CN110392823A - 特别是在涡轮发动机中通过探测器件的网格结构进行的温度测量 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度测量装置，该温度测量装置包括至少三个探测器件、计算机，该计算机被配置成基于探测器件的输出端的电压测量值来估计温度，其特征在于，探测器件在串联安装的多个网格中连接在一起，其中，至少一个网格包括并联安装的至少两个探测器件，并且至少一个其他网格包括一个探测器件或并联安装的多个探测器件。

Description

特别是在涡轮发动机中通过探测器件的网格结构进行的温度 测量

技术领域

本发明涉及温度测量，特别是在涡轮螺旋桨发动机中进行的温度测量。

背景技术

在涡轮螺旋桨发动机中，涡轮中的气体的温度会超过1000度。

在涡轮螺旋桨发动机中，温度测量是通过温差电偶探测器件完成的，温差电偶探测器件的优点是具有非常宽的连续测量范围。

温差电偶探测器件的工作是基于塞贝克效应的利用：通过在不同类型的导体的经受温度差的两个接合点之间的热电效应产生电位差。

通常，温差电偶探测器件具有三种类型的导体：

-不同类型的两个导体一起构成热电偶；这两个导体在一个点处焊接，该点旨在浸入需要确定其温度的介质中，该焊接点通常被称为热焊接点；

-相同类型的两根导体引线通常构成电气接口；一根引线被焊接到热电偶的导体中的一个导体，并且另一根引线被焊接到热电偶的第二导体，这些焊接点通常被称为冷焊接点。

热焊接点与冷焊接点之间的温度差产生电位差，该电位差是在温差电偶的两个冷焊接点之间测量的。

然而，该测量原理的缺点是，特别是由于干扰测量的电磁场的影响而输出低电压电平，这在计算机采集信号期间产生困难。

因此，需要一种温度测量解决方案，该温度测量解决方案使得能够提高离开传感器的信号电平，以便于采集，同时简化计算机输入级的构造并降低生产成本。

现有技术中已经提出了两个或多个温差电偶探测器件的串联连接。串联的温差电偶联接允许相当简单地提高电压电平以允许完成采集。然而，温差电偶的损失导致完整的测量分支的损失。该解决方案改进了故障检测，但会降低机器的可用率。

使用具有较高塞贝克系数的热电偶也可以允许提高探测器件的输出电压电平。目前使用的电偶是被称为K的类型的或铬镍-铝镍。所考虑的电偶是类型E或铬镍(镍+铬合金)-康铜(镍+铜合金)、类型J或铁-康铜、以及类型N或Nisil(镍+硅合金)-Nicrosil(镍+铬+硅合金)。然而存在某些限制；实际上，给定的热电偶可具有更有限的工作范围，与类型K的1100℃的连续范围相比，类型E和类型J分别具有800℃和720℃的连续范围。此外，类型J不适合在氧化和潮湿的环境中使用。

也可以尽可能接近探测器件放大电压电平，从而避免使低电平信号长距离传播，这种解决方案已被考虑但使测量更加复杂。

发明内容

本发明的一个目的是提高温度测量装置的输出电压电平。

另一目的是提高温度测量系统的操作可靠性。

另一目的是提高温度测量系统的可用性。

另一目的是改进温度测量系统中的故障检测。

根据一个方面，本发明提出一种温度测量装置，该温度测量装置包括：至少三个温度探测器件；计算机，该计算机被配置成基于探测器件的输出端的电压测量值来估计温度，其特征在于，探测器件在串联组装的多个网格(mailles)中连接在一起，至少一个网格包括并联组装的至少两个探测器件，并且至少一个其他网格包括一个探测器件或并联组装的多个探测器件。

这种类型的装置有利地通过单独采用或组合采用的各种以下特征来完成：

-至少一个温度探测器件是温差电偶(thermocouple)；

-至少一个探测器件包括多个温差电偶；

-串联的两个网格各自包括至少一个温差电偶，所述网格的两个温差电偶被串联组装，并且连接导体与第一温差电偶的热电偶(couple thermoélectrique)的第一类型的导体之间的冷焊接点以等电位的方式连接到连接导体与另一温差电偶的热电偶的第二类型的导体之间的冷焊接点，以便将两个温差电偶的电动势相加；

-该装置包括并联组装的至少两个温差电偶，并且两个温差电偶的热电偶的相同类型的导体上的冷焊接点以等电位的方式连接，因此两个温差电偶具有相同的电位差；

-各种网格的温差电偶的冷焊接点被包含在等温连接壳体中；

-该装置包括多个探测器件，每个探测器件包括至少两个温差电偶，不同探测器件的温差电偶彼此连接以限定两个测量路径，每个测量路径包括串联组装的多个网格，其中

■至少一个网格包括并联组装的至少两个探测器件，并且

■至少一个其他网格包括一个探测器件或并联组装的多个探测器件，

路径的布线被配置成使得至少一个探测器件包括在一个路径上的第一网格中组装的温差电偶和在另一路径上的第二网格中组装的第二温差电偶。

根据另一方面，本发明提出工业机器，该工业机器包括这种类型的温度测量装置。

根据另一方面，本发明提出涡轮发动机，该涡轮发动机包括这种类型的温度测量装置。

附图说明

将通过以下描述揭示本发明的其它特征和优点，该描述仅是说明性的和非限制性的，并且必须参考附图阅读该描述，在附图中：

-图1是将探测器件安装在温度测量装置中的示意图以及用于包括4个探测器件的构造的相关联的电气组件；

-图2示出了根据包括不同数量的探测器件的构造将探测器件安装在涡轮间部段的平面中；

-图3示出了包括4个探测器件的构造中的两个测量路径的电气组件，每个探测器件带有两个温差电偶；

-图4示出了在包括4个探测器件的构造中的两个测量路径在探测器件1损坏的工作情况下的电气组件，每个探测器件带有两个温差电偶；

-图5示出了在包括4个探测器件的构造中的两个测量路径在探测器件1和探测器件2损坏的工作情况下的电气组件，每个探测器件带有两个温差电偶；

-图6示出了包括5个探测器件的构造中的两个测量路径的电气组件的配置，每个探测器件带有两个温差电偶；

-图7示出了包括5个探测器件的构造中的两个测量路径的电气组件的第二配置，每个探测器件带有两个温差电偶；

-图8示出了包括6个探测器件的构造中的两个测量路径的电气组件的配置，每个探测器件带有两个温差电偶；

-图9示出了包括6个探测器件的构造中的两个测量路径的电气组件的第二配置，每个探测器件带有两个温差电偶；

-图10示出了包括6个探测器件的构造中的两个测量路径的电气组件的第三配置，每个探测器件带有两个温差电偶；

-图11是探测器件安装在温度测量装置中的示意图以及用于包括6个探测器件的构造的相关联的电气组件示意图；

-图12是带有双温差电偶的探测器件安装在温度测量装置中的示意图以及用于包括3个探测器件的构造的相关联的两个测量路径的组件的示意图。

具体实施方式

温度测量装置在电路5中包括温差电偶探测器件1、2、3和4的组件，电路5在其端子6处连接到计算机7，计算机7将标记为U的电压转换成温差电偶的冷焊接点与温差电偶的热焊接点之间的温度差，该组件关联串联的网格57、58，网格中的每个网格包括并联组装的热电偶10、20以及30、40。

应当理解的是，后文讨论的示例仅是说明性的和非限制性的，与所述示例相比，所述装置能够包括不同数量的网格、探测器件和温差电偶。

温度测量装置的安装示例

参考图1，示出了对应于包括4个温差电偶探测器件100、200、300、400的组件的安装示意图。

探测器件被安装在涡轮间部段8中并且连接到接合壳体9。

探测器件在涡轮间部段8的处于与气体循环方向垂直的同一平面中的壁处，在涡轮间部段8的周界上被集成到涡轮间部段8中。

温差电偶10包括第一类型的接合点13，即热电偶的第一导体与电气接口导体的引线16之间的焊接点；热电偶的第二导体与电气连接导体的另一引线17之间的第二类型的接合点14；以及在热电偶的导体的接触点处的热焊接点15。

第一类型的接合点和第二类型的接合点(即温差电偶的冷焊接点)均位于接合壳体9中并且必须保持在相同的温度下以避免产生寄生电动势。

因此，接合壳体9是热控制的等温壳体，类似于专利申请FR3027106中描述的壳体。

电路的内电阻随着电缆的长度的增加而增加，并联布置的引线必须具有相同的长度以避免使平均局部电动势偏置。因此，某些温差电偶的引线将被折叠以使每个温差电偶在接合壳体9的输入端和计算机7的输入端处具有相同的电缆长度。

温差电偶10、20、30、40的串联联接和并联联接在接合壳体9中通过铜连接线55来完成。这允许通过在如下壳体中完成接合来降低温差电偶线束的生产成本，该壳体偏离线束的基部或在线束的基部的下游。

在接合壳体9中完成的组装包括将温差电偶10和20的第一类型的接合点13和23组装在一起，并且将探测器件30和40的第二类型的接合点34和44组装在一起，然后将这两个电极连接到接合壳体9的输出端。

然后，完成温差电偶10和20的第二类型的接合点14和24以及温差电偶30和40的第一类型的接合点33和43的等电位连接56，从而形成两个网格57和58的串联连接，网格57包括并联联接的温差电偶10和20，并且网格58包括并联联接的温差电偶30和40。

计算机7连接到接合壳体9的端子，并将测量的电压U转换成涡轮间部段8与接合壳体9之间的温度差，接合壳体9的温度由温度探测器件评估。

然后，计算机7通过将热焊接点与冷焊接点之间的温度差加到冷焊接点的温度来确立涡轮间气体温度。

在温度测量装置的形式中的一种形式中，探测器件(例如探测器件1)对于每个套管(对于探测器件1来说为套管12)包括两个温差电偶(对于探测器件1来说为温差电偶10、11)，从而允许获得两个温度测量路径。

探测器件在涡轮中的集成

参考图2，用于将温差电偶探测器件布置在涡轮螺旋桨发动机的平面上的不同的解决方案适合于实现温度测量装置。

第一解决方案包括彼此成90°地设置在圆上的4个温差电偶探测器件100、200、300、400。

第二解决方案包括彼此成60°地设置在圆上的6个温差电偶探测器件100、200、300、400、500、600。

另一解决方案包括彼此成45°地设置在圆上的8个温差电偶探测器件100、200、300、400、500、600、700、800。

具有4个双温差电偶探测器件的组件

温度测量装置的一个实施例包括组装4个双温差电偶探测器件以形成两个测量路径。

因此，每个测量路径包括如下组件，该组件包括来自每个双探测器件的一个温差电偶，根据包括串联连接的两个网格(该网格包括并联组装的两个温差电偶)的电路对一个路径的温差电偶进行电气组装。

参考图3，在所采用的包括4个温差电偶100、200、300和400的解决方案的范围内，温度测量装置的一个实施例包括用于两个测量路径A和B的两种不同的布线。路径A例如包括串联联接的两个网格57a和58a，第一网格57a由并联组装的温差电偶10和30组成，并且第二网格58a由并联组装的温差电偶20和40组成。路径B就其自身而言包括串联联接的两个网格57b和58b，第一网格57b由并联组装的温差电偶11和21组成，并且第二网格58b由并联组装的温差电偶31和41组成。

每个测量路径彼此独立地连接到计算机，因此计算机测量每个测量路径的电压Ua(路径A)和Ub(路径B)，因为组成测量路径A和B的温差电偶被设置在相同的方位角处，所以在正常工作的情况下电压Ua和Ub是一致的。

参考图4，该实施例确保在探测器件劣化的情况下，信息和精确度在两个测量路径上不会同时损失。例如在探测器件100损失的情况下，温差电偶10和11被认为是路径A和B上的电路的开路，这不会导致精确度的显著损失。提供给计算机7的电压U保持在相同的数量级内，即两个温差电偶的电动势之和。

参考图5，在第二探测器件劣化的情况下，路径中的一个路径保持工作。在该示例中，探测器件200也被损坏。温差电偶20和21被认为是温差电偶20和21的相应的测量路径的开路。信息在路径B中丢失，但是在路径A中保持可用并且具有相同的数量级，即温差电偶30和40的电动势之和。

除了提高组件的端子处的测量电压U之外，这种类型的结构允许在发生简单或双重故障的情况下保持至少一个路径上的测量值的可用性，并且允许在路径中的一个路径损失的情况下检测异常。

具有5个双温差电偶探测器件的组件

参考图6和图7，可以以两种不同的方式完成5个双温差电偶探测器件的组装。

如图6所示，温度测量装置的一个实施例有利于提高测量电压U。在路径A中，探测器件被布线以完成由三个网格的串联连接构成的组装，第一网格57a由并联组装的温差电偶10和40构成，第二网格58a由并联组装的温差电偶20和50构成，并且第三网格59a包括温差电偶30。在路径B中，探测器件被布线以完成由三个网格的串联连接构成的组装，第一网格57b由并联组装的温差电偶11和21构成，第二网格58b由并联组装的温差电偶31和51构成，并且第三网格59b包括温差电偶41。

除了提高测量电压U之外，该实施例还允许在发生简单故障或双重故障的情况下保持路径中的至少一个路径上的测量，如果探测器件300或400损坏，还允许通过路径中的一个路径的损失来检测异常。

如图7所示，温度测量装置的另一实施例有利于测量系统的可用性。在路径A中，探测器件被布线以完成由两个网格的串联连接构成的组装，第一网格57a由并联组装的探测器件10、30和50构成，第二网格58a由并联组装的探测器件20和40构成。在路径B中，探测器件被布线以完成由两个网格的串联连接构成的组装，第一网格57b由并联组装的探测器件11、21和31构成，第二网格58b由并联组装的探测器件41和51构成。

该实施例允许即使在发生三重故障的情况下也能保证测量路径中的至少一个测量路径的工作。探测器件200和400的劣化使得路径A不能工作并显示故障，正如探测器件400和500的劣化使得路径B不能工作从而能够检测到故障。

具有6个双温差电偶探测器件的组件

参考图8，温度测量装置的一个实施例包括6个双温差电偶探测器件，这6个双温差电偶探测器件的组件有利于可用性不利于故障检测和提高测量电压。

路径A包括串联连接的两个网格，第一网格57a由并联组装的温差电偶10、30和50构成，并且第二网格58a由并联组装的温差电偶20、40和60构成。路径B包括串联连接的两个网格，第一网格57b由并联组装的温差电偶11、21和31构成，并且第二网格58b由并联组装的温差电偶41、51和61构成。

参考图9，温度测量装置的一个实施例包括6个双温差电偶探测器件，这6个双温差电偶探测器件的组件有利于提高测量电压U并有利于故障检测，双重故障能够导致路径中的一个路径的损失。

路径A包括串联连接的三个网格，第一网格57a由并联组装的温差电偶10和40构成，第二网格58a由并联组装的温差电偶20和50构成，并且第三网格59a由并联组装的温差电偶30和60构成。路径B包括串联连接的三个网格，第一网格57b由并联组装的温差电偶11和21构成，第二网格58b由并联组装的温差电偶31和41构成，并且第三网格59b由并联组装的温差电偶51和61构成。

参考图10，温度测量装置的一个实施例包括在温度测量装置的路径A中的有利于可用性的组件以及在温度测量装置的路径B中的有利于故障检测和测量电压U的组件。因此，路径A包括串联连接的两个网格，第一网格57a由并联安装的温差电偶10、30和50构成，并且第二网格57b由并联安装的温差电偶20、40和60构成。路径B包括串联连接的三个网格，第一网格57b由并联组装的温差电偶11和41构成，第二网格58b由并联组装的温差电偶21和51构成，并且第三网格59b由并联组装的温差电偶31和61构成。

参考图11，示出了对应于包括6个温差电偶探测器件100、200、300、400、500、600的组件的安装示意图。

探测器件被安装在涡轮间部段8中并且连接到接合壳体9。

探测器件在涡轮间部段8的处于与气体循环方向垂直的同一平面中的壁处、在涡轮间部段8的周界上被集成到涡轮间部段8中。

温差电偶10包括第一类型的接合点13，即热电偶的第一类型的导体与电气接口导体的引线16之间的焊接点；热电偶的第二类型的导体与电气连接导体的另一引线17之间的第二类型的接合点14；以及在热电偶的导体的接触点处的热焊接点15。

第一类型的接合点和第二类型的接合点以及温差电偶的冷焊接点全部位于接合壳体9中。

温差电偶10、20、30、40、50和60的串联联接和并联联接通过铜连接线55在接合壳体9中来完成。

在接合壳体9中完成的组装包括将温差电偶10、30和50的第一类型的接合点13、33、53组装在一起，并且将探测器件20、40和60的第二类型的接合点24、44和64组装在一起，然后将这两个电极连接到接合壳体9的输出端。

然后，完成温差电偶10、30和50的第二类型的接合点14、34和54以及温差电偶20、40和60的第一类型的接合点23、43和63的等电位连接56，从而形成两个网格57和58的串联连接，网格57包括并联联接的温差电偶10、30和50，并且网格58包括并联联接的温差电偶20、40和60。

计算机7连接到接合壳体9的端子，并将测量的电压U转换成涡轮间部段8与接合壳体9之间的温度差，接合壳体9的温度由温度探测器件评估。

参考图12，系统的最小配置包括三个双温差电偶探测器件。

两个测量路径A和B各自包括串联组装的两个网格57和58以满足提高输出电压电平的标准。

网格57包括并联组装的两个温差电偶以满足系统可用性的标准，并且网格58包括一个温差电偶以满足故障检测的标准。

在路径A中，网格57a包括探测器件1和2的温差电偶10和20，网格58a包括探测器件3的温差电偶30。

在路径B中，网格57b包括探测器件1和3的温差电偶11和31，网格58b包括探测器件2的温差电偶21。

探测器件根据测量路径在不同网格中的这种联接使得能够满足系统可靠性的标准，探测器件的损失导致单个测量路径的损失，第二测量路径保持起作用。

在未详细讨论的实施例中，通过集成包括不同数量的温差电偶的探测器件，可以实现不同数量的测量路径。

Claims (9)

1.温度测量装置，所述温度测量装置包括：至少三个温度探测器件(100，200，300)；计算机(7)，所述计算机(7)被配置成基于所述探测器件的输出端的电压(U)测量值来估计温度，其特征在于，所述探测器件在串联组装的多个网格(57，58)中彼此连接，至少一个网格(57)包括并联组装的至少两个探测器件(100，200)，并且至少一个其他网格(58)包括另一探测器件(300)或并联组装的多个其他探测器件。

2.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，至少一个温度探测器件(100)是温差电偶(10)。

3.根据权利要求1或2所述的温度测量装置，其特征在于，至少一个探测器件(100，200，300)包括多个温差电偶(10，11，20，21，30，31)。

4.根据权利要求2或3所述的温度测量装置，其特征在于，串联的两个网格(57，58)各自包括至少一个温差电偶，所述网格的两个温差电偶(10，30)被串联组装，并且连接导体(17)与第一温差电偶(10)的热电偶的第一类型的导体之间的冷焊接点(14)以等电位的方式连接到连接导体(36)与另一温差电偶(30)的热电偶的第二类型的导体之间的另一冷焊接点(33)，以便将所述两个温差电偶的电动势相加。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的温度测量装置，其特征在于，所述温度测量装置包括并联组装的至少两个温差电偶(10，20)，并且所述两个温差电偶的热电偶的相同类型的导体上的冷焊接点(13)以等电位的方式连接，因此所述两个温差电偶(10，20)具有相同的电位差。

6.根据权利要求4或5所述的温度测量装置，其特征在于，不同网格的温差电偶(10，20，30)的冷焊接点(16，17，26，27，36，37)被包含在等温连接壳体(9)中。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的温度测量装置，其特征在于，所述温度测量装置包括多个探测器件(100，200，300)，每个探测器件包括至少两个温差电偶(10，11，20，21，30，31)，不同探测器件的温差电偶彼此连接以限定两个测量路径(A，B)，每个测量路径(A，B)包括串联组装的多个网格(57b，58b)，其中

i.至少一个网格(57b)包括并联组装的至少两个探测器件(11，31)，并且

ii.至少一个其他网格(58b)包括一个探测器件(21)或并联组装的多个探测器件，

所述路径的布线被配置成使得至少一个探测器件(100，200，300)包括在一个路径(A)上的第一网格(57a)中组装的温差电偶(10，20，30)和在另一路径(B)上的第二网格(58b)中组装的第二温差电偶(11，21，31)。

8.工业机器，所述工业机器包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的温度测量装置。

9.涡轮发动机，特别是涡轮螺旋桨发动机，所述涡轮发动机包括至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的温度测量装置。