导热误差对温度测量的影响

　　在先进航空和航天技术的研究及型号任务的研制过程中,经常会遇到高温、高速气流温度测试的问题[1].通常这一类测试工作条件苛刻,而对测试准确性要求严格,如要求准确测试涡轮前、涡轮后和加力燃烧室出口等处的气流温度[2].目前国内航空工业总公司各研究所为解决这个问题,研制了气冷、水冷高温热电偶耙.但由于壳体为气冷或水冷,会引入较大导热误差,而导热误差的大小很难正确估算,由于在高温测量中,辐射误差相对于导热误差而言所占份额较大,各测试单位一般采用忽略导热误差的方法以简化计算,在这种情况下,温度传感器的导热误差校准变得尤为必要.同理,在高温情况下,受辐射误差的影响,很难将导热误差从总测温偏差中分离,使校准工作面临很大的困难,一般也是采用忽略导热误差的方法.针对这一情况,本文专门设计了导热误差专用传感器,并研究了不同气流速度、不同的长径比以及根部温度对导热误差的影响.

　　1　传感器和测试系统

　　1. 1　导热误差用温度传感器

　　本文主要针对直型传感器进行导热误差的试验研究.直型传感器的结构形式示意图如图1所示.

　　头部偶丝长度根据长径比要求确定.偶丝直径为0. 8mm,传感器的内部结构示意图如图2所示.导热误差试验用传感器具有3个测点,用于测量不同部位的温度.测点1的测量值为传感器的指示温度;测点2用于测量传感器支座上部温度;测点3是活动的,其位置随加热套的位置变化,用于测量加热处的温度,即传感器支座下部温度.

　　1. 2　测试系统

　　导热误差试验在北京长城计量测试技术研究所的动态温度校准试验室常温校准风洞上进行,示意图见图3.

　　在常温风洞上进行该试验有2个优点:①辐射所带来的影响可以忽略;②试验设备安装比较简单,易于实现.常温风洞核心区气流总压不均匀度≤0. 2%,气流静压不均匀度≤0. 1%.

　　2　理论基础

　　温度传感器的散热既有对流换热又有沿程导热,在稳态和忽略辐射误差的情况下,根据传感器的结构特点,首先针对热电偶部分和支座部分分别计算导热修正系数,然后将导热修正系数综合起来.

　　热电偶部分导热修正系数:

　　式中为对流换热系数,W /(m2·K);U为热电偶截面周长,m;λ为热电偶导热系数,W /(m·K);f为热电偶截面积,m2;H为导热修正系数;Tg为气流有效温度,K;Tj为气流指示温度,K;Tb为根部温度,K;l1为测量端伸出长度,m;l2为保护套管长度,m.

　　3　结果与讨论

　　3. 1　Ma、长径比、支座温度对H的影响