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"安徽天康集团股份有限公司"铠装热电偶防爆注意事项

来源:$article_from_name$ 2019/2/26 22:23:41      点击:

         摘要: 固体火箭发动机地面试验需测量发动机各部组件在工作过程中的温度数据, 验证各部组件防热结构设计有效性。 目前在固体火箭发动机地面试验中主要采用热电偶温度传感器进行温度参数测量, 由于发动机各部组件外形尺寸各异,工作过程中温度范围跨度大( 0~800℃ ),有强腐蚀、强电离的复杂环境,因此必须针对具体情况采用不同的温度传感器安装铠装热电偶工艺。 针对几种热电偶温度传感器表面测温的安装铠装热电偶工艺,对比分析温度数据,总结不同安装铠装热电偶工艺的适用条件,为今后固体火箭发动机地面试验热电偶温度传感器的使用提供参考。

 
        在固体火箭发动机地面试验中,各部组件表面温度是发动机防热结构的重要表征参数之一,因此对温度测量的精度和频响有较高要求。 热电偶温度传感器具有安装铠装热电偶方式灵活、无需供电、测温频响高、测温精度适中、价格低廉等优点,目前在固体火箭发动机地面试验中广泛使用。 针对不同的使用条件,热电偶温度传感的安装铠装热电偶方式不同,本文针对热电偶对试件表面测温的各种安装铠装热电偶方式适用条件及其对测温数据的影响进行讨论分析。
 
1 安装铠装热电偶工艺方法介绍
        目前热电偶温度传感表面测温的安装铠装热电偶方式有多种, 主要有点焊法、直接粘接法、绝缘粘接法和捆绑法。
1.1 点焊法
        点焊法一般用于金属试件长期温度检测, 其优点是测温范围大,测温响应快,无电磁干扰情况下测温精度高,安装铠装热电偶连接可靠;缺点是安装铠装热电偶复杂,对测量环境要求高(要求试件与大地绝缘,附近无强电磁环境),适用范围小(被测金属材质必须与热电偶材质相匹配)。
 
        安装铠装热电偶方法: 对试件测温位置打磨,用丙酮棉球清洗,用热电偶焊机将热电偶测温头直接点焊到试件测温位置上, 如图1 所示。
点焊法热电偶安装<a href=http://www.tiankane.com target=_blank><span style=color:#008899;font-size:16px;>铠装热电偶</span></a>示意图
1.2 直接粘接法
        直接粘接法一般用于金属或非金属试件短时温度检测,与点焊法相似其优点是测温响应快, 无电磁干扰情况下测温精度高,安装铠装热电偶快速方便,可对各种材质试件进行温度测量;缺点是测温范围有限(受限于胶带或粘接剂的耐温范围),安装铠装热电偶工艺会影响测温频响,对测量环境要求高(要求试件与大地绝缘,附近无强电磁环境)。
 
安装铠装热电偶方法:对试件测温位置打磨, 用丙酮棉球清洗,用胶带或粘接剂将热电偶测温头直接粘到试件测温位置上,如图 2 所示。
直接粘接法热电偶安装<a href=http://www.tiankane.com target=_blank><span style=color:#008899;font-size:16px;>铠装热电偶</span></a>示意图
1.3 绝缘粘接法
        绝缘粘接法一般用于各种试件短时温度测量,其优点是对测量环境要求不高,抗干扰能力强,安装铠装热电偶快速方便,可对各种材质试件进行温度测量;缺点是相对点焊法测温频响低,测温范围有限制(受限于胶带或粘接剂的耐温范围)。 注:目前一般采用高温胶带,耐高温达 300℃ 。
 
        安装铠装热电偶方法:对试件测温位置打磨,用丙酮棉球清洗,先用胶带或粘接剂在试件上绝缘导热衬底,再用胶带或粘接剂将热电偶测温头直接粘到试件衬底位置上,如图 3 所示。
绝缘粘接法热电偶安装<a href=http://www.tiankane.com target=_blank><span style=color:#008899;font-size:16px;>铠装热电偶</span></a>示意图
1.4 捆绑法
        捆绑法一般用于较细直径的圆柱形试件温度测量, 其优点是测温范围大,对测量环境要求不高,抗干扰能力强,安装铠装热电偶较为方便,可对各种材质试件进行温度测量;缺点是相对前三种方法测温频响低。
 
        安装铠装热电偶方法:用丙酮棉球对试件测温位置清洗,先用薄云母片将热电偶测温头包裹,再用细铁丝或专用捆扎工装将薄云母片捆绑固定在试件测温位置上,如图 4 所示。
捆绑法热电偶安装<a href=http://www.tiankane.com target=_blank><span style=color:#008899;font-size:16px;>铠装热电偶</span></a>示意图
2 安装铠装热电偶工艺方法测温数据比较分析
        不同工艺方法对温度测量的精度、 频响产生的影响不同, 本文通过在实验室对比分析其各项性能指标,为今后在固体火箭发动机试验的实际应用提供参考。
 
2.1 安装铠装热电偶工艺对比实验方法
        温度测量工艺对比实验组成部分主要包括热源、试件、温度传感器、测量仪器 [ 2 ] ,如图 5 所示。
温度测量对比实验构成示意图
        热源:沸水(根据海拔高度,本地沸水温度为 98.8℃ );
        试件:铜箔筒(直径 Φ90mm ,高 200mm );
        温度传感器: K 型热电偶(铜 - 康铜热电偶);
        测量仪器: NI PXI-6229 。
 
        对比实验方法是将同一批相同材质的 4 个热电偶传感器,采用四种不同的安装铠装热电偶工艺方法安装铠装热电偶在铜箔筒上 (铜箔导热快速均匀,因此近似认为铜箔筒相同高度的截面为等温区), 再将铜箔筒快速放置在沸腾的水中(根据海拔高度, 本地沸水温度为 98.8℃ ),同时测量 4 路温度数据,对比分析各路频响及稳定后的温度精度,如图6 所示。
 对比实验方法示意图
2.2 对比实验数据分析
        通过多次实验四种热电偶安装铠装热电偶方法测温响应有差异(如图 7 所示),其中点焊法和直接粘贴法测温响应最快,在 10~70℃ 范围内其平均温升速率达到 5.2℃/s ; 其次是绝缘粘贴法, 平均温升速率为4.5℃/s ;响应最慢的是捆绑法,平均温升速率为 4.0℃/s 。 由于实验条件有限,本实验温升速率仅用于四种热电偶安装铠装热电偶方式特性对比。
 四种热电偶安装<a href=http://www.tiankane.com target=_blank><span style=color:#008899;font-size:16px;>铠装热电偶</span></a>方法测温温升曲线和高温平稳后温度曲线
        经计算本地理论沸水温度为 98.6℃ ,通过多次实验四种热电偶安装铠装热电偶方法测温误差较小(如图 8 所示),温度平衡后四种方法的测温平均值及误差见表 1 。
 测温数据对比表
        由表 1 可看出点焊法的测温特性最好,温升响应快,测温误差小;直接粘贴法温升响应快,测温误差较大;绝缘粘贴法温升响应较慢,测温误差较大;捆绑法温升响应最慢,测温误差较大。通过实验对热电偶安装铠装热电偶方法对比分析, 可看出四种方法各有利弊:
 
        1 )点焊法:适用于与热电偶材质相匹配的金属试件长期温度检测,优点是测温范围大,测温特性好,缺点是安装铠装热电偶复杂,对测量电磁环境要求高。
        2 )直接粘贴法:适用于短时温度检测,优点是测温特性好,安装铠装热电偶简单,缺点是粘接胶带限制了测温范围,对测量电磁环境要求高。
        3 )绝缘粘贴法:适用于短时温度检测,优点是抗干扰能力强,安装铠装热电偶简单,测温特性较好,缺点是粘接胶带限制了测温范围。
        4 )捆绑法:适用于长期温度检测,优点是测温范围大,抗干扰能力强,测温特性较好,缺点是受试件限制安装铠装热电偶复杂。
 
3 结束语
        绝缘粘贴和捆绑测温方法比较适合固体火箭发动机地面试验复杂的测试环境中使用, 绝缘粘贴法适用于 300℃ 以内的测温范围,捆绑法适用于 700℃ 以内的测温范围。