热电偶测量飞机发动机喷气温度的误差分析及修正方法

　　0　引言

　　当飞机发动机的喷气温度超过限定温度时,必须对发动机采取限油或停车控制,使发动机排气温度不超过规定值,确保飞行安全。这就要求飞机飞行过程中,能够及时准确地测量出飞机发动机的喷气温度。本文介绍了采用热电偶测量飞机发动机喷气温度的误差分析及修正方法。影响热电偶测量误差的主要因素有:热电偶的冷端温度误差、热辐射、插入深度及动态误差。

　　1　冷端温度误差及补偿

　　热电偶输出的热电势随冷端温度偏离0℃而产生测量误差,形成热电偶冷端温度误差。热电偶示意图如图1所示,A、B为两种不同的金属导体,T为热端温度,T0为冷端温度,其误差表达式为:

　　消除热电偶冷端温度误差的方法较多,常用的有冷端0℃恒温法、热电势修正法、温度修正法、热电偶补偿法、电桥补偿法和补偿导线法等。测量飞机发动机的喷气温度时,热电偶产生的冷端温度误差常采用补偿导线法,即采用延伸导线将热电偶冷端远移至温度变化比较稳定的地方,从而消除冷端温度变化带来的影响,如图2所示。

　　设热电偶被测温度为T、冷端实际温度为Tn、延伸导线的冷端温度T0= 0℃,此时图2所示回路的总热电势为:

　　如果各接点温度都为Tn,则上式变为:

　　联解式(3)和式(2)得:

　　采用延伸导线法,要求延伸导线产生的热电势等于热电偶在此温度范围内的热电势,则有:

　　将式(5)代入式(4)后得:

　　式(6)表明,采用延伸导线法后,回路中的总热电势等于热电偶的热电势。这种补偿法只能消除T0波动的影响,并不能消除T0≠0℃时所产生的影响。飞机发动机工作时的喷气温度在300℃以上,选用在低温时产生热电势很小的热电偶,如目前已经知道的有镍钴-镍铝锰热电偶在300℃以下、镍铁-镍铜热电偶和铂铑30-铂铑8热电偶在50℃以下的热电势均非常小,近似等于零。因此,只要热电偶冷端温度在此范围内,使用这些热电偶时就不需要考虑冷端温度误差。

　　2　热辐射引起的误差及修正方法

　　测量气体温度时,热电偶装置在发动机喷管的管道中,如果通过热电偶元件没有热量导出或导入时,则在热平衡情况下,被测介质将以对流方式传给感温元件的热量,应等于由感温元件以辐射传给管壁的热量。根据牛顿定律,在单位时间内感温元件从与其接触的介质中所得的热量是:

　　式中:Q1—单位时间内,被测介质以对流传给感温元件的热量,单位:焦耳;α—对流放热系数,单位:瓦/米2;S1—感温元件浸入介质部分的表面面积,单位:米2;θ介—介质温度,单位℃;θ感—感温元件温度,采用等于保护套管管壁温度,单位℃。根据斯特番·波尔兹蔓定律,由感温元件表面以辐射方式传给管壁的热量是: