通过增加导线的电阻来测量线圈的均匀温度的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对飞机上安装的电气系统进行监测。更具体地说，涉及对盘绕式电气 组件的温度进行测量。
【背景技术】
[0002] 飞机上安装的相当数量的电子设备（尤其是计算机）都放置在冒着与诸如发动机 油之类的在高温下易燃的产品接触的危险的区域中。例如，在这种情况下，安全条例要求每 个壳体的外壳温度不能超过204°c的临界温度（发动机油的自燃阈值）。
[0003] 必须对可能超过该温度的所有的无源组件进行监测以便控制该要求。
[0004] 更具体地，对于盘绕式组件，目前使用的解决方案由集成在线圈的外部的温度探 针组成，在将要超过临界温度时该温度探针会发送警报消息。
[0005] 该解决方案的第一个缺点是很昂贵，这是因为它引入了附加的特殊装备，即温度 探针，该温度探针与要监测的组件无关。它也给集成带来了困难，这是因为温度探针没有被 专门地设计成适合于组件。最终，这些温度探针提供了组件的表面上探针的传感器被固定 的点处的局部温度。探针给出的温度合格的指示不一定保证组件上其他地方没有超过临界 温度。
[0006] 因此，确定探针的尺寸和放置探针需要表征由探针和盘绕式组件组成的组装件， 以便降低超过临界温度或者将假警报发送给检测系统的风险，并且还需要避免由于对要限 制线圈的自然发热（尤其是在脉冲类型的应用中）以及要建立对于测量误差的裕度的需求 而引起的线圈的尺寸超标的质量和成本方面的影响。
【发明内容】
[0007] 本发明的目标是面对这些集成问题时，尤其是针对盘绕式组件，提供一种简单并 且健壮的解决方案，同时保证温度测量能够遵守安全水平而不必被迫采用过度的安全裕 度。
[0008] 本发明涉及一种用于对航空应用所用的大功率盘绕式组件的温度进行测量的方 法，所述方法包括：测量由电阻材料制造的、其中已知的DC电流流经的标准线的末端之间 的电位差，标准线的电阻根据已知的定律随着温度而变化，以及将电位差转换成标准线的 平均温度的计算步骤，所述标准线缠绕在线圈的内部，依次被布置成具有基本上相等的几 何结构和位置的、成对关联的一卷"对外"线匝和一卷"对内"线匝。该方法其特征在于，所 述标准线具有从〇. 〇5mm到0. 25mm范围内的直径和经调整的长度，以便通过制作至少20个 线匝来获得在_ 60°C与200°C之间变化的温度下有2欧姆与8欧姆之间的电阻的变化。
[0009] 自此本发明实现了其目标，因为热量产生在组件内部，通过标准线上的测量获得 的组件内部的平均温度过高的估算了能够到达表面上的温度。因此，测量越精确，就越接近 阈值且同时一定不会超过阈值。此外，尤其针对盘绕式组件，测量必须对由于磁场的存在而 引起的任何干扰进行补偿，磁场的渐变生成了其穿过的绕组中的电动势。具有"对外"线匝 和"对内"线匝成对互相补偿大大地简化了测量电路。此外，本文的关注点是航空学中的大 功率组件，其中线圈的直径可能在1cm到30cm之间变化。在这种背景下，与具有使用非常 好的导线，直径大约0. 01cm，电阻大约100欧姆的铂探针技术的示例相比，使用具有更大的 直径和几欧姆电阻的导线使得能够将该技术集成在组件中且同时有必要保持测量精度。
[0010] 有利地，在测量的温度范围内其电阻率随着温度而线性变化的导电材料的使用相 应地简化了计算。
[0011] 优选地，标准线由铜制造而成，一种在航空应用的工作范围中电阻率是温度的线 性函数的普通材料。
[0012] 通过将两个导线附接到标准线的末端以测量电位差来获得精确的温度测量。
[0013] 本发明还涉及一种用于航空应用的大功率盘绕式组件，其特征在于，所述大功率 盘绕式组件包括由电阻材料制造的导线，其电阻根据已知的定律随着温度而变化，所述导 电材料的导线缠绕在线圈的内部，并且以成对关联的一卷"对外"线匝和一卷"对内"线匝 的方式来布置，该一卷"对外"线匝和一卷"对内"线匝具有基本上相等的几何结构和位置， 此外，所述标准线具有从0. 05mm到0. 25mm范围内的直径和经调整的长度，以便通过制作至 少20个线匝来获得针对在-60°C与200°C之间变化的温度，2欧姆与8欧姆之间的电阻的 变化，以及两个连接件，其能够将所述标准线的末端连接到外部的电子装备。
[0014] 本发明更具体地涉及一种盘绕式组件，其包括至少两个有源绕组，一个有源绕组 围绕另一个有源绕组，并且标准线的线匝插入在两个有源绕组之间。
[0015] 有利地，该组件包括附接到标准线的末端的两个互补性连接件。
[0016] 这样的组件能够连接到为了确定组件内部的平均温度而需要的测量用具。
[0017] 本发明还涉及一种用于航空应用的电子设备，其包括：至少一个根据本发明所述 的组件，连接到标准线的末端的用于生成直流电流的装置，用于测量补偿性连接件之间的 电位差的装置，以及能够将来自电位差测量装置的信号和所述直流电流上的信息转换成温 度信号计算装置。
[0018] 最后，本发明涉及一种用于制造根据本发明所述的盘绕式组件的方法，包括下述 步骤：在将标准线安装在盘绕式组件中之前对标准线的长度进行校准，以便获得给定温度 下的给定电阻；以及将两个互补性输出导线连接到与经校准的电阻相对应的标准线的末 端。
[0019] 由于毫欧姆范围内标准线的校准，该制造方法使得能够实现对用于航空学中的盘 绕式组件的温度的估算的+/_〇. 3%的精度。
【附图说明】
[0020] 现在参照附图更加详细地描述本发明的非限制性实施例，其中：
[0021] 图1是盘绕式组件的轴向剖面；
[0022] 图2是在相反方向上的两匝流通测量电流的概括图；
[0023] 图3示出了在标准线上用四根导线进行测量的原理。
【具体实施方式】
[0024] 例如，如图1中所示的变压器，典型的盘绕式组件包括两个有源绕组2和3。它们 被配置成使得外部绕组3围绕内部绕组2,整体包裹着具有中央核心的柱状物4。
[0025] 组件的发热基本上归因于由于使用较高电流而造成的有源绕组中的焦耳损耗。这 是估算大功率盘绕式组件的发热的情况，优选地用于航空应用。因此，小口径规格铜线1缠 绕在两个有源绕组之间的圆柱体上。对标准线1在电阻上的变化进行测量使得能够获得代 表线圈内部的温度的温度测量值，并且因此超过了在组件的表面上观察到的温度，其中，标 准线1在电阻上的变化与组件中的材料随着温度的变化在电阻率上的变化有关。
[0026] 选择铜是因为它使得能够以小口径导线来获得正确的测量值。此外，与例如在某 些温度测量装备中使用的铂相比，铜在电子学中是普通材料。
[0027] 此外，在描述的组件的制造时易于对设备集成，这是因为在将其与组件的其余部 分组装之前，足够在设备的外表面上缠绕标准线1并与此同时在有源绕组2的内部缠绕，这 不需要任何附加操作。一般来说，希望对其温度进行监测的组件具有lcm与30cm之间的直 径。使用的标准线的直径通常在〇. 25mm与0. 05mm之间，在6欧姆的标称电阻，在环境温度 (20°C )下，导致标准线的长度在17米与1. 5米之间，也就是说至少20圈。这个长度可能 会对组件的最终直径造成影响，导线能够代表0. 1%与10%之间的导体的总体积。因此，可 以看出该设备按照与标准线的百分比相同数量级的比例干扰了组件的几何结构，这相比于 常规手段是很小的。
[0028] 图1示出了具有两个有源绕组的实施例。在一变体中，涉及了具有多于两个有源 绕组的盘绕式组件，标准线缠绕在放置在两个最里面的绕组之间的线圈内部。在另一变体 中，涉及单个有源绕组，标准线紧靠着该绕组的内表面缠绕。
[0029] 在大约-60°C到+200°C的范围内监测盘绕式组件的温度。在该温度范围中，作为 温度的函数的铜的电阻率是线性的并且表示为如下形式：
[0030](1)P=P〇.(1+a.0 )
[0031] a = 0.00427 (作为温度的函数的铜的电阻率的变化系数）
[0032] 0 =用°(：表示的温度
[0033] P。=0°C时铜的电阻率，单位为欧姆.米（1. 6x10 8欧姆.米）
[0034] 因此，对于给定长度和横截面的标准线，可以获得以类似的方式表示的电阻：
[0035] (2)R=R〇. (1+a. 0 )
[0036]RQ= 0°C时标准线的电阻，单位为欧姆。
[0037] 此外，通过焦耳定律给出电位差，在这种情况下，通过施加一个已知的流经标准线 的表示为安培的电流I，通过测量所述标准线的末端处的表示为伏特的电位差U，通过下述 公式来容易地获得温度：
[0038] (3) 0 = (U/I.R〇-l). (1/a)
[0039] 对于设想的盘绕式组件，在该校准期间寻找的R。的值在2到8欧姆之间。这使得 能够具有在操作中组件的期望的温度变化的范围在2到8欧姆之间的几个欧姆的电阻值的 变化。如下面以示例的形式详细描述的那样，对于寻找的温度范围（从_60°