某型发动机试车测量涡轮后排气温度时, 采用了双路热电偶进行测量, 每支热电偶壳体内装有两个完全相同但在线路上相互独立的热电偶, 构成独立的两组电路。一路经过温度修正器修正后到指针表УТ-7А, 供飞行员监视发动机参数;另一路到综合电子调节器КРД-99Б, 对低压涡轮后燃气温度进行自动控制。发动机试车时, 还将未经过修正的热电偶输出电压 (与经修正器到指针表的为同一组热电偶) , 通过数据采集模块进行A/D转换后输入计算机, 经软件对测量系统 (传感器、线路、数据采集模块等) 的非线性进行补偿, 以提高测量系统的精确度, 并在监控电脑上显示涡轮后排气温度 (T4) 。

工艺文件要求, 数据采集系统显示的T4与综合电子调节器测量的涡轮后排气温度 (T4КРД) 相差不大于5℃。但在实际试车过程中, 往往发现温度相差较大, 无法满足工艺要求, 且两者之间的差值随大气条件的变化而变化, 造成反复校验和重复试车, 严重拖延试车周期, 燃料消耗量平均每台增加将近5T, 同时也给发动机的性能计算带来不利影响。

本文通过研究T4КРД和T4测量的系统工作原理、接线方式、校验方法, 找出引起二者温度相差超过±5℃的原因, 对试车台测量线路进行必要改造, 确定了科学的校验方法。

测量误差大的原因可能涉及以下三个方面。

综合电子调节器的T4测量通道输入电阻低、负载能力弱, 易受外接导线电阻值的影响。导线电阻越大, 测量精度越差。

数据采集系统在测量线路中增加了K型热电偶专用模块 (带冷端温度补偿) , 其输入电阻大、负载能力强, 不会受补偿导线电阻的影响。数据采集系统T4校验方法不正确是导致测量不准确的原因之一。

由于发动机上连接T4与T4КРД的两个插头离发动机壳体的距离不同, 如果没有采用K型热电偶专用插头, 发动机工作产生的高温辐射会导致插头两端温度略有不同, 如图1所示, A≠A', 不符合中间温度定律, 是产生测量误差的原因之一。

从补偿导线到综合电子调节器 (或数据采集系统的温度补偿模块) 之间的连接导线采用的是普通测量导线, 在实际应用中, 因安装位置不同, 普通导线两端存在温度差 (T3>T3') , 是产生测量误差的另一个原因。

最初的校验方法是, 先用玻璃温度计测量试车间大气温度, 在发动机T4插头的1、4脚输入校验点的毫伏值 (用校验点的毫伏值减去试车间大气温度换算出来的毫伏值) 。这种方法忽视了热电偶的冷端是由温度补偿模块进行补偿, 与大气条件无关, 由于数据采集模块安装在试车台操纵间, 因此应考虑操纵间的大气温度 (而不是试车间的大气温度) 。虽然要求每台次都必须校验一次, 但每台发动机试车周期较长, 试车间早晚温差有时在0~10℃间变化, 因此会严重干扰测量系统的精确性, 增加校验次数。

1) 发动机测温点距离仪表 (冷端) 近40m, 为了减小线阻, 将综合电子调节器原来的单根补偿导线并联为3根, 使线阻由原来的24Ω减小到8Ω。

2) 将电路中的普通航空电气插头更换为K型热电偶专用插头, 避免了因不同连接点环境温度的不同而造成的测量误差。

3) 将接线排 (T3、T3’两点) 到综合电子调节器插头以及到数据采集的温度补偿模块之间的普通导线更换为补偿导线。

考虑到试车台操纵间安装了空调, 环境温度易受人为因素影响。另外, 现场采用的温度补偿模块精度高、线性好、稳定性高, 在此基础上, 制定了新的T4通道校验方法。

1) 查明模块的输入、输出关系, 利用模块的线性特点, 计算出模块输出的电压值与温度的关系。例如, 某K型热电偶模块 (带冷端温度补偿) 的输入为0~1000℃, 输出为0~10V, 可以得出每0.1V对应10℃。

2) 启动数据采集系统, 调定好试车台操纵间空调设备的温度 (尽量关闭门窗, 利于保持环境温度恒定) 。预热30min, 待模块和环境温度稳定后, 用短接线短接模块的输入端, 在数据采集系统校验状态下, 查看采集到的信号值, 如为0.2V, 则表明模块补偿了20℃的热电偶冷端温度。

3) 去掉模块输入端的短接线, 输入K型热电偶校验点的标准温度, 减去冷端温度。例如, 校验5 0 0℃ (20.644m V) , 短接时冷端补偿计算为20℃ (0.798m V) , 则输入19.846m V, 在数据采集软件校验窗口的标准值中输入500, 稳定后点击采样按钮。依此类推, 输入其他校验点, 最后进行曲线拟合, 得到一条温度与毫伏值的对应关系曲线, 按照此曲线, 当低压涡轮后排气温度出现时, 即可准确测量该温度。

4) 校验完成后, 需检查校验过程中模块的温度补偿是否发生了变化, 可再次短接模块输入端, 检查采集到的电压是否在许可范围内, 一般校验前后的温度差不应大于1℃。

改造完成后, 用现场温度校验仪模拟不同温度对系统进行了反复试验, 结果显示测量精度满足工艺要求。在不同时段, 不同大气温度条件下, 对数据采集系统测量的T4和综合电子调节器测量的T4КРД进行检查, 两个通道的准确度符合工艺要求, 其差值由原来的8~15℃缩小到3℃以下, 完全满足了试车性能计算、调整的需要。

经过一年来近40台次的试车使用, 该测温系统的测量误差均在2~3℃以内, 大大提高了调整效率。改进后的测量系统工作稳定可靠, 原来每个台次都需要重新校验的T4测温通道, 现在三个月校验一次, 减少了仪表校验工作量, 保证了试车进度。

另外, 由于数据采集系统的温度补偿模块对测量误差有较大影响, 建议定期对模块及其配套的温度补偿电阻进行成套校验, 检查其补偿的温度是否准确, 输出线性是否满足要求。