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

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(cè)量傳感的技術(shù)問(wèn)題

和傳統(tǒng)的傳感、測(cè)試技術(shù)不同，文章分析的是極端環(huán)境下傳感、測(cè)試面臨技術(shù)方面的問(wèn)題，這種技術(shù)問(wèn)題是將被測(cè)試系統(tǒng)直接放置在被測(cè)試物體體內(nèi)，或者是被測(cè)試對(duì)象環(huán)境當(dāng)中，系統(tǒng)需要承受與被測(cè)試對(duì)象同樣的惡劣環(huán)境，該環(huán)境處于動(dòng)態(tài)變化情況下，在這種情況下實(shí)時(shí)獲取相關(guān)的信息。但是在這個(gè)過(guò)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(huì)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的耦合干擾，增加測(cè)試難度，比如無(wú)法測(cè)試、測(cè)試不精準(zhǔn)、測(cè)試無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)象的存在，這些現(xiàn)象的存在給傳感測(cè)試增加了極大難度[1]。

圖1 某通道測(cè)試系統(tǒng)

二、特種高溫傳感器的測(cè)試標(biāo)定

（一）航空發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間高溫測(cè)試

（1）超聲導(dǎo)波測(cè)溫機(jī)

超聲導(dǎo)波測(cè)溫機(jī)內(nèi)部敏感元件端頭有一個(gè)凹槽，凹槽在傳感器區(qū)，與被測(cè)試溫度場(chǎng)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(gè)時(shí)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(shí)候再次反射變成端點(diǎn)波，節(jié)點(diǎn)與端點(diǎn)之間的時(shí)間差用△t來(lái)表示，該數(shù)值就是超聲波延時(shí)數(shù)值。而延時(shí)數(shù)值就是計(jì)算溫度信息解耦算法的重點(diǎn)，在計(jì)算過(guò)程中，被測(cè)試高溫場(chǎng)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(cè)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(guò)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(cè)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(cè)量結(jié)果。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)2200攝氏度下的長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試。

（二）瞬態(tài)高溫測(cè)試

瞬態(tài)高溫測(cè)試主要是針對(duì)兵器、核爆炸、化學(xué)爆炸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，當(dāng)前國(guó)內(nèi)的高溫測(cè)量技術(shù)、設(shè)備都無(wú)法滿足這些領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行高溫測(cè)量的要求，因此當(dāng)前應(yīng)該針對(duì)這個(gè)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(cè)溫

愛(ài)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(cè)溫度，其中A與B是考慮原子特征的特定常數(shù)。針對(duì)原子的特性、波長(zhǎng)、系統(tǒng)光傳遞等決定。通過(guò)待測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)定溫度之后獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集部分記錄下兩個(gè)通道電壓信號(hào)，為Iλ1、Iλ2，通過(guò)該計(jì)算得到瞬態(tài)高溫，在理論上無(wú)測(cè)溫上限。

（2）原子發(fā)射雙光譜測(cè)溫

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

（3）藍(lán)寶石光纖黑體瞬態(tài)高溫測(cè)定

根據(jù)Planck輻射定律可以得到輸出之后的電壓計(jì)算公式。可以計(jì)算黑障區(qū)狹小空間長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)態(tài)測(cè)試，該環(huán)節(jié)可以運(yùn)用多通道優(yōu)先容差編碼來(lái)計(jì)算。

三、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展我國(guó)在高溫測(cè)試與動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)鑒定方面創(chuàng)新出了相關(guān)技術(shù)，動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)與高溫測(cè)定技術(shù)有明顯的提高，在今后的發(fā)展過(guò)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(duì)實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中的待攻克技術(shù)，還需要進(jìn)行專業(yè)研究分析，爭(zhēng)取早日攻克難題。