CN117309190A - 采用燃气加热的示温涂料标定系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度标定技术领域，提供一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，包括：依次连通的加热器、燃烧装置和标定装置，所述加热器用于加热空气，所述燃烧装置用于将加热后的空气和燃料混合燃烧，生成高温燃气，所述标定装置内设有标定板，所述标定板的法向与所述高温燃气的流动方向垂直，所述标定板用于对涂覆于其上的示温涂料进行标定。上述的采用燃气加热的示温涂料标定系统，通过设置加热器、燃烧装置和标定装置，采用燃烧后形成的高温燃气作为加热介质，并模拟实际燃烧室内的强制对流换热来加热标定板，能够有效降低因标定方式与实际情况不同而带来的标定误差，提高了标定的准确率。

Description

采用燃气加热的示温涂料标定系统

技术领域

本发明涉及温度标定技术领域，尤其涉及一种采用燃气加热的示温涂料标定系统。

背景技术

示温涂料是一类利用材料颜色变化来显示物体表面温度的特种功能涂料，也称之为热致变色涂料、温度敏感涂料等，其特点是易于应用，施工喷涂简单方便，不会损坏测量组件，能够将测量组件的表面温度数据以图像的方式表现出来，尤其在常规测温工具难以涵盖的场景，如复合材料、构件、旋转零件和大面积表面等方面表现出色。即便在恶劣环境下，这种方法也同样可靠，且不会干扰被测物体的性质。通过实现连续温度分布测量，采用直观的色彩变化呈现结果，易于解读和长期存储。常用于航空航天、发动机设计等温度监测预警等领域。

示温涂料按变色方式可分为可逆变色和不可逆变色，按变色次数可分为单变色和多变色。可逆变色指在一定的温度范围内，材料到达变色温度后发生颜色转变，当温度下降至室温时，材料恢复至原来的颜色；不可逆变色指材料随温度变化而变化，但温度恢复后材料的颜色不再发生改变。

示温涂料标准样片标定是示温涂料应用测量过程中最为重要也是极为困难的部分。它是示温涂料温度判读的基础和依据，直接关系到示温涂料温度测量的精度和可靠性。一般来说，标定方法分有两大类，基于颜色空间的标定方法和基于等温线的标定方法。

目前现有示温涂料标定方法基本上采用电加热辐射加温或空气对流辅助加热的方法，无法模拟实际燃烧室环境中燃烧后形成的高温燃气组分，未过多考虑实际燃气高温组分对于示温涂料的冲刷效应，同时也无法模拟实际燃烧环境中的强制对流加热效果，很可能导致制作的标准样片和经过高温炙烤后的变色试验件比对时出现误差。基于此，提供一种能够适配高温燃气组分强制对流换热加热的标定装置至关重要。

发明内容

本发明提供一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，用以解决现有技术中示温涂料标定系统因标定方式与实际情况不同而带来的标定误差的缺陷。

本发明提供一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，包括：依次连通的加热器、燃烧装置和标定装置，所述加热器用于加热空气，所述燃烧装置用于将加热后的空气和燃料混合燃烧，生成高温燃气，所述标定装置内设有标定板，所述标定板的法向与所述高温燃气的流动方向垂直，所述标定板用于对涂覆于其上的示温涂料进行标定。

根据本发明提供的一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，还包括匀流装置，所述匀流装置设置于所述燃烧装置与所述标定装置之间，所述匀流装置内设有格栅，所述格栅用于将所述匀流装置内的空间分隔为多个水平流道。

根据本发明提供的一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，所述标定装置包括连通的第一标定段和第二标定段，所述第一标定段内设有第一标定板，所述第一标定段为基于颜色空间的标定方法的标定空间；所述第二标定段内设有第二标定板，所述第二标定板的一端延伸至所述第一标定段内，所述第二标定段为基于等温线的标定方法的标定空间。

根据本发明提供的一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，所述第一标定段相对设置的至少一对第一侧壁沿所述第一侧壁的长度的延伸方向形成渐缩结构。

根据本发明提供的一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，所述第二标定段相对设置的至少一对第二侧壁沿所述第二侧壁的长度的延伸方向形成渐扩结构。

根据本发明提供的一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，还包括：光学窗口和多个温度检测装置，所述光学窗口设于所述标定装置；多个所述温度检测装置的部分设置于所述标定板，以检测所述标定板的温度数据，剩余部分设置于所述标定装置外，且邻近所述光学窗口，以透过所述光学窗口对所述标定板的温度场进行检测。

根据本发明提供的一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，多个所述温度检测装置包括红外热像仪，所述红外热像仪设置于所述标定装置外，且靠近所述光学窗口，所述红外热像仪用于检测所述标定板的温度场。

根据本发明提供的一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，多个所述温度检测装置还包括多个热电偶温度检测仪，多个所述热电偶温度检测仪设置于所述标定板上，所述热电偶温度检测仪用于检测所述标定板的温度数据。

根据本发明提供的一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，还包括控制器，所述控制器与所述红外热像仪和所述热电偶温度检测仪电性连接，所述控制器用于基于所述热电偶温度检测仪检测的温度数据和所述标定板上示温涂料的辐射率得到所述标定板的多点实际温度数据，并基于所述多点实际温度数据对所述红外热像仪检测到的温度场进行修正，得到标定板的实际温度场。

根据本发明提供的一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，还包括收集装置，所述收集装置与所述标定装置连接。

本发明提供的采用燃气加热的示温涂料标定系统，通过设置加热器、燃烧装置和标定装置，采用燃烧后形成的高温燃气作为加热介质，并模拟实际燃烧室内的强制对流换热来加热标定板，能够有效降低因标定方式与实际情况不同而带来的标定误差，提高了标定的准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的采用燃气加热的示温涂料标定系统的结构示意图；

附图标记：

10：加热器；20：燃烧室；21：燃料罐；30：标定装置；31：第一标定段；32：第二标定段；40：匀流装置；51：红外热像仪；52：热电偶温度检测仪；60：光学窗口；70：收集装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1描述本发明的采用燃气加热的示温涂料标定系统。

如图1所示，本发明实施例提供了一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，包括：加热器10、燃烧装置和标定装置30，加热器10用于加热空气，燃烧装置用于将加热后的空气和燃料混合燃烧，生产高温燃气。标定装置30内设有标定板，标定板的法向与高温燃气的流动方向垂直，标定板用于对涂覆于其上的示温涂料进行标定。

具体来说，加热器10用于加热空气，在空气达到合适的温度时以便在燃烧装置内和燃料混合点火燃烧，燃烧后产生大量高温燃气。标定板上涂有示温涂料，标定板放置于标定装置30内，标定装置30为标定板变色标定区域。标定板的法向与高温燃气的流动方向垂直，以使高温燃气进入标定装置30内后，高温燃气在标定装置30内发生强制对流换热，致使标定板上的示温涂料遇热发生颜色转变，进而对示温涂料进行标定。

在本发明的实施例中，燃烧装置内产生的高温燃气的组分可与实际航空发动机燃烧室内的高温燃气的组分一样，进而模拟航空发动机燃烧室内的高温燃气。进一步地，在本发明的实施例中，还可以通过相应的控制方式调控高温燃气的组分和温度。具体地，控制加热器10以恒定的功率加热，在保证燃料稳定喷射的情况下，控制进入加热器10内的空气的流量，进而使燃料和空气的混合物中空气的比例不同，燃烧产生的高温燃气的温度也会有所不同，进而得到不同温度下高温燃气的流场分布。

需要说明的是：在本发明的实施例中，高温燃气指温度大于或等于150℃的燃气。

本发明实施例提供的采用燃气加热的示温涂料标定系统，通过设置加热器、燃烧装置和标定装置，采用燃烧后形成的高温燃气作为加热介质，并模拟实际燃烧室内的强制对流换热来加热标定板，能够有效降低因标定方式与实际情况不同而带来的标定误差，提高了标定的准确率。

进一步地，在本发明的实施例中，燃烧装置包括：燃烧室20和燃料罐21。燃料罐21与燃烧室20连接，燃烧室20与加热器10和标定装置30连通。燃料罐21用于存储燃料，可选地，在本发明的实施例中，燃料可以为航空煤油、柴油以及天然气。空气和燃料在燃烧室20内混合燃烧生成高温燃气。

如图1所示，在本发明的实施例中，采用燃气加热的示温涂料标定系统还包括匀流装置40，匀流装置40设置于燃烧装置与标定装置30之间，匀流装置40内设有格栅，格栅用于将匀流装置40内的空间分隔为多个水平流道。

具体来说，在本实施例中，格栅的多个栅片平行设置，每个栅片均为水平设置，从而将匀流装置40内的空间分隔为多个水平流道，高温燃气进入匀流装置40后进行分层疏导，实现高温燃气温度场和速度场的均匀化，确保标定板受热均匀。

如图1所示，在本发明的实施例中，标定装置30包括连通的第一标定段31和第二标定段32。第一标定段31内设有第一标定板，第一标定段为基于颜色空间的标定方法的标定空间；第二标定段32内设有第二标定板，第二标定板的一端延伸至第一标定段31内，第二标定段为基于等温线的标定方法的标定空间。

具体来说，高温燃气经过匀流装置40后进入第一标定段，此时高温燃气的状态较为稳定，温度波动不大，故第一标定段可以作为基于颜色空间的标定方法的标定空间。在本实施例中，第一标定板为块状结构，第一标定板的安装方向与高温燃气的流动方向一致，即第一标定板厚度所在的平面朝向来流。高温燃气由第一标定段31进入第二标定段32后，流场内温度会随着气流不断流动而开始下降，呈现由高到低分布，故此区域可以作为基于等温线的标定方法的标定空间，其中，第二标定板为条形标定板，第二标定板的长度的延伸方向与第二标定段32的长度的延伸方向一致。

进一步地，在本发明的实施例中，第一标定段31相对设置的至少一对第一侧壁沿第一侧壁的长度的延伸方向形成渐缩结构，第二标定段32相对设置的至少一对第二侧壁沿第二侧壁的长度的延伸方向形成渐扩结构。

具体来说，第一标定段31包括两对相对设置的第一侧壁，两对第一侧壁中的至少一对第一侧壁沿其自身的长度的延伸方向形成渐缩结构。当第一标定段31为两端宽度相等的区域时，高温燃气流经第一标定段31的第一端时温度较高，流经第二端时温度较低，会出现第一标定段31两端温度不相等的情况。而由于渐缩结构的存在，温度高的位置宽度尺寸大，即空间尺寸大，会降低温度；而温度低的位置宽度尺寸小，即空间尺寸小，会升高温度，进而使第一标定段31两端的温度波动不大，可以作为基于颜色空间的标定方法的标定空间。

而在第二标定段32，第二标定段32也包括两对相对设置的第二侧壁，两对第二侧壁中的至少一对第二侧壁沿其自身的长度的延伸方向形成渐扩结构。空间尺寸大的一端位于标定装置30的末端，高温燃气流动至此端时温度会明显下降，进而在第二标定段32呈现出由高到低的外扩形分布，故此区域可以作为基于等温线的标定方法的标定空间。

如图1所示，在本发明的实施例中，采用燃气加热的示温涂料标定系统还包括：光学窗口60和多个温度检测装置。光学窗口60设置于标定装置30，多个温度检测装置的部分设置于标定板，以检测标定板的温度数据，温度检测装置的剩余部分设置于标定装置30外，且邻近光学窗口60，以透过光学窗口60对标定板的温度场进行检测。

具体来说，在本实施例中，标定装置30的第一标定段31和第二标定段32均设有光学窗口60。多个温度检测装置包括红外热像仪51，红外热像仪51设置于标定装置30外，且靠近光学窗口60，以透过光学窗口60对标定板的温度场进行检测。

具体地，红外热像仪51透过光学窗口60对标定板的温度场进行检测，考虑到光学窗口透射率的影响，红外热像仪51所检测到的温度场可能会存在一定误差，就需要设置其他的温度检测装置来对温度场进行修正。

具体地，多个温度检测装置还包括多个热电偶温度检测仪52，多个热电偶温度检测仪52设置于标定板上，热电偶温度检测仪52用于检测标定板的温度数据。

具体来说，在本实施例中，第一标定板为块状结构，设置有至少一个热电偶温度检测仪52，而第二标定板为条形结构，设置有多个热电偶温度检测仪52。热电偶温度检测仪52用于检测标定板的多点温度数据。

在本发明的实施例中，采用燃气加热的示温涂料标定系统还包括控制器，控制器与红外热像仪51和热电偶温度检测仪52电性连接，控制器用于基于热电偶温度检测仪检测的温度数据和标定板上示温涂料的辐射率得到标定板的多点实际温度数据，并基于多点实际温度数据对红外热像仪51检测到的温度场进行修正，得到标定板的实际温度场。

具体来说，由于红外热像仪51设置于标定装置30外，考虑到光学窗口60的透射率的影响，红外热像仪51检测到的温度场可能存在一定偏差，故在本实施例中，设置多个热电偶温度检测仪52以对标定板上的各点温度进行检测，控制器基于标定板的温度数据以及示温涂料的辐射率得到标定板的各点实际温度，然后将各点实际温度与红外热像仪51检测到的温度场进行对比，即可对红外热像仪51检测到的温度场进行修正，得到标定板的实际温度场。

本发明实施例提供的采用燃气加热的示温涂料标定系统，通过设置红外热像仪、多个热电偶温度检测仪和控制器，可根据热电偶温度检测仪检测的多点温度数据，结合标定板上示温涂料的辐射率得到多点实际温度数据，进而将该多点实际温度数据与红外热像仪检测到的温度场进行对比，并对温度场进行修正，进而得到了标定板的实际温度场，可获得标定板的二维温度云图，而非单一的温度数据，增强了标定板的适用性。

如图1所示，在本发明的实施例中，采用燃气加热的示温涂料标定系统还包括收集装置70，收集装置70与标定装置30连接。具体来说，收集装置70用来收集处理标定后的燃气废弃。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种采用燃气加热的示温涂料标定系统，其特征在于，包括：依次连通的加热器、燃烧装置和标定装置，所述加热器用于加热空气，所述燃烧装置用于将加热后的空气和燃料混合燃烧，生成高温燃气，所述标定装置内设有标定板，所述标定板的法向与所述高温燃气的流动方向垂直，所述标定板用于对涂覆于其上的示温涂料进行标定。

2.根据权利要求1所述的采用燃气加热的示温涂料标定系统，其特征在于，还包括匀流装置，所述匀流装置设置于所述燃烧装置与所述标定装置之间，所述匀流装置内设有格栅，所述格栅用于将所述匀流装置内的空间分隔为多个水平流道。

3.根据权利要求1所述的采用燃气加热的示温涂料标定系统，其特征在于，所述标定装置包括连通的第一标定段和第二标定段，所述第一标定段内设有第一标定板，所述第一标定段为基于颜色空间的标定方法的标定空间；

所述第二标定段内设有第二标定板，所述第二标定板的一端延伸至所述第一标定段内，所述第二标定段为基于等温线的标定方法的标定空间。

4.根据权利要求3所述的采用燃气加热的示温涂料标定系统，其特征在于，所述第一标定段相对设置的至少一对第一侧壁沿所述第一侧壁的长度的延伸方向形成渐缩结构。

5.根据权利要求3或4所述的采用燃气加热的示温涂料标定系统，其特征在于，所述第二标定段相对设置的至少一对第二侧壁沿所述第二侧壁的长度的延伸方向形成渐扩结构。

6.根据权利要求1所述的采用燃气加热的示温涂料标定系统，其特征在于，还包括：光学窗口和多个温度检测装置，所述光学窗口设于所述标定装置；

多个所述温度检测装置的部分设置于所述标定板，以检测所述标定板的温度数据，剩余部分设置于所述标定装置外，且邻近所述光学窗口，以透过所述光学窗口对所述标定板的温度场进行检测。

7.根据权利要求6所述的采用燃气加热的示温涂料标定系统，其特征在于，多个所述温度检测装置包括红外热像仪，所述红外热像仪设置于所述标定装置外，且靠近所述光学窗口，所述红外热像仪用于检测所述标定板的温度场。

8.根据权利要求7所述的采用燃气加热的示温涂料标定系统，其特征在于，多个所述温度检测装置还包括多个热电偶温度检测仪，多个所述热电偶温度检测仪设置于所述标定板上，所述热电偶温度检测仪用于检测所述标定板的温度数据。

9.根据权利要求8所述的采用燃气加热的示温涂料标定系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述红外热像仪和所述热电偶温度检测仪电性连接，所述控制器用于基于所述热电偶温度检测仪检测的温度数据和所述标定板上示温涂料的辐射率得到所述标定板的多点实际温度数据，并基于所述多点实际温度数据对所述红外热像仪检测到的温度场进行修正，得到标定板的实际温度场。

10.根据权利要求1所述的采用燃气加热的示温涂料标定系统，其特征在于，还包括收集装置，所述收集装置与所述标定装置连接。