温度计量技术在发动机试车过程中的应用

摘要：在各型发动机试车过程中，如何确保各测量参数的准确性一直是计量工作研究的重点。通过对某型航空发动机试车台温度参数（包括：试车台配置的各类温度仪表、试车系统通道、温度传感器）的计量校准方法研究，文中主要现场校准进行了测量原理及操作过程的阐述。同时，也描述了在现有条件下利用便携式恒温源对试车台系统综合误差进行校准的方法，并对现有校准方法存在的缺点进行了分析。

关键词：发动机试车台;温度仪表;系统通道;计量校准

1 引言

航空发动机试车台是用于测试发动机工作性能是否满足预期使用要求的测试设备。其主要功能是为发动机测试提供一个控制环境，使测试结果与被测发动机一致，但不影响发动机运行，并设置有多种形式的危险情况报警。通过试车台电气系统控制整个试车过程，保证试车过程的精确性和连贯性，将试车过程中测得的数据与原始的标准设备测试出的数据进行比较，从而判断出所试发动机的性能状态。

在各型发动机试车工艺中，涉及的测量参数主要包括：压力、温度、振动、流量、转速、测功等信号，本文中主要对温度参数的应用进行描述。发动机试车台电气控制系统中常见的温度参数包括：进气温度、滑油进油温度、滑油回油温度、轴承温度、壳体温度、燃气温度，以及各类油箱温等等。其中，进气温度、滑油进油温度、滑油回油温度、燃气温度等参数，均是航空发动机性能测试过程中至关重要的参数，它们的准确性将直接影响整台航空发动机的工作性能。

在航空发动机试车台的日常运行中，计量人员如何来确保这些重要参数的技术指标是否符合要求呢？下面我们将从温度参数配置要求、温度仪表（含传感器）及试车台系统通道的校准、校准过程中存在的困难等方面来进行分析和描述。

2 温度参数的配置要求

各型发动机试车台需要校准的温度参数和技术指标均存在差异，下面我们以某型发动机试车台为例，其温度参数配置要求如表1所示。

从表1中可以看出，该型试车台在温度参数方面涉及到的需要进行计量校准项目包括：工业热电阻、工业热电偶、配热电阻用温度仪表、配热电偶用温度仪表以及发动机试车台温度通道（计算机模拟仪表）。

3 温度仪表及试车台系统通道的计量检定（校准）

为了确保航空发动机试车过程的可靠性，试车结果的有效性，上述温度传感器、温度仪表以及试车台温度通道按照发动机试车台工艺技术要求，均需要进行定期检定或校准。根据试车台温度仪表（传感器）配置情况，以及计量部门具备的校准能力，可以选择离线检定（校准）和在线校准两种方式。下面着重从现场校准的方面来对试车台涉及的温度参数计量校准项目进行描述。

3.1 配热电偶用温度仪表的计量检定（校准）

3.1.1 离线检定（实验室检定）

在实验室开展的配热电偶用温度仪表的检定，依据JJG617-1996《数字温度指示调节仪检定规程》要求执行。

3.1.2现场校准

在试车台现场开展配热电偶用温度仪表的校准，依据专用的校准规范要求执行，校准时仪表的接线方式如图1所示：

仪表示值误差的校准方法：

仪表的校准点一般不少于5个，包括上限、下限在内原则上均匀分布的整十或整百度点，也可选择用户指定的校准点。

温度信号的输入值依据相应的分度表。首先输入下限温度对应的标称电量值，读取仪表的温度示值;然后开始增大输入信号（上行程时），分别输入各校准点温度所对应的标称电量值，并读取仪表的示值，直至上限;在输入上限温度信号并读取仪表示值后减小输入信号（下行程时），分别输入各校准点温度所对应标称电量值，并读取仪表的示值，直至下限。用同样的方法，重复测量一次。

热电偶输入的仪表，如果具有参考端温度自动补偿，校准时给仪表输入的信号应是被校准点温度对应的标称电势值减去补偿导线修正值。

读取两个循环读数的平均值计算示值误差。

多通道的仪表，可以按相应的量程逐一进行校准。当通道间的信号转换完全是通过扫描开关完成的，可以将输入同名端分别短接后进行校准，否则不能短接。

3.2 配热电阻用温度仪表的计量检定（校准）

3.2.1 离线检定（实验室检定）

在实验室开展的配热电阻用温度仪表的检定，同样是依据JJG617-1996《数字温度指示调节仪检定规程》要求执行。

3.2.2现场校准

在试车台现场开展配热电阻用温度仪表的校准，依据专用的校准规范要求执行，校准时仪表的接线方式：利用直流电阻箱（或温度校准仪）按三线制铂电阻的接线方式进行接线，开展相应的校准工作。

仪表示值误差校准方法的具体操作过程同3.1.2中仪表示值误差的校准方法一致。

3.3 温度传感器的检定（校准）

3.3.1 离线检定（校准）

实验室开展的工业铂电阻的检定和工业热电偶的校准，分别是依据JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》和JJF1637-2017《廉金属热电偶校准规范》要求执行，此处不再赘述。

3.3.2 现场校准

近年来，由于干体式计量炉技术的快速发展，被广泛应用于航空发动机试车台现场校准。各计量技术机构利用标准温度计作为主标准器，干体式计量炉作为标准热源（提供恒定温场），并利用的数字多用表来进行数据采集，通过比对数字多用表采集到的两组数据（主标准器及被校准传感器在同一恒定温场）的示值偏差是否符合工艺技术要求，从而实现了对发动机试车台温度传感器的现场校准。

將需要校准的传感器从测量线路拆卸下来，被校准传感器、主标准器及标准热源的校准原理及接线方式如图2所示，被校准传感器与主标准器均插入标准热源配置的均温块中，插入深度保持一致，通过比较法实现传感器的校准。

3.4 试车台温度通道的校准

试车台温度通道的校准只能通过现场校准的方式实现。

找到需要校准的温度通道，断开相应的传感器，标准器在连接传感器的补偿导线（连接导线）处输入对应的标称电量值或模拟信号，对传感器之后的部分测温系统进行校准。配热电偶用温度通道的校准方法与3.1.2一致。配热电阻用温度通道的校准方法与3.2.2一致。

3.5试车台系统综合误差校准

利用干体式计量炉也能够开展发动机试车台系统综合误差的校准。其校准原理如图3所示：干体式计量炉作为恒温源提供一个恒定温场（其温度设定值与工艺要求的测量范围相符），将需要校准的温度参数对应的温度传感器及主标准器一起放置于干体炉的有效温区中（最好是插入同样深度）。通过数据采集器读取主标准器的示值（可以作为干体式计量炉内部的实际温度）;通过发动机试车台试车系统读取此时被校准温度参数模拟指示仪表的示值，通过比较两者的读数，能够直观的判断出发动机试车台温度测控系统的综合误差。

通过该校准方式，可以有利于消除因仪表和传感器分开校准得到的同相偏差叠加而导致系统误差增大的不匹配现象，提高了试车台温度测控系统的准确性。

4 上述校准方法中存在的问题

4.1 离线校准时存在的问题

通过该方式实施的校准，可能会出现仪表、传感器、试车台通道三者单独校准的示值误差都符合要求，但其误差均同为正或同为负的情况，三者误差叠加后极易出现系统误差过大的情况。且系统误差影响因素较多，也并非简单的1+1+1的关系。对于采用该方法实施的各项校准，我们也只能尽可能将各影响量降到最低，尽量避免误差过大的情况出现，在有限的条件下提高试车结果的准确性。

4.2利用干体炉开展校准工作存在的问题

利用干体式计量炉开展发动机试车台温度传感器及系统综合误差校准的过程中，还存在以下缺点：

1）受试车台现场环境条件的限制。试车台现场工作环境较差，干扰因素较多，各温度通道传感器所处位置设计的比较复杂。试车台台架中也没有专门设置可以用于放置标准器的平台和电源接口，因此不便于干体式计量炉在现场开展校准工作。

2）受温度传感器外观尺寸的限制。

干体炉内部热电偶插入方式及均温块孔径大小息息相关。由于干体炉中配备的各型均温块，有效的感温区均在干体炉温场底部，对于被校准传感器外观结构尺寸不能与均温块孔径和插入深度相匹配的情况，如传感器感温端长度小于均温块插入深度、传感器外观结构尺寸不规则，将无法通过该方法进行发动机试车台系统综合误差的校准。

4.3 异型热电偶校准困难

虽然在科研工作中，已有机构通过气流温度测量用热电偶校准装置来实现带台阶异型热电偶的校准，即建立专用的标准风洞（复温系数模拟测试系统）来实现校准工作。但该套装置造价昂贵，使用和维护等运行成本惊人，除了极少的专业研究机构外，一般计量技术机构没有建立该装置。

5 结束语

综上所述，通过对温度计量在航空发动机试车台温度控制系统中的应用分析，我们可以基于现有的方法和条件来实现航空发动机试车系统的校准，从理论研究和过程实践来保障校准结果的准确性和可靠性。但实际工作过程中又会面临一些现目前无法解决的难题，需要我们通过不断的分析和改进，以寻求更加有效的解决办法，新的方法应能够得到广泛应用，从而推动计量行业的发展和进步。

参考文献

[1]国家技术监督局.JJG617-1996 数字温度指示调节仪检定规程 [S].北京：中国计量出版社，1997.

[2]国家质量监督检验检疫总局.JJF1664-2017 温度显示仪校准规范 [S].北京：中国质检出版社，2018.

作者簡介：郑志清（1985-），女，四川省彭州市人，空军直升机修理计量站 工程师，主要从事热学计量技术及管理工作。