HB Z 286.6-1996 航空燃气涡轮发动机监视系统设计与实施指南 温度监视.pdf

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1、中华人民共和国航空工业标准航空燃气涡轮发动机监视系统设计与实施指南温度监视1 主题内容与适用范围HB/Z 286.6-96 1 . 1 本指南提出了航空燃气涡轮发动机温度的测量方法、温度监视系统的选择准则和硬件类型。1, 2 HB/Z 286.l航空燃气涡轮发动机监视系统设计与实施指南总则的要求适用手本指南。本指南适用于航空燃气涡轮发动机温度监视系统的设计和使用。2 引用标准田-90-90航空涡轮发动机性能截面符号和术语标识符HB/Z 286.2 - 96 性能监视3 术语和缩略语3.1 术语3. 1. 1 恢复系数Revery Factor 测量温度和静温之差与总温和静温之差的比值。3. 1

2、. 2 辐射误差Radiation Error 感受元件和周围的辐射传热引起的燃气温度和测量温度之差。3 ,1. 3 传导误差Conduction Error 沿热电偶支承管和导线热传导引起的燃气温度和测量温度之差。3.2 缩略语3. 2. 1 RTD Resistance T emperature Device 电阻温度计3.2, 2. emf electromotive force 电动势3.2. 3 TBT Turbine Blade Temperature 涡轮叶片温度3.2 , 4 TET Turbine Entry Temperature 涡轮进口温度中国航空工业总公司1996-

3、09 -13发布1996-10-01实施105 HB/Z 286.6-96 3 . 2 . 5 EMI Electromagnetic Interferen倪电磁干扰3.2. 6 ECU Engine Control Unit 发动机控制装置3.2. 7 EGT Exhaust Gas Temperature 排气温度4 总述在航空燃气涡轮发动机的监视中，温度是一个关键和广泛应用的参数。但因不同发动机设计、制造部门信号处理的方法和使用目的各不相同，在发动机上测量温度可用各种不同类型的传感器。本指南包括以下内容:a.传感器类型;b.信号源位置;C.信号传输;d.信号处理;e.信号共事;f.选择准

4、则;g.精度;h.可能出现的问题。5 应用温度测量取决于目前所达到的技术水平和预定目的。5.1 功能发动机的温度测量用于四个方面:控制、状态监视与诊断、座舱显示和性能测定。5. 1.1 控制在反馈控制回路中用温度信号换算许多物理变量。例如，为了防止涡轮叶片过热，温度用于限制燃油流量。温度还可用于换算转速、可变几何的控制规律、喘振控制规律、加速和减速控制等。5.1.2 状态监视与诊断某一点的温度信号可用于计算发动机其它位置的温度。这意味着温度信号可用于测定发动机不同部件的热性能。例如，要求计算发动机的排气温度(EGT)裕度以决定返厂翻修时间和防止EGT超限。用于监视的温度信号通常不用于控制或修正

5、发动机的其它变量，而控制信号有时则用于状态监视。监视功能包括了研制阶段发动机不同位置的温度测量。5.1 . 3 座舱显示发动机温度，特别是发动机的EGT，要对机组人员显示，以监视发动机的工作。5. 1. 4 性能测定106 HB/Z 286.6-96 发动机的温度是决定发动机性能的关键。发动机性能参数中与温度有关的二个测量参数是:风扇换算转速和燃油消耗率。5.2 介质在航空燃气涡轮发动机上，要求测量以下介质的温度:a.气体;b.涡轮叶片;C.液体一滑油和燃油。5.2. 1 气体5.2. 1. 1 测量位置根据气体温度测量的目的决定温度测量位置。测量目的包括控制、状态监视与诊断、座舱显示和性能测

6、定。测量截面见图1及HBO-90-90。如果给定测量点的温度是对称分布的，就可使用单个传感器。然而，实际上经常出现非对称分布(径向和周向).测试温度场必须选择有代表性的位置安装受感部。根据不同的位置，使用一个、两个或几个受感部进行周向测量。为了测量涡轮出口温度，通常用梳状热电偶测量选定的温度。梳子上热电偶的数目可以改变，但典型的个数是人。5 . 2. 1 . 1 . 1 Tl、T12和T2与控制有关，可建立压气机转速、燃油流量和可变几何的控制规律，这些规律包括温度与控制变量间的非线性关系。根据所测量的温度，通过发动机控制软件和硬件，控制变量被控制在一个预定的允差之内。这些温度用于修正转速，也用

7、于确定状态监视的基线温度。有时用于性能测定。例如，根据某个温度，用风扇换算转速评估发动机性能。在许多民用发动机中，Tl在飞机机体上测量。而军用发动机一般在发动机进口测量。出现差异时，可选用飞机机体温度或其它的发动机温度。5.2. 1. 1.2 T2和T3用于状态监视与诊断。通过检查低、高压压气机出口温度(T2X、T3) 识别趋势，跟踪低、高压压气机的效率，建立不同工作状态下发动机温度间的关系。5. 2.1 . 1.3 T4X、T5和甘用于控制、状态监视、诊断、座舱显示和性能测定。5. 2.1 . 2 温度范围表1给出了每个测量值的温度范围。它们与发动机类型和飞行包线有关。为了比较，将发动机按涡

8、轮进口温度(TET)为高性能和低、中性能。最高TET超过1150C为高性能发动机;最高TET在1150C以下为低、中性能发动机。表1正常工作温度范围 截面高性能低和(或)中性能一Tl, T12, T2 -55-+175 -55-十125一一T2X 一55-+ 260 - 55- + 200 T3 。-+650 。-+500 T4X 260-1150以上260-1150 T5, T7 260-600 260-500 107 HB/Z 286.6-96 5.2. 1.3 精度温度测量精度要求自测量的使用目的确定，表2给出了气体温度测量的精度。表2精度要求 温度控制状态监视与诊断座舱显示性能测定Tl

9、 :t0.5 士1.0:!:0.5 T12 士2.0士1.0T2 :!: 2.0 -:!: 1.0 T2X :!:2.0 昏- T3 - -* T4X * 1) 士10.0串T5, TI :!: 2.52:t 10.0 土10.0注;1)在系统能力范围内的允盖，它必须由订购方、发动机嗣遣部门和系统供应部门共同确定。2)仅在设计点，对非设计点可放宽5.2.2 涡轮叶片5.2.2.1 测量目的涡轮叶片温度(TBT)用于控制、状态监视与诊断。检查TBT是否超限，如果超出给定的最大允许温度、零件蠕变寿命将显著降低。5.2.2.2 测量位置高、低压涡轮叶片。5.2.2.3 温度范围650-1500t 5

10、.2.2.4 精度精度要求在选定的温度设计点才有意义。设计点的精度一般是:!:9t。5.2.3 滑油温度5 . 2.3.1 测量目的滑油温度用于状态监视与诊断或座舱显示。5.2.3.2 测量位置滑油温度应在回汹泵下游和滑油冷却器上游处测量。5. 2 . 3.3 温度范围- 55 - + 2001: 5.2.3.4 精度:t3.5C。5.3 传感器类型航空燃气涡轮发动机的温度测量方法有:a.电阻温度计(RTD); b.热电偶;108 C.光学高温度计:d.充气或液体温度计;e.热敏电阻;f.声学;g. 射线;h.共振晶体;t.分光光度计;J.示温漆。HB/Z 286.6-96 在生产型航空燃气涡

11、发动机上常用的仅有a、b、c和d囚种。5.3.1 电阻温度计在发动机温度监视中，RTD常用的金属是销、镇和铜。发动机设计、制造部门在发动机压气机部分较普遍地使用RTD。因为这部分的精度要求较高，而已证实RTD满足其精度要求。5.3. 1. 1 钳电阻温度计铀RTD一般在-260-+ 8温度范围内有较高的线性度和可预测性。因为可测温度受到传感器的材料和传感器内部灌装材料的温度承受能力的限制，用在发动机监视中传感器的工作拖围是-50 - + 500t。5.3.1.2 镰电阻温度计镰RTD温度范围一般是-190- + 300C。镰RTD一般没有铅稳定。实际上镇RTD最高使用温度限制在200C左右，它

12、与键的类型(如纯度)有关，且不得超过居里点。传感器套管内填料也限制官在极限温度以下使用。5.3. 1.3 铜电阻温度计铜RTD温度范围一般是-50- + 150C。测温精度高，稳定性好，价格低廉。5.3. 2 热电偶航空燃气涡轮发动机广泛使用热电偶进行温度测量。5.3.2. 1 热电偶类型表3给出了用在飞机上的热电偶类型及它们的性能待征，真中K类和E类热电偶在航空燃气涡轮发动机上用得最普遍。5.3.2.2 温度范围表3给出了裸露热电偶的温度范围。最高温度只能短时间使用，为了获得合理的传感器寿命，-般对于用在涡轮发动机仪表上的导线，最高温度应降低100-150.C。5.3.3 光学高温计光学高温

13、计提供了非接触式温度测量的方法。目镜用于收集热物体在规定面积上(如涡轮叶片)发射出来的光，通过光纤维或金属管将辐射光能传输到光敏材料上，再用信号调节器产生有用的电信号。光学高温计通过测量由目镜收集到的总辐射能量测量温度。总辐射能量是绝对温度的函数，测量温度和实际温度的关系是传感器设计、观察面环境和光电设备控制的函数。硅光电二极管的光学高温计工作温度范围是650-1500t。109 HB/Z 286.6-96 5.3.4 充气温度计充气温度计用于机械液压控制系统的发动机的温度测量，在现代高性能的全权限数字控制系统的发动机上不适用。其测量温度范围是-55- + 125C。表3可选择的热电偶和官们的

14、特性类型1)材料平均输出温度范围到精度)时Voc 一一-一-一，一40-+ 800, 1: 1. 5或1:0.4%tE 镰-10%锚/康铜0.0756 -2倒闭-40-900，士2.5或士0.75%t- 200- + 40，土2.5或:t1.5%t- _.-J 铁/康铜0.054 -40- +750 -40-750，士1.5或士0.4%t-40-+750，士2.5或0.75%t- 40 - + 350, :!: 0.5或1:0.4%tT 铜/康铜0.045 -200- +400 - 40- + 350，士1或士O.75%t- 200 - + 40, :t 1或:!:1.5%t镰甲10%锦/-

15、40- + 1100, :t 1. 5或:t0.4%tK 0.0396 - 200-1300 - 40 - + 1300, :t 2 . 5或士0.75%t镇-5%铝和硅-200-十40，:t2.5或:t1.5%t国R 销一13%姥/钳0.0115 。-1600。-1600，土1或:t1 + (t-1100) xO.3J 。-1600.:!: 1. 5或:tO. 25% t 。-1100.土1S 铀-10%姥/钳0.0102 - 50-1540 1100-1600，士1+(t-11)x 0.003 0-1600, :t 1. 5 600-1600, :t 0.25 % t 一-一.铅-30%姥

16、600-1700. :t O. 25t B /铀-6%姥O.77 。-1800600-800, :t4 800-1700，土0.5%t一注:1 )IEC581-1标准;2)热电偶/热电阻分度孚册;3)IECS84 -1标准，l为被测温度。5.4 各类传感器的适用介质和应用表4给出了每种传感器在不同发动机介质中的典型应用。TBT一般只用光学高温计测量，但也可用热电偶估测。充气温度计当前只限于气路(空气)温度测量。110 HB/Z 286.6 - 96 表4各类传感器适用的介质介质传感器类型气体涡轮叶片液体RTD X X 热电偶X X X 光学高温计X 充气温度计X 6 温度监视系统的考虑温度测量

17、的合理设计应考虑每个子系统。它们包括信号源的位置、合理的安装、信号传输、信号处理、信号共享和信号本身的最终用户。6. 1 信号源的位置根据需要的温度、直接测量或间接测量等选择正确测量位置。选择温度传感器的最佳位置将提高信号输出的可靠性。6.2 安装的考虑传感器的安装应考虑:a.可用空间;b.机械或噪声引起的振动水平;C.安装方法;d.密封;e.可能出现的流场畸变;f.受感部周围的温度分布。6.2.1 可用空间安装传感器的可用空间往往决定了传感器的位置及所用传感器的结构形式。必须有将传感器紧固在安装面上以及便于在其后端连接电接插件的一定空间，而且必须为装拆工具留有足够的空间。6.2.2 振动水平

18、由于发动机诱导振动的存在，为了传感器可靠地工作，必须将传感器牢固地固定在安装面上。6.2.3 安装方法传感器与安装面连接的方法有很多种，图2给出了几个样例。在高振动环境下或考虑发动机外物损伤，用两孔安装边有时不够可靠。在这种情况下，可选择三孔或四孔安装边。6.2.4 密封密封与发动机测量的介质和位置有关。如防止滑油温度传感器周围的滑油泄漏，通常设凰凰IZ286.6-9f)计成带螺纹衬套的传感器，如图2推荐的结构。6.2.5 可能出现的流场畸变流过发动机的燃气流不应受到置于气流通道内传感器的影响，为了避免这种影响，将传感器设计成非插入式，例如将传感器平贴到涵道或管路的内壁，或设计成脱落尾迹最小。

19、如果必须插入气流中，将传感器插入带有进、出口通气孔的发动机支板或导叶之中(如测EGT)，或将传感器外形设计成叶型形状。6.2.6 受感部周围的温度分布温度经常超过电接插件或电缆承受的能力范围，还有热量从测量介质传到温度的感受元件。特别是发动机较热的部位，如高压压气机、高压和低压涡轮部分。必须采取措施以保证传感器某些部位不致温度过高。不仅受感部部分需要保护，还必须在温度感受端与接插件间采取隔热措施。这样可减少RTD的传导误差，得到较好的测量结果口6.3 信号传输在许多情况下，温度传感器在结构上要与信号调节器隔开一段距离。例如，测量EGT的热电偶信号一般需要在座舱显示，电信号需要通过电缆或导线传输

20、，可根据传感器类型、传感器安装位置和最终的使用方式加以考虑。6.3.1 电阻温度计钳、镇和铜传感器对信号传输的要求基本相同，它们的信号通过电路电桥调节。6.3. 1. 1 导线电阻铜导线是常见的RTD信号传输导线。为了补偿导线电阻，通常选用三或囚线系统。三线系统可使电桥基本补偿导线电阻，而四线系统可完全补偿。6.3.1.2 导线连接只要可能，传感器应通过标准电接插件与导线连接。带接插件的传感器有两个主要优点:a.无论是传感器还是电缆失效，只需要更换失效的部分，可以降低成本;b.传感器更容易采用与外界隔绝的密封设计。当不可能用密封的接插件时，必须确保温气不会从电缆进入传感器自身。传感器或导线内的

21、湿气可能引起绝缘电阻下降或短路，使测量不可靠。6.3. 1. 3 电屏蔽除非不需要的信号经导线诱导出引起传感器中绝缘击穿的电流，电磁干扰(EMI)一般对RTD没有影响。但如果电缆没有恰当的屏蔽，EMI会对信号处理器带来问题。图3给出了外部屏蔽电缆正确接地的建议方法，传感器端屏蔽应该共用这个地线。此外必须采取措施以保护信号处理器不受射频辐射。6.3.2 热电偶信号可经过热电偶自身导线或延伸导线传出。延伸导线在热电偶测量端(热结点)和参考结点(冷结点)之间连接。延伸导线主要考虑的问题是导线材料、温度梯度、接插件和电屏蔽。6.3.2.1 延伸导线用延伸导线的原因如下:a.引线更易于与安装面相适应;1

22、12 HB/Z 286 .6-96 b.用便宜的延伸导线替代昂贵的热电偶线。延伸导线可与热电偶线相同或不同。表5给出了K、S和T类热电偶的延伸线。延伸导线自身可引起各种误差，它们包括:a.热电偶和延伸导线间热电动势(emf)的差异;b.热电偶线和延伸导线结点的温度差异;C.结点的极性颠倒;d.接插件材料的热电动势特性与导线不同u表5热电偶延伸导线合金类型热电偶类型延伸导线类型H 正负K KX 镇-锚镶-铝一._.T TX 铜康铜- S SX 铜铜-镰. 6. 3. 2.2 温度梯度温度范围 。-200- 60- + 100 -。-200热电路可使其对延伸导线中的温度佛度不敏感。主要应注意延伸导

23、线与热电偶线相接的结点处于相同温度之下。6.3. 2.3 热电偶接插件接插件和开关不得产生使热电偶温度信号失真的电动势(emf)。附加emf由材料不一致、冷拔(校准特性与热电偶导线有显著区别)和接插件中温度梯度引起。6 . 3.2 . 4 电屏蔽未屏蔽的热电偶导线在强的电磁场中会引起emf。在热电偶电路中要避免接地回路。如果接地电势在测量点和参考点不同，并且存在接地回路，则电流可能经过热电偶线或延伸线流动，而产生使原始热电偶信号失真的电势。6. 3. 3 光学高温计光学高温计的信号传输包括两部分(见图的;a.从透镜组件到光电检测器辐射强度的传输;b.从前置放大器到信号处理器电流的传输。辐射能传

24、输有两种途径:辐射能直接聚焦到光电检测器上和辐射能从透镜组件经光纤电缆传输到一定距离之外的检测器和前置放大器上。辐射能直接传输到检测器不存在任何特妹问题，下面仅规定光纤电缆辐射能的传输。6. 3. 3 . 1 光纤电缆的类型光纤电缆可以是单线光纤或光纤束。单线光纤一般在电缆横截面上可得到较高的效率(每平方厘米的辐射能)、较高的耐温能力、较好的故障隔离能力(如果电缆断了.信号不再传到113 HB/Z 286. 6-96 检测器)。光纤束可得到较高的可靠性，即如果一根光纤断了，系统中还存有余度。6. 3.3.2 透射率透射率定义为由光电检测器的透镜接收到的辐射能百分比.透射率是选择光纤电缆的主要依

25、据，典型的透射率是60%。应尽量得到最大可能的透射率，以便从前置放大棉中获得最大电流输出。6 .3.3.3 温度极限要求确保电缆能在最高温度4500t:下工作。6.4 信号处理RTD、热电偶、光学高温计和充气温度计的信号处理装置包括从R白的简单惠斯登电桥一直到处理光学高温计辐射强度倍号的复杂电子装置。6 .4. 1 电阻温度计各类基本惠斯登电桥用于调节电阻温度的信号。通常使用恒压源(28V院)激励电桥.也可用恒流源激励。非线性、受感部自身发热误差、温度敏感度和供电电压对电桥电路的设计很重要。自身发热误差见8.1.1.2.5条。6. 4. 1.1 非线性电桥的输出电压是受感部电阻的非线性函数，而

26、受感部电阻是温度的非线性函数(特别是镰RTD)，则电桥输出电压是温度的非线性函数。镰RD受感部的非线性将趋于补偿电桥的非线性。为了增加镰RTD电桥的线性，可在受感部上并联一个固定电阻。钳RTD受感部和电桥的非线性是相加的，减小受感部自身发热可使总的非线性保将很小。大多数的飞机上应用恒压源(28VDC)激励的电桥。受感部自身发热和受感部电阻成反比。对于恒压激励，选择高电阻(大于5000)受感部可使电桥非线性保持很小。对于恒流电桥，受感部自身发热与受感部电阻成正比，有必要选择小电阻传感器来减小自身发热，降低非线性。6.4. 1. 2 温度敏感度应选择恰当的电桥电阻器和导线，以使环境温度的变化不对电

27、桥输出有显著的影响。例如，锺铜线电阻器和铜导线使电桥对温度不敏感。应避免康铜和铜一起使用，因为它们的组合可因温度而引起热电效应。6.4. 1.3 供电电压电压变化会引起输出误差，电桥供电电压应该精细调节。6.4.2 热电偶用于座舱显示和输入发动机控制装置(ECU)的热电偶信号需要进行处理。座舱直接显示常用活动线圈指示器，而ECU中的处理器用模/数转换器。常用的两类转换辑是:权分类型和逐步渐近类型。一般应考虑基准结点温度和电噪声干扰。6. 4.2.1 基准结点对热电偶冷端温度修正或补偿通常通过采用浮点基准结点实现，如图5所示。基准结点是一个具有多通道能力的标准均匀温度基准箱。均匀温度基准箱中的温

28、度.称为基准温度。它允许浮动，可通过RTD或热敏电阻测量。因此，热电偶的输出电压通过加上与基准温度一致的电压来补偿。114 HB/Z 286.6-96 6.4.2.2 电噪声K类热电偶的信号近似为40V/C。为了保证整个温度监视系统的精度，信号处理装置必须保持较高的分辨率(士1-2V)。6.4.3 光学高温计光学高温计可用于显示、控制、状态监视与诊断。信号处理是为了输入到ECU或专用的、机载和地面数据采集单元。电信号是直流形式，其大小可从低工作温度(600t)的几毫徽安到高工作温度(14501500C)的几微安。6.4.3.1 典型的信号BT的测量比较难，首先，目标有一定距离且高速转动，其次，

29、通过叶片的光信号(瓦特/厘米2/微米)必须经过检测器和前置放大器转换为电信号。产生的电信号是温度的非线性函数。温度越高，电信号越准确。最后，电信号很弱且必须与无关的信号分开，无关的信号包括气体本身辐射，通过透镜可见的热位子辐射和燃烧室反射的辐射产生的信号。图6示出了输出型式的样例。6.4.3.2 要求的输出光学高温计的直接输出是低信噪比的。信号包含无关的辐射，辐射可从不太于叶片辐射峰值的10短脉冲到峰值辐射强度超过叶片辐射强度100倍且持续几毫秒。要求的信号类型主要取决于发动机高温计的性能。它们是:6.4.3.2.1 叶片温度平均峰值通常用作限制最大TBT的控制信号。个别过热叶片不可能检测。6

30、.4.3.2.2 最小测取温度适用于研制、状态监视与诊断。无关的辐射总是使TBT信号增强。消除这种影响的信号称为最小测取温度，用于叶片型面设计。6.4.3.3 电信号频带电信号频带主要取决于高温计在发动机上的应用目的。用于控制的频带低，其数量级为40-50kHz.用于研制和诊断的频带较宽，建议为SO-150kHzo为了叶片型面设计(例如为了评估叶片冷却设计)，建议光学目标(点的大小)选撑为近似叶片可见宽度的五分之一旦电信号频带选择为最大叶片通过速度被目标直径除。有时频带更高达125-150kHzo 6.5 信号共事发动机上不同信号源的信号经常由不同目的子系统共事。例如，用于ECU控制燃油流量的

31、信号可用于座舱显示。同样，用于控制的信号(例如T2)作为机载的状态监视系统的输入。为了保证各种信号的预定精度，必须考虑以下两个方面:8.信号分流的具体位置;b.电频带的相容性。6.5.1 信号分流多输出放大器的合理设计能将传感器输出的信号为不同功能提供信号(电流或电压)。因7建议不在信号调节器之前从单个传感器中分离信号。应该保证不同电源的激励电流相同，如电流不同，传感器自身发热的情况不同，使测量误差增加。115 HB/Z 286.6 - 96 6. 5.2 信号频带的相容性如果信号共事的功能对数据传输或采样要求相差很远，则信号共享存在问题。例如，光学高温计信号频带可从25Hz到50kHz，再到

32、150kHz以上。如果不同功能之间的数据采集速率相容，则可共享，但温度计的精度要作出牺牲。因为RTD或热电偶的响应时间一般低于大多数系统的数据传输或采样速率，它们的频带一般不成问题。例如，典型RTD在空气中的时间常数是或仇。7 选择准则温度监视系统或子系统的选择应考虑下列问题:a.测量类型;b.一般性能，包括精度;C.成本，包括硬件和维护;d.可靠性和维修性;e.接口。7. 1 测量类型测量类型应考虑下列内容:a.测量的介质是气体、涡轮叶片、还是滑油;b.用于发动机试验，还是用于生产型发动机;C.用于控制、状态监视与诊断、座舱显示还是性能测定;d.信号是用于仪表读数、机载记录，还是实时使用;e

33、.单点或多点测量，例如点或场测量、均值、差值、或变化率测量。座舱显示的测量精度要求不可能象机载记录或实时使用一样高。在某些情况下，状态监视与诊断的测量将要求比控制的目的更精确。7.2 性能重要的性能变量包括:a.温度范围;b精度;C.时间响应;d.稳定性。7. 2. 1 温度范围应考虑两种范围，即大气或环境的温度范围和工作温度测量范围。环境范围比工作范围宽，且环境范围对决定界面(如接插件与电缆)和在当地或离开较远的位置作信号调节是很重要的。7. 2.2 精度精确测量只允许较小的测量误差。误差可参见田/Z286.2中6.4条。7.2.3 时间常数传感器的时间常数一般表示为传感器响应到温度阶跃变化

34、量的63.2%所占的时间。时116 HB/Z 286. 6-96 间常数的重要性取决于测量的功能和类型。为了确保采样系统的测量重复性，特别是用于控制时一般要求较小时间常数。7.2.4 稳定性测量受漂移的影响。允许的漂移量取决于传感器要求精度总水平及所进行的测量类型。7.3 成本成本通常包括:a.用于生产型发动机采购的单套费用;b.不重复发生的研制费用;C.鉴定成本，包括数据费用;d.飞行保障费用;e.产品保障费用;f.备件费用2g.其它管理费用。尽管系统或子系统的初始成本可能低，但是单套总成本可能高。例如，当故障率高而备件费用高时会出现这种情况。7.4 可靠性和维修性温度监视系统的选择常取决于

35、系统本身的可靠性。其可靠性可用不同途径来测定，包括:a.平均翻修间隔时间;b.平均故障问隔时间;C.平均非计划拆换时间。有必要准确定义故障或失效包括的内容，它们包括:a.断续指示:b.断路;C.超出了由某些基准确定的允差;d.与数据采集有关的其它故障。维修性在温度监视系统的选择中是一个决定性因素。例如.系统在多大程度上可视情维修。此外，选择受感部或系统其它部分的可达性是重要的，例如，如果找不到安装位置，则可能要求用另一种测量代替期望的测量。7.5 接口接口指在传感器的位置上与传感器相联的电子和机械的连接，它们有如下考虑:a.安装孔和支架;b.振动隔离装置;C.接插件和电缆;d.屏蔽;e.信号调

36、节;f.电信号使用，例如发动机控制装置、大气数据计算机、多路转换器和数据总线;g.模块设计;117 h.快速断开;l.可试验性。8 精度HB/Z 286.6-96 所有测量都存在误差。误差的分类和处理参看田/Z286.2中的6.4条。对用于监视、控制和座舱显示的测量精度要求不同，除非能满足状态监视的精度要求，否则和用于控制的传感器共享信号可能是危险的。8. 1 误差类型8. 1. 1 电阻温度计和热电偶RTD和热电偶温度测量误差包括za气象误差;b.位置误差;C.温度滞后误差;d.仪表误差;e.导线误差:f.指示器误差;8 . 1.1. 1 气象误差在发动机进气道或外涵进行测量，湿度、雪或冰对

37、测量误差有显著的影响。如果不利用惯性将水滴或湿气从温度感受元件分离，水滴会直接冲击测试元件，气体介质流过元件形成一个蒸发过程，这时测得的温度低于真实空气的温度。这就是所谓的湿球温度效应，它可引起较大的测量误差。误差的大小取决于相对湿度、流速、静温和水温与静温之差等。这种误差大小不可预测，必须作为随机误差处理。8. 1. 1. 2 位置误差为了测量给定位置的温度，传感器和被测介质必须达到相互热平衡。实际测量中传感器和介质之间的传热可能低于理想值，这时传感器与介质问换热未达到平衡。可以认为这是由物理位置或者传感器自身结构引起的。例如，感受元件直接插入气流与感受元件放置在受感部内某个部位及受气流直接

38、冲击受感部的情况不同。位置误差包括:a.受感部位置误差;b.速度误差;C.传导误差;d辐射误差;e 自身发热误差;f.除冰加热误差;8. 1.1.2. 1 受感部位置误差包括受感部处于流速不同的介质中引起的误差、受感部所处的实际性能截面和测量的性能截面不同引起的误差和姿态误差。8. 1. 1.2. 1. 1 受感部当地流速与介质实际流速不同而引起误差。例如总温与静温和介质马赫数有关:118 式1-1:王一静温.OCTt一总温.CM一马赫数一比热比Cp/CyHB/Z 286.6-96 r - 1., 2 Tt = Ts (l +一言ML)(1) 在没有传热的理想状态下，发动机进气道内的总温应保持

39、常数，但附面层内的流速比无粘空气流速小。再考虑对流现象使附面层内总温的测量出现测量误差，这种误差称为位置误差。8. 1.1. 2.1.2 受感部所处的实际性能截面与测量的性能截面不同引起误差。例如双轴涡扇发动机，利用安装在T13位置的受感部测T12(第一级压气机叶尖总温)会出现位置误差。12和13截面之间有绝热压缩，但在13截面端流流型中有对流和辐射效应，所以两个截面的温升不能简单地从T13中减去T12。8.1. 1. 2.1 . 3 位置误差也可包括因为流动方向变化而引起的姿态误差。流动方向变化引起了攻角或侧滑效应，使温度恢复发生变化。8.1. 1. 2.2 速度误差指受感部处于流动气体介质

40、中测量总温产生的误差。这主要发生在气路温度的测量中。图8给出了用恢复系数r表示的这个误差。其定义如下:式中:一总温.c ; Ts一静温，c ; Tr一恢复温度.C。T. - Ts . (2) Tt - Ts 8. 1. 1. 2 .3 传导误差是由感受元件与紧固面和导线之间传热引起的。这种误差是被测介质的流速、受感部的长度与直径之比(L/D)和温差的函数。图9给出了流速和L/D对传导误差的影响。8.1. 1. 2.4 辐射误差是高温物体向另一个低温物体传热而引起的，通常是包围传感器较高温的表面向受感部加热，这种误差的大小难以定量。8. 1.1.2.5 自身发热误差仅在RTD中遇到。这是因为电流

41、必须流经感受元件以确定其电阻。这种误差受到激励电流、被测介质总压、马赫数、总温和受感部设计的影响，保持一个低激励电流可减小这种误差。这是系统误差，它使测量温度增加。8. 1. 1.2 .6 只有用加热以保证温度受感部不结冰时(发动机进口总温受感部)才有除冰加热误差。因此，除冰加热影响主要取决于发动机进口质量流量，流量越大对除冰加热的作用越小。图10给出了典型的误差曲线。8. 1. 1.3 温度滞后误差被测介质空气或液体)温度变化比传感器的响应快(见7.2.3条)而造成温度滞后可引起误差。RTD和热电偶的时间常数是传感器自身质量的函数，即包围感受元件的质量越大，时间常数越大。时间常数是根据对流、

42、热传导和辐射现象之间达到平衡的过程而得出的。如果这些过程减慢，时间常数将增大，温度滞后误差也相应加大。119 HB/Z 286. 6 - 96 8. 1. 1. 4 仪表误差这种误差是传感器固有的，且与传感器的应用场合无关。这些误差包含:校准、重复性、迟滞、互换性。8. 1. 1. 4.1 校准误差是在基准(校准)温度下，传感器电阻(RTD)或电压(热电偶输出的不确定性，应在供应部门给定的不确定性水平之内。这种误差与传感器制造无关，但与校准设备、介质和操作者有关。8.1. 1. 4. 2 重复性误差是由传感器的制造引起的。如RTD，由于元件导线上的内应力和应变，热循环将使校准电阻偏移。8. 1

43、. 1.4.3 迟滞误差与传感器制造有关，并且是电阻丝元件上内应力和应变引起的。它经常在热循环过程中出现，可看作是某一温度的实际电阻和在同样温度下的期望电阻(根据插值)之差。因11给出了包括重复性误差在内的这种误差的例子。8.1 . 1.4. 4 互换性误差是指在不影响总的系统精度的温度测量场合下，传感器相互替代的能力。这种误差用名义电阻与温度曲线(RTD)或名义电压与温度曲线(热电偶)的公差带表示。8. 1. 1.5 导线误差对于RTD.如果导线电阻不能用惠斯登电桥从感受元件电阻线的电阻中分离.就会出现误差。这种误差可用三或四线代替两线来消除。例如，导线遇到振动的应力或应变，就会出现导线误差

44、。RTD导线对EMI的诱导电压不敏感。热电偶导线误差会以许多不同方式出现。热电动势会在热电偶导线和其它导线的结点出现，特别是结点温度不一样时。此外.如果热电偶没有恰当屏蔽.则EMI在温度读数中引起误差。8.1. 1. 6 指示器误差这种误差的出现与传感器和其应用场合无关，是指示器的设计和应用所固有的。8.1 .2 光学高温计光学高温计的温度测量误差有六类:a.附加辐射;b辐射率;C.检测器或电子元器件;d.检测点尺寸;e.内插;f.仪表误差。8. 1. 2. 1 附加辐射这种误差在有热的碳粒子时出现。热的碳粒子来自燃气排放物。附加辐射还来自叶片燃烧火焰的反射。8 . 1. 2 . 1. 1 未

45、完全燃烧的热碳位子、金属磨损和吸入的位子会在透镜和目标点之间通过。这些粒子的温度比被测目标还高，因此发出辐射。如果没有修正，将引起TBT测量的误差。8. 1. 2.1 .2 反射取决于高温计透镜组件相对燃烧室的位置，高温计遇到与目标相邻叶片燃烧不完全火焰反射引起明显误差。燃烧火焰温度高达2000t，而叶片温度较小，由于反射可能120 HB/Z 286.6-96 引起相当大的误差。8.1.2. 1. 3 气体发射是燃烧室的热燃气自身发出的辐射，它的温度不同于目标叶片并且比叶片高，因此它对目标温度读数的作用，取决于光检测器的响应频带。8.1.2.2 辐射率叶片的辐射与波长和绝对温度成正比函数，比例

46、常数称为辐射率，这个常数与时间有关。由于氧化、磨损和其它表面变化，反射率将随时间减小，辐射率也将随时间变化，且可表示如下:e(t) = 1 - p(t) (3) 式中:(t)-t时刻目标的辐射率p( t) -t时刻目标的反射事8.1.2.3 检测器和放大器检测器温度变化和放大器噪声可引起误差。8.1.2.3.1 在航空燃气涡轮发动机上应用的光学高温计是把硅光电二极管作为检测器。因为硅光电二极管对温度敏感，检测器输出不仅取决于目标温度还取决于它自身的温度。测量中应考虑、温度的影响，否则会产生显著的温度测量误差。8.1.2.3.2 就大器噪声随频带的增加而增加，目标温度降低时更显著。放大器噪声越高

47、，信噪比越低。如果信号不能从噪声分量中分离出来，则由这个分量引起的温度误差越大。B. 1.2.4 检测点尺寸检测点尺寸也可称为目标检测点尺寸，它决定了在给定聚焦长度和透镜直径的检测器上接受的辐射总量。辐射越高，信噪比越高。然而，为了识别TBT分布，检测点尺寸可能必须比涡轮叶片宽度要小，检测点尺寸与叶片宽度之比越大，则实际叶片温度和记录温度间的误差越大。8.1.2.5 内插根据Piank辐射定律，从叶片排出的总辐射是波长和绝对温度四次方的函数。然而，因为实际辐射由硅光电二极管处理，硅光电二极管的输出将是被长和绝对温度的不同函数。这种函数是非线性且由经验确定的。因为它仅是真实辐射函数的近似式，所以

48、有误差。8.1.2.6 仪表误差与所用的传感器的应用无关，这种误差是传感器固有的。这种误差包括:校准、重复性和互换性。8. 1. 2.6.1 校准误差由几种不同原因引起，包括操作者误差、指示器和(或)记录的误差以及假定为黑体的误差造成测得温度与实际温度不同而引起的误差。8.1.2.6.2 重复性误差是由传感器制造及电子元器件的热循环引起的。例如，校准输出(毫微安)有一个衰变效应和偏差变化的偏移趋势。8.1.2.6.3 互换性误差因传感器响应差异引起。与不影响总系统精度传感器相互替代的能力有关。这种误差表示为光学高温计名义上的电流与温度曲线的公差带。8.1.3 充气温度计充气温度计的温度测量误差

49、有四类:121 HB/Z 286.6-96 a.位置误差;b.温度滞后误差:C.仪表误差:d.机械误差。8. 1. 3.1 位置误差见8.1.1.2.1-8.1. 1. 2.4条。8.1.3.2 温度滞后传感器的测量温度和介质温度变化之间存在的时间滞后，其时间常数与温度计中气体类型、传感器结构、受感部所用的材料和构成传感器质量有关。8. 1. 3.3 仪表误差见8.1.2.6.1-8.1. 2.6.3条。8. 1. 3.4 机械误差这种误差是传感器自身的老化误差，例如机械联接和传感器分离。它与导线中信号传输情况相似，使传输信号偏离原始校准特性。8.2 减小误差的方法8.2.1 电阻温度汁和热电偶8.2. 1.1 气象误差气象误差主要与压气机部分温度测量有关。通过惯性分离或者在元件前设置粒子遮蔽保护感受元件不受水滴的直接冲击来减小这种误差，但会带来热恢复误差、时间响应的增加