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连续测量涡轮叶片、导向叶片的温度分布;
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给出局部燃气流高热区;过热叶片的局部温度值;
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对发动机进行温控、限温和健康监控。 "光学高温计工作原理光学高温计通过收集某一表面的热辐射,然后通过光学方法传递给探测器以产生正比
于辐射强度的电信号。运用斯蒂芬—波尔兹曼定律并对表面辐射率加以修正便建立起该信号与表面温度之间的关系。斯蒂芬—波尔兹曼辐射定律表示为
"%&
式中’—
—总辐射能量;
"—
—斯蒂芬—波尔兹曼常数,其值为 (")* +, -./(012 •3&);
———半球表面总辐射率,亦称黑度;
%———表面温度,3。
光学高温计具有非插入、遥感、能提供多点数据的优点。其基本组成可包括:()光学探头一种是透镜组件,用来确定测点的尺寸。另一种是孔径型系统,即采用光导纤维一端的特有接收角确定探测目标大小。
(2)光导纤维
光导纤维将光学探头接收的辐射能传输至探测器。采用光导纤维能提高探测器的性能,使其不受外界障碍物及电磁波的影响。
(4)探测器 0前置放大器组件探测器将红外辐射能转换成电信号;前置放大器将信号经过电缆传输而不产生信号衰减或振荡。硅光电二极管探测器响应快,对燃烧产物辐射的光谱区域不敏感。(&)数字显示装置该装置可调节信号并将信号转换成数字显示。它包括能显示平均值或峰值温度的方式选择电路、减少热碳粒子辐射或发光火焰干扰的噪声抑制电路及电源三部分。
在常用的双光谱区高温计中,光导纤维做成叉形,这样把光信号分成两部分直接进入两个硅探测器。在一个探测器前面,放入一个光学滤波器,将光谱响应限制在 ,"& 5," .(1范围。另一个探测器不放滤光器,其光谱响应从 ,"& 5"1,即硅光电二极管全光谱范围。由于辐射源温度比被测叶片表面温度稍高,从该辐射源来的反射辐射与叶片发出的辐射相比会有不同的光谱,因此,导致两个硅探测器输出不同,这就使得能够测出反辐射。用双光谱高温计不仅能测量燃烧室高温燃气温度,而且测量导向叶片温度和涡轮叶片温度很有效。
数据采集采用双通道数字式记忆示波器。未滤波的和滤波的两个高温计信号通过开关盒进入记忆示波器中并以数字形式存储,以避免中心频率漂移和噪声的影响。磁带数据包含转子运转一周的叶片温度分布数据,随后通过计算机处理成为永久硬拷贝记录。
•2,•
记忆示波器沿规定光路可同时记录每个叶片上大约 "个非滤波和滤波的温度点,并经计算机处理得出经修正后的温度分布。 光学高温计应用的实例(%)& ’公司的双光谱辐射高温计
这种高温计是自动扫描式,可以测得涡轮叶片热图像。高温计探头对着叶片并可移动。在发动机运转时,通过传动机构旋转探头,改变叶片上目标靶点的位置。高温计光学部件也可配上反射镜并装上插入气流中的水冷探头。该探头既能旋转又能直线移动,由计算机控制探头的这两种运动,并控制探头使其在气流中停留时间最短,以减少对转子流路堵塞和提高探头的使用寿命。为防止污物污染镜头采用氮气吹洗。
当叶片从高温计前面通过时,探头对叶盆扫描,然后跨过叶片前缘再对叶背扫描,直到下一个叶盆进入视路。
双光谱高温计测温范围在 ("" ) %*""+;在 %",-.频带区域分辨率能达到 " %+;测量速度快(%"/),可以捕捉高速旋转体的温度分布和脉动气流的温度变化。用黑体校验可保证精度在 0 %"+。
()兰德(1234)公司涡轮温度传感器
兰德公司涡轮温度传感器亦是用于试车台及飞机上测量涡轮叶片温度的光学高温计。
该涡轮温度传感器与前述的高温计基本相同,其测温范围 5"" ) %%""+,测量误差在 %%""+为 0 +;在 6("+为 0 +;在 5""+为 0 %"+;透镜为蓝宝石,聚焦靶点尺寸为 7 "88,聚焦平面透镜为 %""88;检测器为硅光电探测器;光学探头工作温度为 9 5" ) (("+;光导纤维为 9 5" ) ""+;检测器 :放大器在飞行系统工作温度为 9 (( ) %(+,在研究系统为 " 9 5"+;电源为 %( 9* 9%(;直流;故障平均间隔时间最小为 %""""<。
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