高溫測量及其校準(zhǔn)技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

蘭芳 李彥 張麗麗 張艷娟 晉西工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司

一、高溫測量傳感的技術(shù)問題

和傳統(tǒng)的傳感、測試技術(shù)不同，文章分析的是極端環(huán)境下傳感、測試面臨技術(shù)方面的問題，這種技術(shù)問題是將被測試系統(tǒng)直接放置在被測試物體體內(nèi)，或者是被測試對象環(huán)境當(dāng)中，系統(tǒng)需要承受與被測試對象同樣的惡劣環(huán)境，該環(huán)境處于動態(tài)變化情況下，在這種情況下實(shí)時獲取相關(guān)的信息。但是在這個過程中存在高溫和高壓環(huán)境，還有沖擊力、噪聲等等，這些因素的存在會對測試系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的耦合干擾，增加測試難度，比如無法測試、測試不精準(zhǔn)、測試無法進(jìn)行現(xiàn)象的存在，這些現(xiàn)象的存在給傳感測試增加了極大難度[1]。

圖1 某通道測試系統(tǒng)

二、特種高溫傳感器的測試標(biāo)定

（一）航空發(fā)動機(jī)的長時間高溫測試

（1）超聲導(dǎo)波測溫機(jī)

超聲導(dǎo)波測溫機(jī)內(nèi)部敏感元件端頭有一個凹槽，凹槽在傳感器區(qū)，與被測試溫度場之間達(dá)成平衡，進(jìn)入敏感元件之后，傳播的超聲波在區(qū)截位置發(fā)生部分反射，這個時候產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)波；另外一部分發(fā)生透射，在遇到敏感元件的時候再次反射變成端點(diǎn)波，節(jié)點(diǎn)與端點(diǎn)之間的時間差用△t來表示，該數(shù)值就是超聲波延時數(shù)值。而延時數(shù)值就是計算溫度信息解耦算法的重點(diǎn)，在計算過程中，被測試高溫場發(fā)生溫度變化之后，導(dǎo)致敏感元件的超聲波傳播速度發(fā)生改變，也就導(dǎo)致△t發(fā)生變化，則：

C=3△ s /△t

（2）鎢錸合金絲傳感器測溫系統(tǒng)

根據(jù)實(shí)際理論可以知道不同溫度下超聲波的波導(dǎo)桿傳播速度不同，鎢錸合金絲是一種耐高溫材料，材料的熔點(diǎn)非常高，超過了3000攝氏度，具備很好的傳播聲音性能[2]。運(yùn)用熱電偶的鎢錸合金絲進(jìn)行測溫，該材料在氬氣保護(hù)環(huán)境當(dāng)中標(biāo)定傳感器，得到測量結(jié)果。實(shí)驗證明該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在航空發(fā)動機(jī)2200攝氏度下的長時間測試。

（二）瞬態(tài)高溫測試

瞬態(tài)高溫測試主要是針對兵器、核爆炸、化學(xué)爆炸實(shí)驗進(jìn)行研究，當(dāng)前國內(nèi)的高溫測量技術(shù)、設(shè)備都無法滿足這些領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行高溫測量的要求，因此當(dāng)前應(yīng)該針對這個環(huán)節(jié)進(jìn)行積極的研究。

（1）熱激發(fā)原子發(fā)射雙譜線測溫

愛因斯坦輻射理論的分析中能夠得到原子發(fā)射雙譜線溫度：

在上述句式中T是待測溫度，其中A與B是考慮原子特征的特定常數(shù)。針對原子的特性、波長、系統(tǒng)光傳遞等決定。通過待測溫系統(tǒng)測定溫度之后獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集部分記錄下兩個通道電壓信號，為Iλ1、Iλ2，通過該計算得到瞬態(tài)高溫，在理論上無測溫上限。

（2）原子發(fā)射雙光譜測溫

該模式的測溫是針對燃燒高溫中溫標(biāo)元祖經(jīng)過光譜輻射進(jìn)入窗口，經(jīng)過Y型與特定波長的過濾片之后變成光片1、光片2，變成兩束廣傳輸。經(jīng)過動態(tài)倍增管之后將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。對于已經(jīng)確定波長的兩條原子發(fā)射光譜，在經(jīng)過標(biāo)定之后就得兩條譜線的比值，運(yùn)用愛因斯坦輻射論原理進(jìn)行計算就可以得到被測試的溫度值[3]。經(jīng)過計算該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高能炸藥瞬態(tài)級別的高溫測試，測試溫度可以達(dá)到2600℃。

（3）藍(lán)寶石光纖黑體瞬態(tài)高溫測定

根據(jù)Planck輻射定律可以得到輸出之后的電壓計算公式。可以計算黑障區(qū)狹小空間長時間動態(tài)測試，該環(huán)節(jié)可以運(yùn)用多通道優(yōu)先容差編碼來計算。

三、結(jié)束語

經(jīng)過多年的發(fā)展我國在高溫測試與動態(tài)標(biāo)準(zhǔn)鑒定方面創(chuàng)新出了相關(guān)技術(shù)，動態(tài)校準(zhǔn)與高溫測定技術(shù)有明顯的提高，在今后的發(fā)展過程中可以滿足航空與航天的各種需求，解決高溫環(huán)境下多種難題，形成具有特色的研究、發(fā)展方向。針對實(shí)際運(yùn)用過程中的待攻克技術(shù)，還需要進(jìn)行專業(yè)研究分析，爭取早日攻克難題。