一種用于內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)溫度測(cè)量的高溫?zé)犭娕?/h1>

發(fā)布時(shí)間：2022-04-27     瀏覽次數(shù)：

摘要:介紹了一種用于氣缸內(nèi)氣流溫度測(cè)量的高溫?zé)犭娕?/strong>的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。并對(duì)熱電偶的輻射誤差進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，該熱電偶解決了接觸法測(cè)量高溫氣流溫度保護(hù)殼體材料的困難能準(zhǔn)確地測(cè)量氣缸內(nèi)燃?xì)鉁囟取?br /> 　　內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)燃燒溫度是衡量其性能的重要參數(shù)。它是內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程及其排放指標(biāo)的重要表征。隨著高性能內(nèi)燃機(jī)研制的不斷深入。內(nèi)燃機(jī)的強(qiáng)化程度越來(lái)越高對(duì)內(nèi)燃機(jī)測(cè)試技術(shù)的要求也越來(lái)越高，為了可靠地獲取缸內(nèi)燃燒溫度的信息。一種精度高的適于氣缸內(nèi)溫度測(cè)量的高溫傳感器。
1高溫傳感器的設(shè)計(jì)
　　在內(nèi)燃機(jī)的測(cè)試技術(shù)中,高溫測(cè)量是個(gè)難點(diǎn)其測(cè)量方法主要有兩種方法:接觸法和非接觸法。由于非接觸法測(cè)試過(guò)程中存在如受環(huán)境溫度的影響、測(cè)量復(fù)雜、成本高、儀器貴重等許多困難與問(wèn)題，因此使用常規(guī)的熱電偶測(cè)量法。仍是當(dāng)今最主要的測(cè)試手段。而接觸式測(cè)量法最大的難題在于耐高溫的保護(hù)殼體材料問(wèn)題。
1.1高溫傳感器的工作條件
　　由于內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)氣缸內(nèi)高溫高壓，同時(shí)強(qiáng)烈的氣流運(yùn)動(dòng)工作條件惡劣要精確地測(cè)量氣缸內(nèi)溫度存在很大的困難因此高溫?zé)犭娕汲艘獫M足一般熱電偶的性能外,還應(yīng)滿足如下技術(shù)要求:.
1)耐高溫。氣缸內(nèi)氣流溫度可達(dá)2000K以上且溫度分布不均勻溫度梯度大,采用接觸法測(cè)量溫度最難解決的難題就是保護(hù)殼體的耐高溫問(wèn)題。
2)結(jié)構(gòu)緊湊。在內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋和氣缸體上都布置有許多零部件，這就給安裝高溫?zé)犭娕紟?lái)了許多困難。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡量減小其阻尼面積為此在保證絕緣的同時(shí)，要求熱電偶結(jié)構(gòu)緊湊。
1.2高溫?zé)犭娕嫉慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　圖1為設(shè)計(jì)的高溫?zé)犭娕冀Y(jié)構(gòu)圖。為了滿足測(cè)量高溫氣流溫度的技術(shù)要求，其設(shè)計(jì).上采用了以下主要措施:
 
1)選用能在高溫氣流中穩(wěn)定工作的熱電偶絲材。采用符合ITS-P0國(guó)際溫度的鉑銠30-鉑銠B熱電偶，分度號(hào)為B.B型熱電偶具有精度高熱電穩(wěn)定性好，測(cè)溫上限高等優(yōu)點(diǎn)屬貴重材料;由于室溫下其熱電勢(shì)極小(25℃時(shí)為-2μV,50℃時(shí)為-3μV)故一般不需要參考端的溫度補(bǔ)償同時(shí)為了提高測(cè)量精度,對(duì)熱電偶絲進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定。
2)采用高溫晶復(fù)合材料熱電偶的保護(hù)殼體。
　　長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下的熱電偶保護(hù)殼體的材料應(yīng)具有耐高溫?？垢g和能承受高溫度沖擊的性能。常用的高溫合金材料GH128的長(zhǎng)期工作溫度為950℃,溶點(diǎn)為1340~1390℃,不能滿足設(shè)計(jì)的要求用GH128制成的氣冷式高溫?zé)犭娕寄苓_(dá)到試驗(yàn)要求但存在較大的導(dǎo)熱誤差。另一種高溫材料高溫金屬陶瓷可在1650℃下長(zhǎng)期工作,但這種材料抗氧化性、抗熱沖擊性差一般試驗(yàn)8~10次就出現(xiàn)裂紋，使用壽命短。對(duì)于貴金屬材料作偶絲的熱電偶,成本太高，不宜采用。
　　基于以上幾個(gè)方面的考慮該熱電偶選擇了一種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。采用了一種新型的高溫材料一高溫晶碳化硅復(fù)合氮化硅一-做熱電偶的保護(hù)殼體。這種材料具有耐高溫、耐振動(dòng)、耐熱沖擊和抗氧化性好等特點(diǎn)。用這種殼體組裝的高溫?zé)犭娕迹恍枰魏卫鋮s措施可以直接置于高溫燃?xì)饬髦羞M(jìn)行溫度測(cè)量。
3)合理設(shè)計(jì)偶絲的伸出長(zhǎng)度。
　　減小熱電偶的導(dǎo)熱誤差最簡(jiǎn)單的方法，就是增大偶絲伸入燃?xì)饬髦械拈L(zhǎng)度。一般而言，當(dāng)長(zhǎng)徑比大于10時(shí)，導(dǎo)熱誤差較小。導(dǎo)熱誤差暫不予考慮。
　　由于該熱電偶沒(méi)有采取任何冷卻措施，大大減小了熱接點(diǎn)的輻射損失和偶絲導(dǎo)熱損失,提高了測(cè)溫精度。
2熱電偶的測(cè)量誤差分析
　　在穩(wěn)態(tài)的氣流溫度測(cè)量中，由于氣流動(dòng)能的不完全恢復(fù)以及傳感器與周圍環(huán)境之間存在著熱交換所以測(cè)量中存在著速度誤差和傳熱誤差(輻射誤差和導(dǎo)熱誤差),要準(zhǔn)確的測(cè)量氣流的溫度，就要確定這些誤差并給予修正。本熱電偶由于其速度誤差和導(dǎo)熱誤差均較小可以不予考慮因此本文主要對(duì)熱電偶的輻射誤差加以分析。
　　由于測(cè)量端與環(huán)境之間的輻射換熱引起測(cè)量端溫度偏離有效溫度的誤差稱為熱電偶的輻射誤差獲得輻射誤差修正值的方法--是采用實(shí)驗(yàn)方法獲得,二是由下式估算輻射誤差的修正值△Tr,
 
　　式中，λf和d分別為燃?xì)獾膶?dǎo)熱系數(shù)和熱電偶絲的直徑。根據(jù)手冊(cè)可查得導(dǎo)熱系數(shù)λf,努塞爾數(shù)Nu可根據(jù)下式計(jì)算
 
3結(jié)論
1)試驗(yàn)表明.用高溫晶復(fù)合材料作殼體組裝的溫度傳感器選用性能優(yōu)良的熱電偶絲。且不需要任何冷卻措施，可直接測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)的燃?xì)鉁囟?。且解決了接觸法測(cè)量高溫氣流溫度中的保護(hù)殼體材料的難題，可以測(cè)量高達(dá)1800℃左右的燃?xì)鉁囟?
2)介紹的高溫?zé)犭娕?設(shè)計(jì)中綜合考慮了熱電偶的輻射和導(dǎo)熱誤差并估算了輻射的誤差修正值，在獲取了壁溫T后，能夠較準(zhǔn)確的測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)的燃?xì)鉁囟取?br /> 3)在有條件的情況下，可以對(duì)高溫?zé)犭娕歼M(jìn)行動(dòng)態(tài)校驗(yàn)。用試驗(yàn)的方法確定傳感器的各項(xiàng)誤差和總誤差。