一种基于薄膜铂电阻的自修正动态总温探针

本发明涉及动态总温测试，具体涉及一种基于薄膜铂电阻的自修正动态总温探针，适用于在未知来流马赫数情况下，利用背向测点对动态总温测量值进行修正，实现流场动态总温的高精度测量。

背景技术：

1、风扇/压气机组成的压缩系统作为航空发动机三大部件之一，其效率的高低将直接决定航空发动机的性能。风扇/压气机的效率是一个间接测量量，温升效率是用来计算其效率最常用的方法之一，尤其是对于压气机的单级效率，只能采用温升法进行测量。因此，准确测定压缩系统进出口截面的温升，是研制高性能航空发动机的关键技术支撑。温升法测量压气机效率的计算公式如下：

2、

3、其中ηc表示压气机效率，tt1和tt2分别表示压气机进、出口总温，πc表示压气机总压比，k表示比热比。对于温升法测量效率而言，进出口温升越小，精确测量效率的难度越大，其主要原因在于进出口温升相对测量误差较大。

4、目前通常采用传统的正对来流的热电偶以及铂电阻总温探针进行压气机流场总温测量，其主要存在三个方面的缺陷：其一，热电偶传感器自身精度较差；其二：传统的铠装铂电阻传感器动态频响低，无法满足动态总温的测试要求；其三，在未知来流马赫数情况下，上述探针无法通过总温恢复系数对速度误差进行修正，导致总温测量的精度大大降低；其四，上述探针皆为“l”型或者“丨”字型，“l”型探针由于受感部尺寸较大，很难伸入狭窄的压气机级间进行流场测量，而“丨”字型探针由于没有滞止罩的设计，会产生非常大的速度误差，测量精度有限。

5、因此，急需发展能够在小温升压气机性能测试中进行动态总温高精度测量的动态总温探针。

技术实现思路

1、本发明的一种基于薄膜铂电阻的自修正动态总温探针，探针整体采用“丨”字型设计，受感部基于薄膜铂电阻传感器，采用正对与背对来流对称的双向布点结构，以解决小温升压气机性能测试中动态总温测量精度不足的问题。

2、在此基础上，本发明还可以同时测量来流的马赫数。其原理是，对于双向布点的受感部，其正向传感器指示温度与背向传感器指示温度之差为马赫数的函数：

3、δt＝t1-t2＝f(ma)

4、其中，t1为正向铂电阻传感器指示温度，t2为背向传感器指示温度，ma为气流马赫数。

5、本发明探针为“丨”字型，尺寸小，适用于狭窄的压气机级间测量。薄膜铂电阻传感器通过密封胶固定在探针支杆的圆形通道内，圆形通道的两侧开有出气口，保证气流从进气口进入与薄膜铂电阻传感器进行充分换热后流入圆形通道对薄膜铂电阻引脚及导线进行加热，再由圆形通道内的出气口流出，使导热误差大大降低，两个圆形通道呈正向与背向对称布置，且相互独立，互不连通。

6、本发明提供了一种基于薄膜铂电阻的自修正动态总温探针，要解决的技术问题是：第一，解决了原有热电偶温度传感器总温探针自身精度较差的问题。第二，解决了现有铠装铂电阻总温探针测温频响低的问题。第三，解决了现有动态总温探针在未知来流马赫数情况下，无法对测量结果进行实时修正，导致测温精度降低的问题。第四，解决了原有“l”型结构总温探针很难伸入到狭窄的压气机级间测量的问题。第五，解决了原有“丨”字型总温探针速度误差、导热误差较大，测量精度低的问题。

7、本发明的技术解决方案是：

8、1、一种基于薄膜铂电阻的自修正动态总温探针，由薄膜铂电阻芯片(1)、薄膜铂电阻引脚及导线(2)、密封胶(3)、进气口(4)、圆形通道(5)、出气口(6)、探针支杆(7)组成，其特征在于：探针支杆(7)呈“丨”字型柱体结构，其正向、背向开有对称的两个进气口(4)，两个进气口(4)之间互不连通，两个进气口(4)分别与正向、背向的圆形通道(5)相连，两个圆形通道(5)侧面各自开有两个出气口(6)，薄膜铂电阻引脚及导线(2)通过密封胶(3)固定于圆形通道(5)内，保证薄膜铂电阻芯片(1)处于进气口(4)中心，形成正向、背向对称的双向布点结构。

9、2、进一步，探针支杆(7)长度为10～110毫米，直径为6～16毫米，侧面开有呈正向、背向对称分布的两个进气口(4)，进气口(4)轴线与主流方向平行，其中心线距探针支杆(7)顶部4～20毫米，进气口(4)由收缩段与圆柱段组成，收缩段子午面型线为双纽线或30～60°圆弧线，圆柱段直径为2～6毫米，长度为2～7毫米。

10、3、进一步，探针支杆(7)内部开有分别与正向、背向进气口(4)垂直的两个圆形通道(5)，其下方完全贯穿探针支杆(7)，圆形通道(5)直径为2～7毫米，其中心线距探针支杆(7)中心线1～6毫米。

11、4、进一步，圆形通道(5)左右分别开有出气口(6)，左、右出气口(6)中心线共线并与圆形通道(5)中心线垂直，出气口(6)中心线距探针支杆(7)顶端8～30毫米，出气口(6)为圆柱形，直径为0.2～1.5毫米。

12、5、进一步，薄膜铂电阻引脚及导线(2)通过密封胶(3)固定于圆形通道(5)内，密封胶(3)上端距出气口(6)中心线1～3毫米，薄膜铂电阻芯片(1)处于进气口(4)中心位置。

13、本发明一种基于薄膜铂电阻的自修正动态总温探针，具有以下有益效果：

14、有益效果一：本发明可以在未知来流马赫数情况下，利用双向传感器指示温度之差为马赫数的函数这一关系，实时对动态总温测量值进行修正，大大提高了动态总温测量精度。

15、有益效果二：本发明将出气口安装于圆形通道内，使气流经历进气口-圆形通道-出气口三次绕流，即保证了薄膜铂电阻芯片直接感受到来流总温的动态变化，流场信息不失真，同时使得气流对薄膜铂电阻引脚及导线进行加热，大大减小测量的导热误差。

16、有益效果三：本发明可以在测量动态总温的同时，实时获取来流马赫数。

17、有益效果四：本发明探针为“丨”字型，尺寸小，适用于狭窄压气机级间的动态总温测量，同时提高了探针的空间分辨率。

技术特征：

1.一种基于薄膜铂电阻的自修正动态总温探针，由薄膜铂电阻芯片(1)、薄膜铂电阻引脚及导线(2)、密封胶(3)、进气口(4)、圆形通道(5)、出气口(6)、探针支杆(7)组成，其特征在于：探针支杆(7)呈“丨”字型柱体结构，其正向、背向开有对称的两个进气口(4)，两个进气口(4)之间互不连通，两个进气口(4)分别与正向、背向的圆形通道(5)相连，两个圆形通道(5)侧面各自开有两个出气口(6)，薄膜铂电阻引脚及导线(2)通过密封胶(3)固定于圆形通道(5)内，保证薄膜铂电阻芯片(1)处于进气口(4)中心，形成正向、背向对称的双向布点结构；

技术总结
本发明涉及动态总温测试技术领域，具体涉及一种基于薄膜铂电阻的自修正动态总温探针，包括薄膜铂电阻芯片、薄膜铂电阻引脚及导线、密封胶、进气口、圆形通道、出气口、探针支杆。探针支杆呈“丨”字型柱体结构，其正向、背向开有对称的两个进气口，两个进气口之间互不连通，两个进气口分别与正向、背向的圆形通道相连，两个圆形通道侧面各自开有两个出气口，薄膜铂电阻引脚及导线通过密封胶固定与圆形通道内，保证薄膜铂电阻芯片处于进气口中心，形成正向、背向对称的双向布点结构。本发明适用于在未知来流马赫数情况下，利用背向测点对动态总温测量值进行修正，实现流场动态总温的高精度测量。

技术研发人员：马宏伟,李彦仪
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：20230704
技术公布日：2024/2/1