一种用于内燃机气缸内温度测量的高温热电偶

发布时间:2022-04-27     浏览次数:
摘要:介绍了一种用于气缸内气流温度测量的高温热电偶的结构及其设计开发。并对热电偶的辐射误差进行了分析。结果表明,该热电偶解决了接触法测量高温气流温度保护壳体材料的困难能准确地测量气缸內燃气温度。
  内燃机气缸内燃烧温度是衡量其性能的重要参数。它是内燃机燃烧过程及其排放指标的重要表征。随着高性能内燃机研制的不断深入。内燃机的强化程度越来越高对内燃机测试技术的要求也越来越高,为了可靠地获取缸内燃烧温度的信息。作者研制了一种精度较高的适于气缸内温度测量的高温传感器。
1高温传感器的设计
  在内燃机的测试技术中,高温测量是个难点其测量方法主要有两种方法:接触法和非接触法。由于非接触法测试过程中存在如受环境温度的影响、测量复杂、成本高、仪器贵重等许多困难与问题,因此使用常规的热电偶测量法。仍是当今最主要的测试手段。而接触式测量法最大的难题在于耐高温的保护壳体材料问题。
1.1高温传感器的工作条件
  由于内燃机工作时气缸内高温高压,同时强烈的气流运动工作条件恶劣要精确地测量气缸内温度存在很大的困难因此高温热电偶除了要满足一般热电偶的性能外,还应满足如下技术要求:.
1)耐高温。气缸内气流温度可达2000K以上且温度分布不均匀温度梯度大,采用接触法测量温度最难解决的难题就是保护壳体的耐高温问题。
2)结构紧凑。在内燃机的气缸盖和气缸体上都布置有许多零部件,这就给安装高温热电偶带来了许多困难。因此在设计过程中应尽量减小其阻尼面积为此在保证绝缘的同时,要求热电偶结构紧凑。
1.2高温热电偶的结构设计
  图1为设计的高温热电偶结构图。为了满足测量高温气流温度的技术要求,其设计.上采用了以下主要措施:
高温热电偶结构图示 
1)选用能在高温气流中稳定工作的热电偶丝材。采用符合ITS-P0国际温度的铂铑30-铂铑B热电偶,分度号为B.B型热电偶具有准确度高热电稳定性好,测温上限高等优点属贵重材料;由于室温下其热电势极小(25℃时为-2μV,50℃时为-3μV)故一般不需要参考端的温度补偿同时为了提高测量精度,对热电偶丝进行静态标定。
2)采用高温晶复合材料热电偶的保护壳体。
  长期在高温环境下的热电偶保护壳体的材料应具有耐高温。抗腐蚀和能承受高温度冲击的性能。常用的高温合金材料GH128的长期工作温度为950℃,溶点为1340~1390℃,不能满足设计的要求用GH128制成的气冷式高温热电偶能达到试验要求但存在较大的导热误差。另一种高温材料高温金属陶瓷可在1650℃下长期工作,但这种材料抗氧化性、抗热冲击性差一般试验8~10次就出现裂纹,使用寿命短。对于贵金属材料作偶丝的热电偶,成本太高,不宜采用。
  基于以上几个方面的考虑该热电偶选择了一种简单的结构。采用了一种新型的高温材料一高温晶碳化硅复合氮化硅一-做热电偶的保护壳体。这种材料具有耐高温、耐振动、耐热冲击和抗氧化性好等特点。用这种壳体组装的高温热电偶,不需要任何冷却措施可以直接置于高温燃气流中进行温度测量。
3)合理设计偶丝的伸出长度。
  减小热电偶的导热误差最简单的方法,就是增大偶丝伸入燃气流中的长度。一般而言,当长径比大于10时,导热误差较小。导热误差暂不予考虑。
  由于该热电偶没有采取任何冷却措施,大大减小了热接点的辐射损失和偶丝导热损失,提高了测温精度。
2热电偶的测量误差分析
  在稳态的气流温度测量中,由于气流动能的不完全恢复以及传感器与周围环境之间存在着热交换所以测量中存在着速度误差和传热误差(辐射误差和导热误差),要准确的测量气流的温度,就要确定这些误差并给予修正。本热电偶由于其速度误差和导热误差均较小可以不予考虑因此本文主要对热电偶的辐射误差加以分析。
  由于测量端与环境之间的辐射换热引起测量端温度偏离有效温度的误差称为热电偶的辐射误差获得辐射误差修正值的方法--是采用实验方法获得,二是由下式估算辐射误差的修正值△Tr,
 
  式中,λf和d分别为燃气的导热系数和热电偶丝的直径。根据手册可查得导热系数λf,努塞尔数Nu可根据下式计算
 
3结论
1)试验表明.用高温晶复合材料作壳体组装的温度传感器选用性能优良的热电偶丝。且不需要任何冷却措施,可直接测量内燃机的燃气温度。且解决了接触法测量高温气流温度中的保护壳体材料的难题,可以测量高达1800℃左右的燃气温度.
2)介绍的高温热电偶.设计中综合考虑了热电偶的辐射和导热误差并估算了辐射的误差修正值,在获取了壁温T后,能够较准确的测量内燃机的燃气温度。
3)在有条件的情况下,可以对高温热电偶进行动态校验。用试验的方法确定传感器的各项误差和总误差。
 
上一篇:差压变送器在界面测量中的运用   下一篇:论火力发电厂锅炉壁温热电偶的安装
国产黄片,性爽交视频在线观看,中文字幕,欧美迷晕系列在线播放