某型飛機發(fā)動機熱電偶溫度測量方法的研究

焦陽+趙浩然+王志勇

摘 要：隨著我國經(jīng)濟水平的飛速發(fā)展下，熱電偶在我國相關(guān)領(lǐng)域得到了較多的認可，然而在航空機載測試的過程中依然會存在較多的不足之處，這樣就要求相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當提高測量質(zhì)量，不斷研制新型的測量方法，從而為我國的經(jīng)濟建設(shè)做出貢獻。對此，本文主要從熱電偶溫度測量所具備的優(yōu)勢、熱電偶溫度測量的不足之處、熱電偶測量的困難、某型飛機發(fā)動機熱電偶溫度測量的解決措施幾方面進行分析，筆者提出相關(guān)建議，提供給相關(guān)人士，旨在和同行互相交流，供以借鑒。

關(guān)鍵詞：熱電偶；信號調(diào)理；溫度測量

倘若相關(guān)技術(shù)人員想要對某型飛機發(fā)動機設(shè)備的有關(guān)參數(shù)進行驗證，尤其是對其溫度以及壓力的有關(guān)參數(shù)進行測量，那么必須有著較高的測量要求，只有做到精準的測量，才能夠得到具體參數(shù)逇狀況。因為溫度有著較多的測量點，并且發(fā)動機自身所具有熱電偶的種類也是存在差異性的。因此，相關(guān)技術(shù)人員一定要將相應(yīng)的電壓信號加以調(diào)整，轉(zhuǎn)換成可以被收集的信號，而在這個調(diào)正的環(huán)節(jié)中具有一定的繁瑣性。對此，本文主要從以下幾方面來對某型飛機發(fā)動機熱電偶溫度測量方法進行研究，并提出合理化建議，僅供參考。

1 熱電偶溫度測量所具備的優(yōu)勢

（1）溫度范圍廣：從環(huán)境溫度到飛機噴氣引擎排氣，熱電偶適用于大多數(shù)實際的溫度范圍。熱電偶量溫度范圍在-200°C至+2500°C之間，具體取決于所使用的金屬線。（2）堅固耐用：熱電偶屬于耐用器件，抗沖擊振動性好，適合于危險惡劣的環(huán)境。（3）響應(yīng)快：因為它們體積小，熱容量低，熱電偶對溫度變化響應(yīng)快，尤其在感應(yīng)接合點裸露時。它們可在數(shù)百毫秒內(nèi)對溫度變化作出響應(yīng)。（4）無自發(fā)熱：由于熱電偶不需要激勵電源，因此不易自發(fā)熱，其本身是安全的。

2 熱電偶溫度測量所存在的不足之處

（1）信號調(diào)理復雜：將熱電偶電壓轉(zhuǎn)換成可用的溫度讀數(shù)必需進行大量的信號調(diào)理。一直以來，信號調(diào)理耗費大量設(shè)計時間，處理不當就會引入誤差，導致精度降低。（2）精度低：除了由于金屬特性導致的熱電偶內(nèi)部固有不精確性外，熱電偶測量精度只能達到參考接合點溫度的測量精度，一般在1°C至2°C內(nèi)。（3）易受腐蝕：因為熱電偶由兩種不同的金屬所組成，在一些情況下，隨時間而腐蝕可能會降低精度。因此需要保護和保養(yǎng)。（4）抗噪性差：當測量毫伏級信號變化時，機載條件下雜散電場和磁場產(chǎn)生的噪聲會引起致命的問題。當然絞合的熱電偶線可能大幅降低磁場耦合，使用屏蔽電纜或在金屬導管內(nèi)走線也可降低電場耦合。因此，測量器件應(yīng)當提供硬件或軟件方式的信號過濾，能有力抑制噪聲及其諧波。

3 熱電偶測量的難點

相關(guān)人員將熱電偶所得到的電壓逐漸轉(zhuǎn)變城相應(yīng)的溫度值并不是件簡單的事情，這是因為電壓信號不是很強，溫度電壓所表現(xiàn)出來的形式是非線性的，這樣就需要將接合點補償考慮進去，并且熱電偶會在某種程度上引起接地的情況。對此，筆者對以下幾種問題進行研究。

3.1 電壓信號太弱

因為電壓信號微弱，信號調(diào)理電路一般需要約50倍以上的增益，這是相當簡單的信號調(diào)理。更棘手的事情是如何識別實際信號和熱電偶引線上的拾取噪聲。熱電偶引線較長，經(jīng)常穿過電氣噪聲密集環(huán)境。引線上的噪聲可輕松淹沒微小的熱電偶信號。一般結(jié)合兩種方案來從噪聲中提取信號。第一種方案使用差分輸入放大器（如儀表放大器）來放大信號。因為大多數(shù)噪聲同時出現(xiàn)在兩根線上（共模），差分測量可將其消除。第二種方案是低通濾波，消除帶外噪聲。低通濾波器應(yīng)同時消除可能引起放大器整流的射頻干擾（1MHz以上）和50Hz/400Hz（電源）的工頻干擾。在放大器前面放置一個射頻干擾濾波器（或使用帶濾波輸入的放大器）十分重要。50Hz/400Hz濾波器的位置無關(guān)緊要，它可以與RFI濾波器組合放在放大器后端。

3.2 參考接合點補償

倘若想要進一步獲得精確的溫度參數(shù)，那么相關(guān)人員首先要掌握接合點的溫度。當首次應(yīng)用熱電偶的情況下，這個步驟是將相應(yīng)的參考接合點放入到冰池里面完成的。該方式能夠?qū)Σ煌N類的熱電偶所具有的特征進行分析，所以基本上全部的熱電偶表搜采取0°C當作相應(yīng)的參考數(shù)值。就諸多測量體系來說，相關(guān)人員將參考接合點控制在冰池里面有些不合邏輯，特別是對于航空測量的領(lǐng)域來說。諸多系統(tǒng)經(jīng)過改用以后就叫做參考接合點補償?shù)募夹g(shù)。而該技術(shù)能夠通過另一種相應(yīng)的器件進行測量，通常是IC、二極管等。接著再對二極管所產(chǎn)生的電壓情況進行補償操作，從而將測量點的溫度體現(xiàn)出來，一定要最大程度對參考接合點進行讀取，并且將相應(yīng)的傳感器和參考接合點處所具有的問題處于一致的狀態(tài)下。不管是哪種數(shù)據(jù)的讀取所產(chǎn)生的誤差都會在某種程度上影響著熱電偶讀數(shù)的準確性，這里值得注意的是，參考接合點能夠通過不同種類的傳感器進行測量。

4 某型飛機發(fā)動機熱電偶測溫解決措施

由于熱電偶信號的調(diào)整要比一般的信號調(diào)整顯得更加的繁瑣些，而信號在調(diào)整以及設(shè)計的過程中會花費諸多的時間。因為信號在調(diào)整的時候會出現(xiàn)一些誤差的情況，這樣就會對精度帶來一定的影響，特別是依據(jù)接點補償段的角度來說的。當某型飛機在飛行的過程中對所產(chǎn)生的熱電偶進行測溫，采取的測量方式是模擬集成硬件的方式，它能夠?qū)⒓蒊C通過測量的熱電偶以及參照結(jié)合點補償有機的結(jié)合起來。

4.1 降噪：由于高頻共模以及差分噪聲都是通過外部RFI濾波器進行消除的。而對于低頻率的共模噪聲來說，通常都是由相應(yīng)的儀表放大器得以控制的，再因為外部后面放置了低通濾波器，從而將不同地區(qū)所產(chǎn)生的噪聲進行處理，相關(guān)人員所應(yīng)用的二次隔離電源可以在一定程度上將噪聲消除掉，進而使雙電源起到抗干擾的作用。

4.2 增益和輸出比例系數(shù)：微弱的熱電偶信號被AD8230放大50倍的增益，大致形成3mV/°C的輸出信號靈敏度，連接后端采集器后加入程控，通過軟件編程調(diào)節(jié)到滿量程進行編碼。

4.3 參考接合點補償：由于包括一個溫度傳感器來補償環(huán)境溫度變化，LT1025必須放在參考接合點附近以保持相同的溫度，從而獲得精確的參考接合點補償。

4.4 非線性校正：使用事先標定的方法，然后在數(shù)據(jù)處理中查表或使用擬合多項式來消除非線性誤差。

4.5 絕緣、接地和裸露熱電偶的處理：使用一個連接1MΩ電阻接地，這種方法基本適用于所有熱電偶尖端類型。

結(jié)束語

總而言之，相關(guān)技術(shù)人員在地面上對不同種類的飛機試飛的情況進行了試驗，通過采取本文所例舉的集中方案進行不斷的嘗試，對所得到的溫度參數(shù)以及精度的控制方面都有著顯著的效果，并且值得大力的推廣。將熱電偶信號調(diào)整的難度進行了妥善的處理，從而為熱電偶溫度的測量帶來了新型的理念，為我國的經(jīng)濟建設(shè)做出貢獻。

參考文獻

[1]王魁漢.真空爐專用熱電偶（下）[J].機械工人（熱加工），2007（04）.

[2]劉超，王燦明.新材料及涂層技術(shù)在熱電偶保護套管上的應(yīng)用[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2010（01）.

[3]梁磊，張曉立.熱電偶接觸工件作為溫控方式的應(yīng)用[J].鍋爐制造，2009（05）.