜电阻,当热电偶冷端温度变化时,铜电阻阻值随之变化,直流信号源在铜电阻上产生的电压降也随之变化,其变化的电压降与热电偶变化的热电势同向叠加,从而达到冷端自动补偿的目的。

2飞机发动机T4温度的测量

       飞机发动机T4温度的测量主要包括热电偶、补偿电缆、冷端补偿电阻三部分。热电偶的热端直接与发动机的排气温度接触,热电偶的冷端安装在发动机的壳体外侧;热电偶的冷端通过补偿电缆直接与飞机T4温度显示装置连接;在显示装置内部内置了T4温度补偿电阻。

       正常情况下,热电偶测量发动机排气温度与发动机壳体间的温度差,补偿电缆测量发动机壳体与测量装置间的温度差,测量装置内的补偿电阻补偿了测量装置与绝对温度0度间的温度差,通过这样的测量,可以得出发动机T温度的真实的温度值。

       由于发动机安装的热电偶特性的差异,无法做到每个热电偶的测量值能真体现出发动机真实的功率状态,因此,发动机在出厂时,需要经过调整,保证发动机的T4温度与发动机功率状态---对应,这就需要对发动机的T4温度进行匹配,通过这样的匹配,可以保证发动机在热功率状态下,发动机的T4温度与标准的功率对应。在飞机上显示的发动机T4温度并不是发动机排气的真实温度,而是经过匹配计算后得出的值,匹配后的T4温度尽量保证飞机的T4温度在500~1000℃显示精度,发动机在出厂前,通过在发动机车台上进行测试,来调整每台发动机的匹配电阻。

3结语

       飞机发动机T4温度是发动机工作的重要参数,其测量结果不再是简单的温度测量并显示的形式,通过对发动机T4温度测量原理的分析,有助于我们更深人地理解其测量结果,为进一步分析发动机T4温度显示故障提供有力的技术支持。


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