某型飞机发动机热电偶温度测量方法的研究

　　0引 言

　　要对某型飞机发动机性能参数的验证， 特别是发动机的温度参数和压力参数，要求非常高，只有精确测量，才能知道参数的真实情况。 由于温度测量点太多，且发动机本身装上的热电偶的形式也不一样，因此，必须把热电偶微弱的电压信号进行调理，变成能被采集设备采集的信号，而这一调理的过程又是一个非常复杂的技术难题。

　　1热电偶温度测量优点

　　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。热电偶测量温度范围在–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热电偶温度测量缺点

　　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

　　将热电偶产生的电压变换成精确的温度值不是一件容易的事情，原因很多：电压信号太弱，温度电压关系呈非线性，需要参考接合点补偿，且热电偶可能引起接地问题。 现逐一分析这些问题。

　　3.1 电压信号太弱

　　最常见的热电偶类型有E、J、K(T)、R(S )型。在室温下， 其电压变化幅度分别为 61 μV/°C、52 μV/°C 、41 μV/°C 和 6 μV/°C。 其它较少见的类型温度电压变化幅度甚至更小。 这种微弱的信号在模数转换前需要较高的增益级。 表 1 比较了各种热电偶类型灵敏度。 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(1 MHz以上)和50 Hz/400 Hz(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。