CN110132441A - 多余度铠装热电偶装置及设计方法 - Google Patents

多余度铠装热电偶装置及设计方法 Download PDF

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杨敬宇
沈奔
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朱文光
李亮
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Abstract

本发明公开了一种多余度铠装热电偶装置及设计方法，用于测量发动机腔体内的燃气温度并将燃气温度转换为电势信号，包括内设有多组偶丝的多余度铠装热电偶以及与多余度铠装热电偶的接线端连接的用于将铠装热电偶输出的电势信号输出至控制***的电连接器，电连接器设有与多余度铠装热电偶的接线端连接的电偶连接端以及与控制***连接的信号连接端，电偶连接端内设有多个分别与不同的信号连接端连接的用于连接偶丝的偶丝连接端；多余度铠装热电偶的探头端用于伸入至发动机腔体内与燃气充分接触以测量燃气温度，通过多余度铠装热电偶的探头端和接线端的温度差产生电流，并由电连接器将不同组偶丝的电势信号从不同的信号连接端输出至控制***。

Description

多余度铠装热电偶装置及设计方法
技术领域
本发明涉及铠装热电偶技术领域，特别地，涉及一种多余度铠装热电偶装置及设计方法。
背景技术
发动机高温燃气测量是最重要的测试技术之一，温度是确定热端部件性能和寿命的最关键参数，并且有助于了解燃烧室中的燃烧过程，现有技术中多采用铠装热电偶测量发动机腔体内高温燃气，但现有的铠装热电偶为单余度铠装热电偶，通过电连接器将仅有的一组偶丝的电势信号单路输出至控制***，因此测量结果的可靠性不高。
发明内容
本发明提供了一种多余度铠装热电偶装置及设计方法，以解决现有的铠装热电偶的测量结果的可靠性不高的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种多余度铠装热电偶装置，用于测量发动机腔体内的燃气温度并将燃气温度转换为电势信号，包括内设有多组偶丝的多余度铠装热电偶以及与多余度铠装热电偶的接线端连接的用于将铠装热电偶输出的电势信号输出至控制***的电连接器，电连接器设有与多余度铠装热电偶的接线端连接的电偶连接端以及与控制***连接的信号连接端，电偶连接端内设有多个分别与不同的信号连接端连接的用于连接偶丝的偶丝连接端；多余度铠装热电偶的探头端用于伸入至发动机腔体内与燃气充分接触以测量燃气温度，通过多余度铠装热电偶的探头端和接线端的温度差产生电流，并由电连接器将不同组偶丝的电势信号从不同的信号连接端输出至控制***。
进一步地，多余度铠装热电偶设置有多根，多根多余度铠装热电偶的接线端分别通过电偶连接端与电连接器连接，通过将多余度铠装热电偶的探头端布设在发动机腔体内的不同位置以实现同时测量发动机腔体内的多处燃气温度。
进一步地，多根多余度铠装热电偶的偶丝分别通过偶丝连接端接入电偶连接端并接入相同的信号连接端；和/或多根多余度铠装热电偶的偶丝分别通过偶丝连接端接入电偶连接端并分别接入不同的信号连接端。
进一步地，所有的多余度铠装热电偶内的偶丝的长度和直径均相同，以确保所有的多余度铠装热电偶内的偶丝的电阻相等。
进一步地，所有的多余度铠装热电偶的探头端呈圆形排布，以确保所有的探头端距离发动机腔体内燃气出口的距离相同。
进一步地，多根多余度铠装热电偶弯折成与发动机上安装位置处的周向轮廓相匹配的形状，且多根多余度铠装热电偶的探头端分别与发动机上电偶安装孔的位置相匹配。
进一步地，多余度铠装热电偶还包括壳体、套设于壳体上用于对多余度铠装热电偶的探头端进行支撑和防护的夹持管、套设于夹持管上的用于将铠装热电偶安装固定于发动机上的法兰盘以及套设于壳体与夹持管的连接处的保护管，保护管固定于壳体上的一端的端面与内壁面为圆角过渡。
进一步地，多余度铠装热电偶的多组偶丝在探头端处与壳体之间的间距均相等。
进一步地，偶丝连接端通过连接线与对应的信号连接端连接，电连接器上设有用于装设连接线并安装于发动机上的接线盒。
根据本发明的另一方面，还提供了一种多余度铠装热电偶的设计方法，用于设计上述多余度铠装热电偶装置，包括以下步骤：确定多余度铠装热电偶探头端与接线端之间的径向尺寸；根据多余度铠装热电偶的探头端与接线端之间的径向尺寸、多余度铠装热电偶的偶丝的数量和电阻值以及多余度铠装热电偶的绝缘性能的要求，确定偶丝的长度和直径，以及确定偶丝布设于壳体内的方式；根据多余度铠装热电偶的探头端的热响应时间的要求，确定多余度铠装热电偶的探头端的径向尺寸。
本发明具有以下有益效果：
本发明的多余度铠装热电偶装置，将多余度铠装热电偶的探头端伸入发动机腔体内，多余度铠装热电偶的接线端与电偶连接端连接，多余度铠装热电偶内的多组偶丝通过电偶连接端内的偶丝连接端与不同的信号连接端连接，因此将信号连接端与控制***连接后，多余度铠装热电偶的探头端和接线端的温度差使多组偶丝均产生电流，且多组偶丝产生的电势信号分别从不同的信号连接端输出至控制***，从而同时获得发动机腔体内同一处的燃气温度的多个数据结果，通过控制***对多个数据结果进行处理后获得该处燃气温度的最终测量结果，测量结果的可靠性高，且更加准确。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的多余度铠装热电偶装置的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的多余度铠装热电偶的部分结构示意图；
图3是本发明优选实施例的多余度铠装热电偶装置的电路结构示意图；
图4是本发明另一实施例的多余度铠装热电偶装置的电路结构示意图。
图例说明：
1、多余度铠装热电偶；11、壳体；12、偶丝；13、夹持管；14、法兰盘；15、保护管；2、电连接器；21、信号连接端；3、接线盒。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是本发明优选实施例的多余度铠装热电偶装置的结构示意图；图2是本发明优选实施例的多余度铠装热电偶的部分结构示意图；图3是本发明优选实施例的多余度铠装热电偶装置的电路结构示意图；图4是本发明另一实施例的多余度铠装热电偶装置的电路结构示意图。
如图1所示，本实施例的多余度铠装热电偶装置，用于测量发动机腔体内的燃气温度并将燃气温度转换为电势信号，包括内设有多组偶丝12的多余度铠装热电偶1以及与多余度铠装热电偶1的接线端连接的用于将铠装热电偶输出的电势信号输出至控制***的电连接器2，电连接器2设有与多余度铠装热电偶1的接线端连接的电偶连接端以及与控制***连接的信号连接端21，电偶连接端内设有多个分别与不同的信号连接端21连接的用于连接偶丝12的偶丝连接端；多余度铠装热电偶1的探头端用于伸入至发动机腔体内与燃气充分接触以测量燃气温度，通过多余度铠装热电偶1的探头端和接线端的温度差产生电流，并由电连接器2将不同组偶丝12的电势信号从不同的信号连接端21输出至控制***。本发明的多余度铠装热电偶装置，将多余度铠装热电偶1的探头端伸入发动机腔体内，多余度铠装热电偶1的接线端与电偶连接端连接，多余度铠装热电偶1内的多组偶丝12通过电偶连接端内的偶丝连接端与不同的信号连接端21连接，因此将信号连接端21与控制***连接后，多余度铠装热电偶1的探头端和接线端的温度差使多组偶丝12均产生电流，且多组偶丝12产生的电势信号分别从不同的信号连接端21输出至控制***，从而同时获得发动机腔体内同一处的燃气温度的多个数据结果，通过控制***对多个数据结果进行处理后获得该处燃气温度的最终测量结果，测量结果的可靠性高，且更加准确。在本实施例中，多余度铠装热电偶1内设有两组偶丝12。可选地，多余度铠装热电偶1内设有三组偶丝12。可选地，多余度铠装热电偶1内设有四组偶丝12。
如图1所示，多余度铠装热电偶1设置有多根，多根多余度铠装热电偶1的接线端分别通过电偶连接端与电连接器2连接，以同时测量发动机腔体内的多处燃气温度。多根多余度铠装热电偶1的探头端伸入发动机腔体内，对发动机腔体内的多处燃气温度进行测量，并通过电连接器2将每根多余度铠装热电偶1内的多组偶丝12产生多组电势信号从不同的信号连接端21输出至控制***，因此每处燃气温度均可以获得多个数据结果，从而获得多根多余度铠装热电偶1的多组数据，再通过控制***对多组数据进行处理后获得最终的测量结果，测量结果更加准确且可靠性更高。在本实施例中，四根多余度铠装热电偶1通过电连接器2与控制***连接。可选地，五根多余度铠装热电偶1通过电连接器2与控制***连接。可选地，六根多余度铠装热电偶1通过电连接器2与控制***连接。
如图3所示，多根多余度铠装热电偶1的偶丝12分别通过偶丝连接端接入电偶连接端并接入同一个信号连接端21。在本实施例中，四根多余度铠装热电偶1与电连接器2连接。每根多余度铠装热电偶1内设有两组偶丝12。电连接器2上设有四个电偶连接端和两个信号连接端21。每个电偶连接端内设有两个分别与两组偶丝12连接的偶丝连接端且两个偶丝连接端分别与两个信号连接端21连接。四根多余度铠装热电偶1的四组偶丝12分别通过偶丝连接端接入电偶连接端并接入同一个信号连接端21，即四个偶丝连接端并联后通过同一个信号连接端21与控制***连接。每根多余度铠装热电偶1内两组偶丝12产生的电势信号分别从两个信号连接端21输出至控制***。通过两个信号连接端21将偶丝12产生的电势信号传输至控制***，产生两组数据，每个信号连接端21输出的电势信号等于四组分别处于四个测量位置处的偶丝12所产生的电势信号的总和。可选地，四根多余度铠装热电偶1与电连接器2连接。每根多余度铠装热电偶1内设有三组偶丝12。电连接器2上设有四个电偶连接端和三个信号连接端21。每个电偶连接端内设有三个分别与三组偶丝12连接的偶丝连接端且三个偶丝连接端分别与三个信号连接端21连接。四根多余度铠装热电偶1的四组偶丝12分别通过偶丝连接端接入电偶连接端并接入同一个信号连接端21，即四个偶丝连接端并联后通过同一个信号连接端21与控制***连接。每根多余度铠装热电偶1内三组偶丝12产生的电势信号分别从三个信号连接端21输出至控制***。每个信号连接端21输出的电势信号等于四组分别处于四个测量位置处的偶丝12所产生的电势信号的总和。
可选地，多根多余度铠装热电偶1的偶丝12分别通过偶丝连接端接入电偶连接端并接入相同的多个信号连接端21。如图4所示，在另一实施例中，四根多余度铠装热电偶1与电连接器2连接。每根多余度铠装热电偶1内设有两组偶丝12。电连接器2上设有四个电偶连接端和四个信号连接端21。每个电偶连接端内设有两个分别与两组偶丝12连接偶丝连接端，且其中一个偶丝连接端与两个信号连接端21连接，而另一个偶丝连接端与另外两个信号连接端21连接。四根多余度铠装热电偶1的四组偶丝12分别通过偶丝连接端接入电偶连接端并接入相同的两个信号连接端21，即四个偶丝连接端并联后通过两个信号连接端21与控制***连接。通过四个信号连接端21将偶丝12产生的电势信号传输至控制***，产生四组数据，每个信号连接端21输出的电势信号等于四组分别处于四个测量位置处的偶丝12所产生的电势信号的总和的一半。
对于同一根多余度铠装热电偶1内的用于测量同一位置处的燃气温度的多组偶丝12则分别位于不同的回路上，产生多个测量结果，因此测量结果的可靠性高。多根多余度铠装热电偶1的偶丝12分别通过偶丝连接端接入电偶连接端并接入相同的信号连接端21，使探头端分别位于不同位置处的多组偶丝12位于同一回路上，通过电连接器2将不同测量位置处的多组偶丝12产生的电势信号从相同的信号连接端21传输至控制***，减少了控制***处理的数据量。多余度铠装热电偶1偶丝12
可选地，多根多余度铠装热电偶1的偶丝12分别通过偶丝连接端接入电偶连接端并分别接入不同的信号连接端21。在另一实施例中，四根多余度铠装热电偶1与电连接器2连接。每根多余度铠装热电偶1内设有两组偶丝12。电连接器2上设有四个电偶连接端和八个信号连接端21。每个电偶连接端内设有两个分别与两组偶丝12连接偶丝连接端，且两个偶丝连接端分别与不同的信号连接端21。四根多余度铠装热电偶1的八组偶丝12分别通过偶丝连接端接入电偶连接端并接入不同的信号连接端21。通过八个信号连接端21分别将八个偶丝连接端产生的电势信号输出至控制***连接，产生八组数据，测量结果的可靠性高。
如图1和图3所示，所有多余度铠装热电偶1内偶丝12的长度和直径均相同，以确保所有多余度铠装热电偶1内偶丝12的电阻相等。所有多余度铠装热电偶1除了探头端位置不同，其他与测量结果相关的因素均一致。所有多余度铠装热电偶1的探头端呈圆形布设，以确保所有的探头端与发动机腔体内燃气出口的距离相同。与发动机腔体内燃气出口的距离不同，燃气温度不同，所有多余度铠装热电偶1的测量点位于同一截面上且与发动机腔体内燃气出口的距离相同，从而测得位于同一截面上的多处燃气温度，减少燃气温度测量的偶然误差。
如图1所示，多根多余度铠装热电偶1弯折成与发动机上安装位置处的周向轮廓相匹配的形状，且多根多余度铠装热电偶1的探头端分别与发动机上电偶安装孔的位置相匹配。多余度铠装热电偶1还包括还包括壳体11、套设于壳体11上用于对多余度铠装热电偶1的探头端进行支撑和防护的夹持管13、套设于夹持管13上的用于将多余度铠装热电偶1安装固定于发动机上的法兰盘14以及套设于壳体11与夹持管13的连接处的保护管15，保护管15固定于壳体11上的一端的端面与内壁面为圆角过渡。偶丝连接端通过连接线与对应的信号连接端21连接，电连接器2上设有用于装设连接线并安装于发动机上的接线盒3。连接线装设于接线盒3内以避免外界的盐雾、灰尘、水汽等杂质对连接线造成污染。将接线盒3安装固定于发动机上，再将多根多余度铠装热电偶1的探头端伸入发动机腔体内并将法兰盘14固定于发动机上，从而将多余度铠装热电偶装置固定于发动机上。通过套设于壳体11上的夹持管13对多余度铠装热电偶1的测试端进行支撑，以避免多余度铠装热电偶1的测试端的位置发生偏斜，从而测得同一测试点处在某个时间段内燃气温度的变化。并且由于发动机腔体内环境恶劣，通过夹持管13以保护多余度铠装热电偶1伸入发动机腔体内的部分。通过在壳体11与夹持管13的连接处套设保护管15，以避免多余度铠装热电偶1弯折时壳体11与夹持管13的连接处发生松动或断裂，并且保护管15固定于壳体11上的一端的端面与内壁面为圆角过渡，壳体11弯折时，壳体11与保护管15的连接处不易弯折断裂。
多余度铠装热电偶1的多组偶丝12在探头端处与壳体11之间的间距均相等。偶丝12与壳体11之间填充了氧化镁柱，构成绝缘层，而多余度铠装热电偶1的探头端的热响应时间与绝缘层的厚度密切相关，绝缘层越厚，偶丝12感应温度越慢即热响应时间越长。多余度铠装热电偶1的探头端处的多组偶丝12与壳体11之间的间隙相等，则多余度铠装热电偶1的多组偶丝12的热响应时间相同，同时产生电流，从而通过电连接器2将多组偶丝12的电势信号传输至控制***。
多余度铠装热电偶装置的设计方法，用于设计上述多余度铠装热电偶装置，包括以下步骤：确定多余度铠装热电偶1探头端与接线端之间的径向尺寸；根据多余度铠装热电偶1的探头端与接线端之间的径向尺寸、多余度铠装热电偶1的偶丝12的数量和电阻值以及多余度铠装热电偶1的绝缘性能的要求，确定偶丝12的长度和直径，以及确定偶丝12布设于壳体11内的方式；根据多余度铠装热电偶1的探头端的热响应时间的要求，确定多余度铠装热电偶1的探头端的径向尺寸。其中，为确保多余度铠装热电偶1的绝缘性能符合要求，需确保偶丝12之间及偶丝12与多余度铠装热电偶1的壳体11之间的绝缘层厚度满足要求值，不同偶丝12直径大小对应的绝缘层厚度要求值不一致，绝缘层厚度要求不低于偶丝12直径尺寸的三分之二，并且绝缘层的致密程度也影响绝缘性能，通过旋锻工艺保证绝缘层的致密程度。为确保响应时间符合要求，通过对多余度铠装热电偶1的壳体11的壁厚、壳体11的外径尺寸、绝缘层的厚度和/或偶丝12焊点的尺寸进行调整，当多余度铠装热电偶1探头端的热响应时间超过热响应时间的要求值时，则将壳体11的壁厚变薄、壳体11的外径尺寸减小、绝缘层厚度变薄和/或偶丝12焊点变小，直至多余度铠装热电偶1探头端的热响应时间符合热响应时间的要求值。在本实施例中，多余度铠装热电偶1的探头端与接线端之间的部位的外径尺寸为2.5mm，多余度铠装热电偶1的的内径尺寸为2.2mm。多余度铠装热电偶1内设有两组偶丝12，每组偶丝12包括两根偶丝12，两根偶丝12位于多余度铠装热电偶1的探头端的端部焊接成一体。多余度铠装热电偶1的每组偶丝12的电阻为4.8Ω，偶丝12的电阻与偶丝12的长度和直径相关，需保证四根偶丝12截面积的总和小于多余度铠装热电偶1的内截面积，偶丝12之间的间隙和多组偶丝12的布设方式相关，多余度铠装热电偶1的绝缘性能与填充于偶丝12之间的间隙中的氧化镁柱所构成的绝缘层厚度有关，避免多组偶丝12相互干涉而导致多组偶丝12产生的电势信号不准确。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多余度铠装热电偶装置，用于测量发动机腔体内的燃气温度并将燃气温度转换为电势信号，其特征在于，
包括内设有多组偶丝(12)的多余度铠装热电偶(1)以及与所述多余度铠装热电偶(1)的接线端连接的用于将多余度铠装热电偶(1)输出的电势信号输出至控制***的电连接器(2)，
所述电连接器(2)设有与所述多余度铠装热电偶(1)的接线端连接的电偶连接端以及与控制***连接的信号连接端(21)，所述电偶连接端内设有多个分别与不同的信号连接端(21)连接的用于连接所述偶丝(12)的偶丝连接端；
所述多余度铠装热电偶(1)的探头端用于伸入至发动机腔体内与燃气充分接触以测量燃气温度，通过所述多余度铠装热电偶(1)的探头端和接线端的温度差产生电流，并由所述电连接器(2)将不同组偶丝(12)的电势信号从不同的信号连接端(21)输出至控制***。
2.根据权利要求1所述的多余度铠装热电偶装置，其特征在于，
所述多余度铠装热电偶(1)设置有多根，多根所述多余度铠装热电偶(1)的接线端分别通过所述电偶连接端与所述电连接器(2)连接，通过将所述多余度铠装热电偶(1)的探头端布设在发动机腔体内的不同位置以实现同时测量发动机腔体内的多处燃气温度。
3.根据权利要求2所述的多余度铠装热电偶装置，其特征在于，
多根所述多余度铠装热电偶(1)的偶丝(12)分别通过所述偶丝连接端接入所述电偶连接端并接入相同的信号连接端(21)；
和/或多根所述多余度铠装热电偶(1)的偶丝(12)分别通过所述偶丝连接端接入所述电偶连接端并分别接入不同的信号连接端(21)。
4.根据权利要求2所述的多余度铠装热电偶装置，其特征在于，
所有的多余度铠装热电偶(1)内的偶丝(12)的长度和直径均相同，以确保所有的多余度铠装热电偶(1)内的偶丝(12)的电阻相等。
5.根据权利要求2所述的多余度铠装热电偶装置，其特征在于，
所有的多余度铠装热电偶(1)的探头端呈圆形排布，以确保所有的探头端距离发动机腔体内燃气出口的距离相同。
6.根据权利要求2所述的多余度铠装热电偶装置，其特征在于，
多根所述多余度铠装热电偶(1)弯折成与发动机上安装位置处的周向轮廓相匹配的形状，且多根所述多余度铠装热电偶(1)的探头端分别与发动机上电偶安装孔的位置相匹配。
7.根据权利要求1所述的多余度铠装热电偶装置，其特征在于，
所述多余度铠装热电偶(1)还包括壳体(11)、套设于所述壳体(11)上用于对所述多余度铠装热电偶(1)的探头端进行支撑和防护的夹持管(13)、套设于所述夹持管(13)上的用于将所述多余度铠装热电偶(1)安装固定于发动机上的法兰盘(14)以及套设于所述壳体(11)与所述夹持管(13)的连接处的保护管(15)，
所述保护管(15)固定于所述壳体(11)上的一端的端面与内壁面为圆角过渡。
8.根据权利要求7所述的多余度铠装热电偶装置，其特征在于，
所述多余度铠装热电偶(1)的所述多组偶丝(12)在探头端处与所述壳体(11)之间的间距均相等。
9.根据权利要求1所述的多余度铠装热电偶装置，其特征在于，
所述偶丝连接端通过连接线与对应的所述信号连接端(21)连接，所述电连接器(2)上设有用于装设所述连接线并安装于发动机上的接线盒(3)。
10.一种多余度铠装热电偶装置的设计方法，其特征在于，用于设计权利要求1-9任一所述的多余度铠装热电偶装置，包括以下步骤：
确定多余度铠装热电偶(1)探头端与接线端之间的径向尺寸；
根据多余度铠装热电偶(1)的探头端与接线端之间的径向尺寸、多余度铠装热电偶(1)的偶丝(12)的数量和电阻值以及多余度铠装热电偶(1)的绝缘性能的要求，确定偶丝(12)的长度和直径，以及确定偶丝(12)布设于壳体(11)内的方式；
根据多余度铠装热电偶(1)的探头端的热响应时间的要求，确定多余度铠装热电偶(1)的探头端的径向尺寸。
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