航空发动机温度传感器故障分析

摘 要：航空发动机控制中，温度是反映航空发动机工作状态的重要参数，因此航空发动机温度参数的有效性关乎发动机的有效控制、状态监控、安全可靠以及维护性。航空发动机温度传感器的工作环境较为恶劣，控制系统中温度传感器故障占到了很大的比例。电阻式温度传感器和热电偶温度传感器是常用的两种航空发动机温度传感器，本文将对这两种温度传感器的故障模式、現象及原因进行分析。

关键词：航空发动机；温度传感器；故障分析

1 引言

电阻式温度传感器一般采用Pt100电阻作为感温元件，热电偶温度传感器一般采用K型热电偶作为感温元件。电阻式测温元件的有点主要包括：精确度高；灵敏度高；稳定性好。当处于较低温度区间时，其特点就更为突出。电阻式测温元件的缺点也是明显的，它的测温区间并不包含高温区，因此在航空发动机领域电阻式温度传感器被用于中、低温区的测量。热电偶温度传感器在高温环境中其化学性质较为稳定因此常用于高温区测量。

2 Pt100温度传感器故障分析

Pt100感温元件故障模式可以分为：阶跃故障、漂移故障、断路故障、脉冲故障。

Pt100感温元件出现阶跃故障时，其故障现象一般为温度传感器输出温度与实际温度之间存在一定的偏差，且偏差的变化范围不大。造成阶跃故障的原因为：

1）探头保护管套损坏后，颗粒物撞击铂丝，在长时间的外力作用下铂丝产生塑性形变。当塑性形变让铂丝线圈之间出现接触时会造成铂丝的阻值下降导致测量值偏低。当塑性形变导致铂丝的等效截面积减小，但铂丝线圈之间无接触时，铂丝的电阻会增加导致测量值偏高；

2）在强振动的工作环境中，铂丝相邻线圈之间接触形成局部短路，造成铂丝的阻值下降导致测量值偏低；

3）保护管套损坏后水蒸气进入造成铂丝之间局部短路，此时测量值会偏低；

4）用于制造感温元件的铂丝在烧制过程中会产生应力，当应力没有完全消退时，会导致阻值不稳定，测温出现偏差。

Pt100感温元件出现漂移故障时，其故障现象一般为温度传感器输出温度与实际温度之间存在随温度或时间变化的偏差。造成漂移故障的原因为：

1）保护管套损坏，水蒸汽与铂丝相接处，造成铂丝变脆，且铂丝电阻随温度变化的关系也将改变，从而引起测量值的漂移；

2）在温度变化时，由于铂丝与其固定骨架材料的膨胀系数不同导致铂丝受到挤压，造成铂丝横截面积变小电阻增大测量值出现漂移。

Pt100感温元件出现脉冲故障时，其故障现象一般为被测环境温度变化平缓时测量值出现短时的快速上升并快速的下降。造成脉冲故障的原因为：铂丝出现龟裂，但封装较为严密让铂丝没有分离，在振动剧烈时龟裂处出现开口的变化导致铂丝阻值快速变化，从而使测量值快速上升并下降。

Pt100感温元件出现断路故障时，其故障现象一般为Pt100的阻值极大，在保护电路的作用下温度传感器示数不随温度场的变化而变化，且恒定为0。造成故障的原因为：

1）位于探头顶端的铂丝一般无固定装置，因此在振动较大时容易造成探头顶端的铂丝断裂，铂丝断裂后会造成阻值无穷大，此时温度的测量值也为无穷大。

2）铂丝与其固定件材料的膨胀系数不同，在长时间的热应力和振动的作用下会导致铂丝的断裂，造成测量值无穷大；

3）过电流导致铂丝出现熔断，铂丝熔断后会造成测量值无穷大。

3 K型热电偶温度传感器故障分析

K型热电偶感温元件故障模式可以分为：阶跃故障、漂移故障、断路故障。

K型热电偶感温元件出现漂移故障时，其故障现象一般为温度传感器输出温度与实际温度之间存在随温度或时间变化的偏差。造成漂移故障的原因为：K型热电偶出现短程有序转变现象，镍铬合金容易在450℃～600℃出现原子排列的变化，从而导致其热电势与温度的关系出现变化，造成测量值的漂移。

K型热电偶感温元件出现断路故障时，其故障现象一般为热电势恒定为0，温度传感器输出恒为0。造成断路故障的原因为：

1）热电偶丝的膨胀系数与固定骨架的膨胀系数不同，在长期的热循环中会造成热电偶丝过度伸缩而断裂；

2）在强振动环境下，绝缘管扭曲导致热电偶丝因扭力作用出现断裂；

3）硫化物造成高温化学腐蚀，当腐蚀到达一定程度时会造成热电偶丝的断裂，由于腐蚀造成的断裂其断面一般有晶界侵蚀的空洞；

K型热电偶感温元件出现阶跃故障时，其故障现象一般为温度传感器输出输出温度与实际温度之间存在一定偏差，且偏差的变化范围不大。造成阶跃故障的原因为：

1）保护管破损，电偶丝与测温环境中的水分接触出现孔蚀、应力腐蚀、龟裂等现象，故障出现后一般测量值低于实际温度；

2）热电偶丝劣化。

造成热电偶丝劣化的原因可以分为两种：正常劣化和异常劣化。正常劣化会造成热电偶的输出电势变高，异常劣化则会造成热电偶的输出电势变低。正常劣化是由于Ni-Cr电极在长期使用过程中表面形成致密的Cr2O3氧化层，造成测量值偏高。异常劣化是由于Ni-Cr电极在长期使用过程中形成NiCr2O4氧化层，该氧化层容易出现龟裂并从电极上脱落造成进一步的氧化，造成测量值偏低。

4 结束语

航空发动机温度传感器工作环境较为恶劣，因此容易出现故障，其故障模式包括：阶跃故障、漂移故障、断路故障、脉冲故障。本文详细分析了造成航空发动机温度传感器故障的原因，以及现象。通过对故障的分析可以更快的找到故障的原因并实现故障的定位。

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作者简介：

向智大（1993—），男，汉，四川，主要从事民航发动机维修相关研究。