某型飞机发动机热电偶温度测量方法的研究

焦阳+赵浩然+王志勇

摘 要：随着我国经济水平的飞速发展下，热电偶在我国相关领域得到了较多的认可，然而在航空机载测试的过程中依然会存在较多的不足之处，这样就要求相关技术人员应当提高测量质量，不断研制新型的测量方法，从而为我国的经济建设做出贡献。对此，本文主要从热电偶温度测量所具备的优势、热电偶温度测量的不足之处、热电偶测量的困难、某型飞机发动机热电偶温度测量的解决措施几方面进行分析，笔者提出相关建议，提供给相关人士，旨在和同行互相交流，供以借鉴。

关键词：热电偶；信号调理；温度测量

倘若相关技术人员想要对某型飞机发动机设备的有关参数进行验证，尤其是对其温度以及压力的有关参数进行测量，那么必须有着较高的测量要求，只有做到精准的测量，才能够得到具体参数逇状况。因为温度有着较多的测量点，并且发动机自身所具有热电偶的种类也是存在差异性的。因此，相关技术人员一定要将相应的电压信号加以调整，转换成可以被收集的信号，而在这个调正的环节中具有一定的繁琐性。对此，本文主要从以下几方面来对某型飞机发动机热电偶温度测量方法进行研究，并提出合理化建议，仅供参考。

1 热电偶温度测量所具备的优势

（1）温度范围广：从环境温度到飞机喷气引擎排气，热电偶适用于大多数实际的温度范围。热电偶量温度范围在-200°C至+2500°C之间，具体取决于所使用的金属线。（2）坚固耐用：热电偶属于耐用器件，抗冲击振动性好，适合于危险恶劣的环境。（3）响应快：因为它们体积小，热容量低，热电偶对温度变化响应快，尤其在感应接合点裸露时。它们可在数百毫秒内对温度变化作出响应。（4）无自发热：由于热电偶不需要激励电源，因此不易自发热，其本身是安全的。

2 热电偶温度测量所存在的不足之处

（1）信号调理复杂：将热电偶电压转换成可用的温度读数必需进行大量的信号调理。一直以来，信号调理耗费大量设计时间，处理不当就会引入误差，导致精度降低。（2）精度低：除了由于金属特性导致的热电偶内部固有不精确性外，热电偶测量精度只能达到参考接合点温度的测量精度，一般在1°C至2°C内。（3）易受腐蚀：因为热电偶由两种不同的金属所组成，在一些情况下，随时间而腐蚀可能会降低精度。因此需要保护和保养。（4）抗噪性差：当测量毫伏级信号变化时，机载条件下杂散电场和磁场产生的噪声会引起致命的问题。当然绞合的热电偶线可能大幅降低磁场耦合，使用屏蔽电缆或在金属导管内走线也可降低电场耦合。因此，测量器件应当提供硬件或软件方式的信号过滤，能有力抑制噪声及其谐波。

3 热电偶测量的难点

相关人员将热电偶所得到的电压逐渐转变城相应的温度值并不是件简单的事情，这是因为电压信号不是很强，温度电压所表现出来的形式是非线性的，这样就需要将接合点补偿考虑进去，并且热电偶会在某种程度上引起接地的情况。对此，笔者对以下几种问题进行研究。

3.1 电压信号太弱

因为电压信号微弱，信号调理电路一般需要约50倍以上的增益，这是相当简单的信号调理。更棘手的事情是如何识别实际信号和热电偶引线上的拾取噪声。热电偶引线较长，经常穿过电气噪声密集环境。引线上的噪声可轻松淹没微小的热电偶信号。一般结合两种方案来从噪声中提取信号。第一种方案使用差分输入放大器（如仪表放大器）来放大信号。因为大多数噪声同时出现在两根线上（共模），差分测量可将其消除。第二种方案是低通滤波，消除带外噪声。低通滤波器应同时消除可能引起放大器整流的射频干扰（1MHz以上）和50Hz/400Hz（电源）的工频干扰。在放大器前面放置一个射频干扰滤波器（或使用带滤波输入的放大器）十分重要。50Hz/400Hz滤波器的位置无关紧要，它可以与RFI滤波器组合放在放大器后端。

3.2 参考接合点补偿

倘若想要进一步获得精确的温度参数，那么相关人员首先要掌握接合点的温度。当首次应用热电偶的情况下，这个步骤是将相应的参考接合点放入到冰池里面完成的。该方式能够对不同种类的热电偶所具有的特征进行分析，所以基本上全部的热电偶表搜采取0°C当作相应的参考数值。就诸多测量体系来说，相关人员将参考接合点控制在冰池里面有些不合逻辑，特别是对于航空测量的领域来说。诸多系统经过改用以后就叫做参考接合点补偿的技术。而该技术能够通過另一种相应的器件进行测量，通常是IC、二极管等。接着再对二极管所产生的电压情况进行补偿操作，从而将测量点的温度体现出来，一定要最大程度对参考接合点进行读取，并且将相应的传感器和参考接合点处所具有的问题处于一致的状态下。不管是哪种数据的读取所产生的误差都会在某种程度上影响着热电偶读数的准确性，这里值得注意的是，参考接合点能够通过不同种类的传感器进行测量。

4 某型飞机发动机热电偶测温解决措施

由于热电偶信号的调整要比一般的信号调整显得更加的繁琐些，而信号在调整以及设计的过程中会花费诸多的时间。因为信号在调整的时候会出现一些误差的情况，这样就会对精度带来一定的影响，特别是依据接点补偿段的角度来说的。当某型飞机在飞行的过程中对所产生的热电偶进行测温，采取的测量方式是模拟集成硬件的方式，它能够将集成IC通过测量的热电偶以及参照结合点补偿有机的结合起来。

4.1 降噪：由于高频共模以及差分噪声都是通过外部RFI滤波器进行消除的。而对于低频率的共模噪声来说，通常都是由相应的仪表放大器得以控制的，再因为外部后面放置了低通滤波器，从而将不同地区所产生的噪声进行处理，相关人员所应用的二次隔离电源可以在一定程度上将噪声消除掉，进而使双电源起到抗干扰的作用。

4.2 增益和输出比例系数：微弱的热电偶信号被AD8230放大50倍的增益，大致形成3mV/°C的输出信号灵敏度，连接后端采集器后加入程控，通过软件编程调节到满量程进行编码。

4.3 参考接合点补偿：由于包括一个温度传感器来补偿环境温度变化，LT1025必须放在参考接合点附近以保持相同的温度，从而获得精确的参考接合点补偿。

4.4 非线性校正：使用事先标定的方法，然后在数据处理中查表或使用拟合多项式来消除非线性误差。

4.5 绝缘、接地和裸露热电偶的处理：使用一个连接1MΩ电阻接地，这种方法基本适用于所有热电偶尖端类型。

结束语

总而言之，相关技术人员在地面上对不同种类的飞机试飞的情况进行了试验，通过采取本文所例举的集中方案进行不断的尝试，对所得到的温度参数以及精度的控制方面都有着显著的效果，并且值得大力的推广。将热电偶信号调整的难度进行了妥善的处理，从而为热电偶温度的测量带来了新型的理念，为我国的经济建设做出贡献。

参考文献

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