動(dòng)態(tài)溫度測量與校準(zhǔn)技術(shù)

王毅，趙儉

(中航工業(yè)北京長城計(jì)量測試技術(shù)研究所，北京100095)

動(dòng)態(tài)計(jì)量技術(shù)發(fā)展跟蹤系列之四

動(dòng)態(tài)溫度測量與校準(zhǔn)技術(shù)

王毅，趙儉

(中航工業(yè)北京長城計(jì)量測試技術(shù)研究所，北京100095)

盡管動(dòng)態(tài)溫度測量技術(shù)得到了快速發(fā)展，但由于動(dòng)態(tài)溫度測量既與傳感器本身結(jié)構(gòu)相關(guān)，也與所處工況相關(guān)，影響因素眾多，因此動(dòng)態(tài)溫度的測量仍然難以滿足實(shí)際的需求。本文對(duì)國內(nèi)外的動(dòng)態(tài)溫度測量與校準(zhǔn)技術(shù)分別進(jìn)行了介紹，分析了溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)的特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上提出動(dòng)態(tài)溫度測量與校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展方向。

動(dòng)態(tài)溫度;測量;校準(zhǔn)

0 引言

對(duì)于流體溫度的準(zhǔn)確測量往往需要考慮溫度傳感器的動(dòng)態(tài)性能，隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)動(dòng)態(tài)溫度測量和校準(zhǔn)的要求越來越高。在武器裝備研制過程中，動(dòng)態(tài)溫度往往表征了系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室燃燒診斷、高超沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)、脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)氣動(dòng)參數(shù)測量以及高能武器毀傷效果評(píng)估等研究中，都對(duì)傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)溫度測量技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。比如，對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的燃燒診斷研究，就需要對(duì)高頻脈動(dòng)溫度信號(hào)進(jìn)行測量和分析，對(duì)溫度測量頻響的要求達(dá)到了10～50 kHz，這比目前最快的細(xì)絲熱電偶溫度傳感器要高兩個(gè)量級(jí);在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)中，氣流溫度經(jīng)常達(dá)到2000℃以上，而整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間只有短短的幾秒，這也對(duì)溫度傳感器的動(dòng)態(tài)特性提出了極高的要求。在上述應(yīng)用場合中，往往要求溫度傳感器具備高頻響能力，同時(shí)還要能夠適應(yīng)高溫氣流環(huán)境，這種綜合性的要求增加了動(dòng)態(tài)溫度測量和校準(zhǔn)的難度。本文針對(duì)接觸式測溫方法，對(duì)動(dòng)態(tài)溫度測量和校準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行了介紹，并在此基礎(chǔ)上提出了動(dòng)態(tài)溫度測量和校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1 動(dòng)態(tài)溫度測量技術(shù)研究進(jìn)展

測量流體的溫度，目前普遍采用的測溫方式是使用接觸式溫度傳感器。當(dāng)接觸式溫度傳感器與測試環(huán)境達(dá)到熱平衡后，傳感器反映的溫度才是真實(shí)的流體溫度。溫度傳感器在測量溫度變化較快的流體溫度時(shí)，由于其自身熱容的存在，一般不能立刻反映被測溫度，會(huì)存在一定的滯后。在某些工況條件下，例如在氣流環(huán)境中，可能會(huì)引入較大的動(dòng)態(tài)測量誤差。所以，在進(jìn)行氣流溫度測量的時(shí)候，應(yīng)對(duì)溫度傳感器的動(dòng)態(tài)特性予以充分的重視。

1.1 常規(guī)氣流溫度傳感器的動(dòng)態(tài)特性

常規(guī)氣流溫度傳感器為了抑制輻射誤差、導(dǎo)熱誤差以及速度誤差等，在結(jié)構(gòu)上通常采用屏蔽罩設(shè)計(jì)，但是相比較而言，裸露式溫度傳感器的動(dòng)態(tài)性能優(yōu)于屏蔽式溫度傳感器。在氣流溫度傳感器的設(shè)計(jì)過程中，往往需要在動(dòng)態(tài)誤差、輻射誤差、導(dǎo)熱誤差以及速度誤差之間做出平衡，需要根據(jù)工況條件，分析主要的誤差來源，從而做出最優(yōu)的設(shè)計(jì)選擇。溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性的影響因素很多，除了溫度傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸外，被測介質(zhì)的流速、紊流度、溫度、壓力等工況條件都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。在常壓氣流環(huán)境中，裸露式溫度傳感器的時(shí)間常數(shù)一般在0.02～2 s的范圍內(nèi)，隨著偶絲直徑、焊球大小以及工況條件出現(xiàn)差異;典型屏蔽式溫度傳感器的時(shí)間常數(shù)一般在0.2～20 s的范圍內(nèi)，偶絲直徑、屏蔽罩結(jié)構(gòu)以及工況條件是主要的影響因素。需要特別說明，氣流溫度傳感器和傳感器的制作工藝關(guān)系密切，同一型號(hào)的傳感器，不同個(gè)體之間也往往會(huì)出現(xiàn)較大的差異。偶絲之間的夾角、密封用膠的多少以及均勻程度等細(xì)節(jié)都會(huì)影響到溫度傳感器的動(dòng)態(tài)特性。

1.2 基于細(xì)絲熱電偶的動(dòng)態(tài)氣流溫度測量技術(shù)

熱電偶絲的直徑越小，其熱容量也越小，同時(shí)熱電偶與氣流之間的對(duì)流換熱系數(shù)越大，因此，絲徑越小的熱電偶，其動(dòng)態(tài)性能越好。根據(jù)這個(gè)原理，制成了細(xì)絲熱電偶，并利用細(xì)絲熱電偶測量快速變化的動(dòng)態(tài)氣流溫度。圖1所示為幾種典型的細(xì)絲熱電偶結(jié)構(gòu)簡圖。

圖1 幾種典型的細(xì)絲熱電偶結(jié)構(gòu)簡圖

結(jié)構(gòu)1采用絲徑φ0.08 mm的K型偶，支撐偶絲直徑為φ0.3 mm，偶絲采用楔形搭接形式用脈沖電阻焊接。這種細(xì)絲熱電偶結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，但機(jī)械強(qiáng)度較低，當(dāng)偶絲平面與氣流方向垂直時(shí)，偶絲容易損壞。

結(jié)構(gòu)2采用絲徑φ0.05 mm的K型偶，支撐偶絲直徑為φ0.3 mm，細(xì)絲熱電偶采用平行對(duì)接，用氬弧焊的方式將偶絲正、負(fù)極熔融凝結(jié)成球形。這種方式簡單易行，但對(duì)于細(xì)絲熱電偶來說，由于球焊接點(diǎn)尺寸較大且個(gè)體差異難于控制，致使熱電偶響應(yīng)速度低且一致性差［1］。

結(jié)構(gòu)3采用絲徑φ0.1 mm的K型偶，支撐偶絲直徑為φ0.3 mm。由于要求響應(yīng)快，需要偶絲直徑盡量小，但出于機(jī)械強(qiáng)度方面的考慮，偶絲直徑則要盡量大。結(jié)構(gòu)3的細(xì)絲熱電偶在充分考慮這兩個(gè)因素的情況下，采用了平行電阻對(duì)焊工藝，焊接后能基本保持偶絲焊接前的尺寸和外形。焊接后將細(xì)絲壓制成平行于氣流方向的薄片狀，一方面可增大對(duì)流換熱面積，增強(qiáng)換熱，提高響應(yīng)速度;另一方面能有效地減小熱電偶接點(diǎn)處的迎風(fēng)面積，降低了其所受的氣動(dòng)力，提高了機(jī)械強(qiáng)度［1］。

細(xì)絲熱電偶溫度傳感器的時(shí)間常數(shù)通常能控制在幾十毫秒的量級(jí)，因此在高溫氣流溫度測量中應(yīng)用比較廣泛。美國、日本等國對(duì)于細(xì)絲熱電偶溫度傳感器的研究非常細(xì)致，主要體現(xiàn)在理論分析和計(jì)算模型分析方面［2－3］，這一點(diǎn)相比于國內(nèi)的相關(guān)研究要深入很多。上世紀(jì)80年代相關(guān)理論研究工作已經(jīng)展開，對(duì)簡化的細(xì)絲熱電偶模型進(jìn)行計(jì)算，并開展了相關(guān)試驗(yàn)研究工作。近期的理論研究對(duì)前期研究中的問題進(jìn)行了改進(jìn)，計(jì)算模型更加完善，特別是在一些細(xì)節(jié)問題上，包括偶絲材料性能、細(xì)絲與支撐桿之間的傳熱影響等都在模型中進(jìn)行了考慮，并在此基礎(chǔ)上研究了脈動(dòng)溫度測量的補(bǔ)償技術(shù)［4－5］。

1.3 多偶補(bǔ)償式動(dòng)態(tài)氣流溫度測量技術(shù)

細(xì)絲熱電偶的機(jī)械強(qiáng)度差，而且頻帶不夠?qū)?，根?jù)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)的結(jié)果，細(xì)絲熱電偶的時(shí)間常數(shù)通常在幾十毫秒的量級(jí)。在許多實(shí)際應(yīng)用中，要求測量頻率高達(dá)1 kHz的動(dòng)態(tài)氣流溫度，這時(shí)的細(xì)絲熱電偶顯得無能為力。美國航空航天局(NASA)在上個(gè)世紀(jì)80年代，發(fā)展了一種多偶補(bǔ)償式動(dòng)態(tài)氣流溫度測量技術(shù)，該技術(shù)采用絲徑不同的兩支或三支熱電偶，構(gòu)成組合式熱電偶，如圖2所示。各熱電偶除絲徑不同之外，其它條件均相同。偶絲采用跨流對(duì)焊形式，這樣做的目的是為了利用跨流圓柱式努塞爾數(shù)準(zhǔn)則方程，便于后續(xù)的計(jì)算處理。由于絲徑不同的熱電偶動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力不同，根據(jù)不同熱電偶響應(yīng)能力的差異，可用傅里葉變換的方法對(duì)傳感器進(jìn)行頻率補(bǔ)償，從而得到真實(shí)的動(dòng)態(tài)氣流溫度［6］。

目前，這種多偶補(bǔ)償式動(dòng)態(tài)氣流溫度測量技術(shù)，在國外的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等的研制過程中，被廣泛地應(yīng)用［7］。如圖3所示的溫度壓力復(fù)合傳感器就是利用了雙偶補(bǔ)償?shù)脑?，通過雙薄膜熱電偶的方式實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室脈動(dòng)溫度的測量［8］。

圖3 用于高頻溫度壓力測量的復(fù)合傳感器

1.4 基于藍(lán)寶石光纖的瞬態(tài)高溫氣流溫度測量技術(shù)

藍(lán)寶石光纖高溫傳感器，通常是在藍(lán)寶石光纖頭部通過鍍膜等方式制成黑體空腔。黑體空腔感受的紅外熱輻射信號(hào)在光纖內(nèi)部傳輸，經(jīng)探測器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由數(shù)采系統(tǒng)采集，并轉(zhuǎn)變成相對(duì)應(yīng)的溫度值，如圖4所示。由于感溫部分為微米級(jí)甚至納米級(jí)的黑體腔薄膜，因而這種傳感器具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，兼之藍(lán)寶石光纖材料的高熔點(diǎn)，使得傳感器在具備快響應(yīng)能力的同時(shí)，可以測量高溫，因而可用于瞬態(tài)高溫氣流溫度的測量。國內(nèi)中航工業(yè)北京長城計(jì)量測試技術(shù)研究所(CIMM)和中北大學(xué)均在該技術(shù)領(lǐng)域做了較深入的探索。CIMM研制了多點(diǎn)式藍(lán)寶石光纖高溫傳感器，研究了其校準(zhǔn)技術(shù)，并將這款傳感器用于準(zhǔn)確測量瞬態(tài)變化的高溫溫度場;中北大學(xué)采用藍(lán)寶石光纖傳感器構(gòu)成高溫測試系統(tǒng)，利用瞬態(tài)乙炔焰進(jìn)行了測試，結(jié)果表明，信噪比非常好，響應(yīng)時(shí)間小于20 ms，結(jié)合理論外推，所測溫度達(dá)到了1960℃［9］。

圖4 藍(lán)寶石光纖高溫傳感器組成示意圖

藍(lán)寶石光纖高溫傳感器，具有可測高溫與動(dòng)態(tài)性能好的優(yōu)點(diǎn)，但藍(lán)寶石光纖質(zhì)脆，在應(yīng)用時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注。

1.5 基于薄膜熱電偶的動(dòng)態(tài)表面溫度測量技術(shù)

薄膜熱電偶是利用熱電偶的原理，通過鍍膜技術(shù)制備的一種新型溫度傳感器，其厚度控制在幾個(gè)微米的量級(jí)。由于熱接點(diǎn)薄，質(zhì)量小，熱容量小，薄膜熱電偶對(duì)快速變化的溫度響應(yīng)迅速，比起傳統(tǒng)的熱電偶有很大的優(yōu)勢。

德國的P.Hackelnannlll于第二次世界大戰(zhàn)期間提出并研制成第一批薄膜熱電偶，用于測量槍膛在子彈射出后壁溫的變化。美國NASA Lewis研究中心為滿足航空航天等惡劣環(huán)境下的測溫需要，在超耐熱合金、陶瓷等不同的襯底下，濺射沉積厚約5～8μm的Pt和Pt－Rh13，Pd－Cr14等合金薄膜作為熱電偶的兩極，由此研制出了測溫上限達(dá)到1100℃、最大測量誤差±0.3℃的高溫薄膜溫度傳感器［10］，如圖5所示。國內(nèi)也有數(shù)家單位在此方面投入研究，目前基本上處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，還沒有展開實(shí)際的應(yīng)用。

圖5 NASA的薄膜溫度傳感器

薄膜熱電偶主要應(yīng)用于各種瞬態(tài)表面溫度測量，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端表面溫度、火箭燃?xì)鈬娮毂诿鏈囟?、槍炮膛?nèi)壁表面溫度以及鍛壓模和機(jī)械制造中磨削時(shí)的瞬態(tài)溫度測量等。

1.6 冷線(cold w ire)溫度脈動(dòng)測量技術(shù)

在一些研究領(lǐng)域，需要進(jìn)行湍流溫度脈動(dòng)的測量，對(duì)溫度傳感器的頻響要求更高，幾十毫秒量級(jí)的溫度傳感器已經(jīng)不能滿足要求。冷線溫度脈動(dòng)測量技術(shù)是可以達(dá)到更高頻響的一種測溫方法，通常能夠達(dá)到幾千赫茲以上。冷線溫度脈動(dòng)測量技術(shù)實(shí)際上是采用熱線風(fēng)速儀的恒流工作模式，具備很高的頻響能力。冷線材料自熱、冷絲與支撐桿之間的導(dǎo)熱熱損以及傳感器探頭的空間分辨力是影響冷絲溫度脈動(dòng)測量頻率的重要因素，國外大量研究工作圍繞這三個(gè)方面的修正與補(bǔ)償展開［11－12］。

2 動(dòng)態(tài)溫度校準(zhǔn)技術(shù)研究進(jìn)展

2.1 氣流溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)技術(shù)

氣流溫度傳感器的動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)通常在校準(zhǔn)風(fēng)洞上進(jìn)行，以校準(zhǔn)風(fēng)洞和溫度階躍裝置為基礎(chǔ)的氣流溫度傳感器校準(zhǔn)技術(shù)開展時(shí)間最早，發(fā)展也最為成熟。從上世紀(jì)60年代開始，美國NASA就利用校準(zhǔn)風(fēng)洞針對(duì)各種氣流溫度傳感器進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn)研究。國內(nèi)CIMM從上世紀(jì)70年代開始對(duì)氣流溫度傳感器的動(dòng)態(tài)特性問題展開研究，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)具備了完善的校準(zhǔn)試驗(yàn)條件和方法，每年為航空、航天等多家型號(hào)單位提供氣流溫度傳感器的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)服務(wù)，積累了大量的數(shù)據(jù)。

從接觸式溫度傳感器的傳熱機(jī)理分析，傳感器和周邊環(huán)境之間時(shí)刻進(jìn)行熱量交換。在對(duì)溫度傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)時(shí)，工況條件是必須要考慮的重要因素。同一支溫度傳感器在不同的工況條件下會(huì)得到不同的時(shí)間常數(shù)，這里所述的工況條件主要指來流馬赫數(shù)、來流總溫、階躍溫度等，為了描述清楚氣流溫度傳感器的動(dòng)態(tài)特性，通常需要給出詳細(xì)的校準(zhǔn)條件。

校準(zhǔn)風(fēng)洞能夠提供穩(wěn)定的氣流環(huán)境，來流馬赫數(shù)和來流總溫可以連續(xù)調(diào)節(jié)。彈射機(jī)構(gòu)是一種彈簧機(jī)械機(jī)構(gòu)，能夠瞬時(shí)將包裹在傳感器頭部的包罩裝置彈開，使傳感器瞬時(shí)暴露在校準(zhǔn)風(fēng)洞主流中，從而產(chǎn)生溫度階躍［13］，如圖6所示。使用校準(zhǔn)風(fēng)洞進(jìn)行氣流溫度傳感器的動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)，其突出的優(yōu)點(diǎn)是能夠盡可能的模擬傳感器的實(shí)際工況，這一點(diǎn)對(duì)于氣流溫度傳感器的動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)來所至關(guān)重要。

圖6 溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)系統(tǒng)框圖

在上述校準(zhǔn)系統(tǒng)中，溫度階躍信號(hào)的產(chǎn)生是通過彈簧機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際信號(hào)并非理想的階躍信號(hào)，因此不適合超快響應(yīng)的溫度傳感器校準(zhǔn)。一般當(dāng)傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間在20 ms以下時(shí)，其校準(zhǔn)結(jié)果就會(huì)表現(xiàn)出較大的分散性。

2.2 基于脈沖激光加熱的快響應(yīng)氣流溫度傳感器動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)

針對(duì)時(shí)間常數(shù)為毫秒量級(jí)的溫度傳感器，為了克服彈射式溫度階躍方式引入的誤差，近些年CIMM發(fā)展了基于激光脈沖加熱的快響應(yīng)氣流溫度傳感器動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)技術(shù)。該技術(shù)仍然利用校準(zhǔn)風(fēng)洞控制校準(zhǔn)工況條件，利用脈沖激光能量使溫度傳感器在給定的工況條件下產(chǎn)生溫度階躍，如圖7所示。

圖7 激光激勵(lì)的溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)照片

利用脈沖激光對(duì)快響應(yīng)溫度傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)能夠大幅度地提高溫度校準(zhǔn)結(jié)果的重復(fù)性，A類相對(duì)不確定度最大不超過2.4%，非常適用于快響應(yīng)溫度傳感器的動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)。由于采用了激光激勵(lì)的方式，該技術(shù)的應(yīng)用也存在一定的限制。如該方法僅適用于裸露式結(jié)構(gòu)的溫度傳感器，而對(duì)于屏蔽式結(jié)構(gòu)等其它形式的傳感器，由于傳感器敏感元件不能直接感受到激光，因而難以使用。

2.3 水霧環(huán)境下的氣流溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)

當(dāng)工質(zhì)變化的時(shí)候，溫度傳感器的動(dòng)態(tài)特性也會(huì)出現(xiàn)變化。CIMM對(duì)氣流溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性在水霧環(huán)境下的研究，源于機(jī)載或彈載大氣總溫傳感器在穿云過霧時(shí)的工質(zhì)環(huán)境變化，設(shè)計(jì)人員關(guān)心大氣總溫傳感器在水霧環(huán)境下的動(dòng)態(tài)特性。CIMM在傳統(tǒng)溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了雨霧模擬裝置，通過雨霧模擬裝置將水霧添加至氣流中，水霧的添加量可以調(diào)節(jié)，進(jìn)而模擬不同雨量條件，如圖8所示。

對(duì)多種結(jié)構(gòu)形式的大氣總溫傳感器進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究證明，水霧的加入大幅度提高了溫度傳感器的動(dòng)態(tài)特性［14］。氣流含水量的變化顯著影響溫度傳感器的動(dòng)態(tài)特性，再加上氣流速度的影響，使得雨霧環(huán)境下溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性分析更加復(fù)雜，目前這方面的工作還處于初步研究階段，更深入的研究有待進(jìn)一步展開。

圖8 雨霧環(huán)境下溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)示意圖

2.4 液體溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)技術(shù)

對(duì)用于測量油溫、冷卻液溫度的液體溫度傳感器，在進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)的時(shí)候通常需要在水流的環(huán)境中進(jìn)行。校準(zhǔn)的基本方法是投入法，即將溫度傳感器快速投入到液體環(huán)境中，從而產(chǎn)生溫度階躍，校準(zhǔn)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集以及處理方法與氣流環(huán)境下的方法相同。由于液體的換熱能力與氣體相比要高，因此對(duì)于同一支溫度傳感器而言，在液體介質(zhì)中的動(dòng)態(tài)特性要優(yōu)于氣流介質(zhì)。

3 動(dòng)態(tài)溫度測量校準(zhǔn)技術(shù)展望

3.1 發(fā)展新的動(dòng)態(tài)溫度測量與補(bǔ)償技術(shù)

在動(dòng)態(tài)溫度測量方面，為了適應(yīng)相關(guān)武器裝備研制過程中對(duì)動(dòng)態(tài)溫度測量提出的迫切要求，應(yīng)該從兩方面開展攻關(guān)研究:一方面是通過減小傳感器熱容、增強(qiáng)傳感器與周邊環(huán)境換熱等方法提高溫度傳感器本身的動(dòng)態(tài)特性，如細(xì)絲熱電偶、薄膜熱電偶等;另一方面，加強(qiáng)對(duì)溫度傳感器的系統(tǒng)辨識(shí)與機(jī)理分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)研究，最終通過軟硬件補(bǔ)償?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)溫度傳感器的快速響應(yīng)。

3.2 發(fā)展新的溫度激勵(lì)方式

目前，對(duì)于溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性的校準(zhǔn)，無論是傳統(tǒng)的機(jī)械式階躍還是激光激勵(lì)，都是近似的溫度階躍信號(hào)，同時(shí)將溫度傳感器近似為一階系統(tǒng)，通過校準(zhǔn)給出時(shí)間常數(shù)或響應(yīng)時(shí)間。這樣一種處理方法在很多時(shí)候無法滿足需要，尤其是對(duì)于實(shí)際工程中常見的周期性溫度脈動(dòng)問題國內(nèi)還沒有開展過研究。因此，在后續(xù)的動(dòng)態(tài)溫度校準(zhǔn)技術(shù)研究中，有必要嘗試脈沖、正弦等形式的溫度激勵(lì)方式。

3.3 進(jìn)一步完善校準(zhǔn)工況條件

工況條件是溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性的重要影響因素，這是溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)中需要特別注意的地方。在溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)過程中需要通過校準(zhǔn)風(fēng)洞模擬實(shí)際的傳感器工況條件，校準(zhǔn)工況應(yīng)該盡可能的貼近實(shí)際使用工況。因此，有必要進(jìn)一步完善校準(zhǔn)工況條件，擴(kuò)展校準(zhǔn)風(fēng)洞的速度、溫度以及壓力覆蓋范圍。同時(shí)，還需要針對(duì)典型的溫度傳感器，在大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立完善的數(shù)學(xué)模型，研究校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的內(nèi)插和外推方法，對(duì)非校準(zhǔn)工況點(diǎn)的溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性的確定奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)溫度測量和校準(zhǔn)方法基本上能夠滿足毫秒量級(jí)的動(dòng)態(tài)溫度測試需求，對(duì)于新一代武器裝備提出的更高要求，無論是測量技術(shù)還是校準(zhǔn)技術(shù)都有待于進(jìn)一步地發(fā)展。對(duì)于快響應(yīng)溫度測量技術(shù)，頻響更高的溫度傳感器和補(bǔ)償技術(shù)的結(jié)合是必由之路;對(duì)于動(dòng)態(tài)溫度校準(zhǔn)技術(shù)，更完善的校準(zhǔn)工況條件、更科學(xué)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃透S富的溫度激勵(lì)方式是提高動(dòng)態(tài)溫度校準(zhǔn)水平的關(guān)鍵。

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Dynam ic Tem perature M easurement and Calibration Technology

WANG Yi，ZHAO Jian
(Changcheng Institute of Metrology＆Measurement，Beijing 100095，China)

Dynamic temperaturemeasurement technology has developed rapidly.The dynamic temperaturemeasurement is notonly related to the structure of sensors，butalso to theworking conditions.For the reasonsmentioned above，the current technology cannot demand all the actual requirements.This paper introduces the dynamic calibration technology at home and abroad respectively，and analyzes the characteristics of the dynamic calibration for temperature sensors.And the development direction of this technology is also pointed out.

dynamic temperature;measurement;calibration

TB942

A

1674－5795(2015)01－0009－05

10.11823/j.issn.1674－5795.2015.01.02

2015－01－06;

2015－01－20

航空推進(jìn)技術(shù)驗(yàn)證計(jì)劃

王毅(1977－)，男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事動(dòng)態(tài)溫度及氣體流速測量校準(zhǔn)研究工作。