熱電偶測溫在飛機上應用研究

[摘要]發動機T4溫度是飛機發動機的一個重要參數，其直接體現出發動機的工作狀態，由于發動機正常工作時，其工作溫度最高可達1000℃,因此，常規的測溫方法無法滿足發動機的測溫需求，熱電偶測溫由于其測量范圍廣、精度高等優點，在發動機溫度測量上得到廣泛應用。主要基于熱電偶的測量特點，闡述其在發動機T4溫度測量方面的應用。
飛機正常工作時,駕駛員需要掌握飛機發動機的工作狀態,發動機T4溫度是飛機發動機的重要參數，其直接體現出發動機排氣口排氣溫度,T4溫度的大小與發動機的輸出功率成正比，其探測范圍為0~1000℃，普通的溫度測量技術無法滿足發動機T4溫度測量要求。
       熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，它直接測量溫度，并將溫度信號轉換成電動勢(mV)信號,配以測量信號的儀表和溫度補償裝置，便可以實現溫度的測量和溫度信號的轉換。
1熱電偶測溫原理
1.1熱電效應
       熱電偶測量溫度的原理主要是基于材料的熱電效應。把兩種不同的導體或半導體連接成閉合回路，如果將它們的兩個接點分別置于溫度不同的熱源中，則在該回路內就會產生熱電動勢，這種現象稱為熱電效應，又稱為塞貝克效應。
       熱電偶將兩種不同的導體或半導體焊接在一起置于溫度測量環境中，稱為工作端或測量端，也稱熱端;未焊接的一端稱為自由端或參考端，也稱冷端，并將其連接測量裝置或儀表。熱端和冷端的溫差越大，熱電偶的輸出熱電動勢越大，當溫差為0時，熱電偶的輸出電動勢為0mV,但溫度與熱電動勢并不是線性關系。國際上，通常將熱電偶分為T型(銅一康銅)、E型(鎳鉻--康銅)和K型(鎳鉻--鎳硅或鎳鋁)等,并且每種熱電偶的測量溫度與熱電動勢間都有相應的分度表，即參考端溫度為0C時的測量端溫度與熱電動勢的對應關系表，可以通過測量熱電偶輸出的熱電動勢值再查分度表得到相應的溫度值。目前，飛機上測量發動機T4溫度采用的是K型(鎳鉻--鎳鋁)熱電偶。
       通過測量熱電偶輸出端的熱電動勢大小可以測量溫度的大小。熱電偶產生的熱電勢大小，只與熱電偶材料和兩端溫度有關，與熱電偶的長度和直徑均無關。
1.2儀表冷端自動補償電路
       延長型補償導線為合金絲的化學成分及熱電動勢與配用的熱電偶相同，飛機測量T4溫度采用的就是延長型的補償導線。
       由于K型熱電偶正、負兩極材料強度差，并不耐撓曲，因而設計成較粗的線徑，致使其與測量儀表連接安裝均感不便，于是采用補償導線與測量或顯示儀器連接。
       熱電偶補償導線的作用只是延伸熱電偶，將熱電偶的冷端移動到測量或顯示儀器的端子.上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不能起到補償的作用。因此，還需采用其他修正方法補償冷端溫度to≠0℃時對測溫的影響。
       儀表冷端自動補償原理是在熱電偶的冷端與測量或顯示儀表輸人電路之間串聯一-個直流信號源和一個電阻溫度系數較大的銅電阻，當熱電偶冷端溫度變化時，銅電阻阻值隨之變化,直流信號源在銅電阻上產生的電壓降也隨之變化，其變化的電壓降與熱電偶變化的熱電勢同向疊加，從而達到冷端自動補償的目的。
2飛機發動機T4溫度的測量
       飛機發動機T4溫度的測量主要包括熱電偶、補償電纜、冷端補償電阻三部分。熱電偶的熱端直接與發動機的排氣溫度接觸，熱電偶的冷端安裝在發動機的殼體外側;熱電偶的冷端通過補償電纜直接與飛機T4溫度顯示裝置連接;在顯示裝置內部內置了T4溫度補償電阻。
       正常情況下，熱電偶測量發動機排氣溫度與發動機殼體間的溫度差，補償電纜測量發動機殼體與測量裝置間的溫度差，測量裝置內的補償電阻補償了測量裝置與絕對溫度0度間的溫度差，通過這樣的測量，可以得出發動機T溫度的真實的溫度值。
       由于發動機安裝的熱電偶特性的差異，無法做到每個熱電偶的測量值能真正體現出發動機真實的功率狀態，因此，發動機在出廠時，需要經過調整，保證發動機的T4溫度與發動機功率狀態---對應，這就需要對發動機的T4溫度進行匹配,通過這樣的匹配，可以保證發動機在熱功率狀態下，發動機的T4溫度與標準的功率對應。在飛機上顯示的發動機T4溫度并不是發動機排氣的真實溫度，而是經過匹配計算后得出的值,匹配后的T4溫度盡量保證飛機的T4溫度在500~1000℃顯示精度，發動機在出廠前，通過在發動機車臺上進行測試，來調整每臺發動機的匹配電阻。
3結語
       飛機發動機T4溫度是發動機工作的重要參數，其測量結果不再是簡單的溫度測量并顯示的形式，通過對發動機T4溫度測量原理的分析，有助于我們更深人地理解其測量結果，為進一步分析發動機T4溫度顯示故障提供有力的技術支持。