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新聞詳情
總結(jié)淺析不同熱電偶溫度傳感器的安裝工藝工況條件來(lái)源：溫度傳感器官網(wǎng)作者：溫度傳感器官網(wǎng)
描述： 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)需測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)各部組件在工作過(guò)程中的溫度數(shù)據(jù)， 驗(yàn)證各部組件防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效性。 目前在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)中主要采用熱電偶溫度傳感器進(jìn)行溫度參數(shù)測(cè)量， 由于發(fā)動(dòng)機(jī)各部組件外形尺寸各異，工作過(guò)程中溫度范圍跨度大（ 0～800℃ ），有強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)電離的復(fù)雜環(huán)境，因此必須針對(duì)具體情況采用不同的溫度傳感器安裝工藝。 針對(duì)幾種熱電偶溫度傳感器表面測(cè)溫的安裝工藝，對(duì)比分析溫度數(shù)據(jù)，總結(jié)不同安裝工藝的適用條件，為今后固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)熱電偶溫度傳感器的使用提供參考。 在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)中，各部組件表面溫度是發(fā)動(dòng)機(jī)防熱結(jié)構(gòu)的重要表征參數(shù)之一，因此對(duì)溫度測(cè)量的精度和頻響有較高要求。 熱電偶溫度傳感器具有安裝方式靈活、無(wú)需供電、測(cè)溫頻響高、測(cè)溫精度適中、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，目前在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)中廣泛使用。 針對(duì)不同的使用條件，熱電偶溫度傳感的安裝方式不同，本文針對(duì)熱電偶對(duì)試件表面測(cè)溫的各種安裝方式適用條件及其對(duì)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的影響進(jìn)行討論分析。 1 安裝工藝方法介紹 目前熱電偶溫度傳感表面測(cè)溫的安裝方式有多種， 主要有點(diǎn)焊法、直接粘接法、絕緣粘接法和捆綁法。 1．1 點(diǎn)焊法 點(diǎn)焊法一般用于金屬試件長(zhǎng)期溫度檢測(cè)， 其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫范圍大，測(cè)溫響應(yīng)快，無(wú)電磁干擾情況下測(cè)溫精度高，安裝連接可靠；缺點(diǎn)是安裝復(fù)雜，對(duì)測(cè)量環(huán)境要求高（要求試件與大地絕緣，附近無(wú)強(qiáng)電磁環(huán)境），適用范圍小（被測(cè)金屬材質(zhì)必須與熱電偶材質(zhì)相匹配）。 安裝方法： 對(duì)試件測(cè)溫位置打磨，用丙酮棉球清洗，用熱電偶焊機(jī)將熱電偶測(cè)溫頭直接點(diǎn)焊到試件測(cè)溫位置上， 如圖1 所示。  1．2 直接粘接法 直接粘接法一般用于金屬或非金屬試件短時(shí)溫度檢測(cè)，與點(diǎn)焊法相似其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫響應(yīng)快， 無(wú)電磁干擾情況下測(cè)溫精度高，安裝快速方便，可對(duì)各種材質(zhì)試件進(jìn)行溫度測(cè)量；缺點(diǎn)是測(cè)溫范圍有限（受限于膠帶或粘接劑的耐溫范圍），安裝工藝會(huì)影響測(cè)溫頻響，對(duì)測(cè)量環(huán)境要求高（要求試件與大地絕緣，附近無(wú)強(qiáng)電磁環(huán)境）。 安裝方法：對(duì)試件測(cè)溫位置打磨， 用丙酮棉球清洗，用膠帶或粘接劑將熱電偶測(cè)溫頭直接粘到試件測(cè)溫位置上，如圖 2 所示。  1．3 絕緣粘接法 絕緣粘接法一般用于各種試件短時(shí)溫度測(cè)量，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)測(cè)量環(huán)境要求不高，抗干擾能力強(qiáng)，安裝快速方便，可對(duì)各種材質(zhì)試件進(jìn)行溫度測(cè)量；缺點(diǎn)是相對(duì)點(diǎn)焊法測(cè)溫頻響低，測(cè)溫范圍有限制（受限于膠帶或粘接劑的耐溫范圍）。 注：目前一般采用高溫膠帶，耐高溫達(dá) 300℃ 。 安裝方法：對(duì)試件測(cè)溫位置打磨，用丙酮棉球清洗，先用膠帶或粘接劑在試件上絕緣導(dǎo)熱襯底，再用膠帶或粘接劑將熱電偶測(cè)溫頭直接粘到試件襯底位置上，如圖 3 所示。  1．4 捆綁法 捆綁法一般用于較細(xì)直徑的圓柱形試件溫度測(cè)量， 其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫范圍大，對(duì)測(cè)量環(huán)境要求不高，抗干擾能力強(qiáng)，安裝較為方便，可對(duì)各種材質(zhì)試件進(jìn)行溫度測(cè)量；缺點(diǎn)是相對(duì)前三種方法測(cè)溫頻響低。 安裝方法：用丙酮棉球?qū)υ嚰y(cè)溫位置清洗，先用薄云母片將熱電偶測(cè)溫頭包裹，再用細(xì)鐵絲或?qū)Ｓ美υぱb將薄云母片捆綁固定在試件測(cè)溫位置上，如圖 4 所示。  2 安裝工藝方法測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)比較分析 不同工藝方法對(duì)溫度測(cè)量的精度、 頻響產(chǎn)生的影響不同， 本文通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室對(duì)比分析其各項(xiàng)性能指標(biāo)，為今后在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用提供參考。 2．1 安裝工藝對(duì)比實(shí)驗(yàn)方法 溫度測(cè)量工藝對(duì)比實(shí)驗(yàn)組成部分主要包括熱源、試件、溫度傳感器、測(cè)量?jī)x器 ［ 2 ］ ，如圖 5 所示。  熱源：沸水（根據(jù)海拔高度，本地沸水溫度為 98．8℃ ）； 試件：銅箔筒（直徑 Φ90mm ，高 200mm ）； 溫度傳感器： K 型熱電偶（銅 － 康銅熱電偶）； 測(cè)量?jī)x器： NI PXI－6229 。 對(duì)比實(shí)驗(yàn)方法是將同一批相同材質(zhì)的 4 個(gè)熱電偶傳感器，采用四種不同的安裝工藝方法安裝在銅箔筒上 （銅箔導(dǎo)熱快速均勻，因此近似認(rèn)為銅箔筒相同高度的截面為等溫區(qū)）， 再將銅箔筒快速放置在沸騰的水中（根據(jù)海拔高度， 本地沸水溫度為 98．8℃ ），同時(shí)測(cè)量 4 路溫度數(shù)據(jù)，對(duì)比分析各路頻響及穩(wěn)定后的溫度精度，如圖6 所示。  2．2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)四種熱電偶安裝方法測(cè)溫響應(yīng)有差異（如圖 7 所示），其中點(diǎn)焊法和直接粘貼法測(cè)溫響應(yīng)最快，在 10～70℃ 范圍內(nèi)其平均溫升速率達(dá)到 5．2℃／s ； 其次是絕緣粘貼法， 平均溫升速率為4．5℃／s ；響應(yīng)最慢的是捆綁法，平均溫升速率為 4．0℃／s 。 由于實(shí)驗(yàn)條件有限，本實(shí)驗(yàn)溫升速率僅用于四種熱電偶安裝方式特性對(duì)比。  經(jīng)計(jì)算本地理論沸水溫度為 98．6℃ ，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)四種熱電偶安裝方法測(cè)溫誤差較小（如圖 8 所示），溫度平衡后四種方法的測(cè)溫平均值及誤差見(jiàn)表 1 。  由表 1 可看出點(diǎn)焊法的測(cè)溫特性最好，溫升響應(yīng)快，測(cè)溫誤差??；直接粘貼法溫升響應(yīng)快，測(cè)溫誤差較大；絕緣粘貼法溫升響應(yīng)較慢，測(cè)溫誤差較大；捆綁法溫升響應(yīng)最慢，測(cè)溫誤差較大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)熱電偶安裝方法對(duì)比分析， 可看出四種方法各有利弊： 1 ）點(diǎn)焊法：適用于與熱電偶材質(zhì)相匹配的金屬試件長(zhǎng)期溫度檢測(cè)，優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫范圍大，測(cè)溫特性好，缺點(diǎn)是安裝復(fù)雜，對(duì)測(cè)量電磁環(huán)境要求高。 2 ）直接粘貼法：適用于短時(shí)溫度檢測(cè)，優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫特性好，安裝簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是粘接膠帶限制了測(cè)溫范圍，對(duì)測(cè)量電磁環(huán)境要求高。 3 ）絕緣粘貼法：適用于短時(shí)溫度檢測(cè)，優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，安裝簡(jiǎn)單，測(cè)溫特性較好，缺點(diǎn)是粘接膠帶限制了測(cè)溫范圍。 4 ）捆綁法：適用于長(zhǎng)期溫度檢測(cè)，優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫范圍大，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)溫特性較好，缺點(diǎn)是受試件限制安裝復(fù)雜。 3 結(jié)束語(yǔ) 絕緣粘貼和捆綁測(cè)溫方法比較適合固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)復(fù)雜的測(cè)試環(huán)境中使用， 絕緣粘貼法適用于 300℃ 以內(nèi)的測(cè)溫范圍，捆綁法適用于 700℃ 以內(nèi)的測(cè)溫范圍。
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