黄开放 张卓立 董伟超 孙瑜
中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089
摘要：某型总温传感器用于实时测量飞机飞行时的大气总温参数，同时输出两路总温信号，为发动机控制提供大气总温输入参数。本文针对某型总温传感器在飞机大机动状态下两组敏感元件动态性能不一致的问题进行分析，通过研究传感器动态性能一致性影响因素，提出改进优化措施，提高某型总温传感器动态性能一致性。
关键词：总温传感器；总温；敏感元件；动态性能
中图分类号：TH863 文献标识码：A 文章编号：
Research on Improvement of Consistency of Dynamic Performance of a Certain Total Temperature Sensor
HUANG Kaifang ZHANG Zhuoli DONG Weichao SUN Yu
(Chinese Flight Test Establishment, Xi’an 710089, China)
Abstract: A certain type of total temperature sensor is used to measure the total atmospheric temperature parameters of the aircraft in real time, Simultaneous output of two total temperature signals, Provides total atmospheric temperature parameters for engine control. This paper analyzes the inconsistency of the dynamic performance of two types of sensitive elements of a certain type of total temperature sensor under the aircraft’s, By studying the influencing factors of sensor dynamic performance consistency, Propose improvement and optimization measures, improve the consistency of dynamic performance of a certain type of total temperature sensor.
Key words: Total Temperature Sensor，Total Temperature，Sensitive element ，Dynamic performance
0引言
总温传感器主要用于实时测量飞机飞行时的大气总温参数，同时输出两路总温信号，应用于发动机控制和大气数据解算，近年来部分型号飞机也将总温信号用于环境温度监测，以确定某类设备是否需要预热。某型总温传感器由两组敏感元件组成，一组敏感元件感受的大气总温测量结果输入大气数据计算机，另一组敏感元件感受的大气总温测量结果输入机头压力解算器。某型总温传感[作者简介：黄开放（1991.4-），男，西安市，本科，助理工程师，主要从事机载传感器设计。]
器两组敏感元件同时使用时，要求两组
敏感元件具有较好的测温一致性。飞机在高机动飞行状态下，同一时刻两组敏感元件输出的总温值出现较大的偏差，最大时相差约6℃，会导致发动机报警，两组敏感元件输出总温变化曲线如图1
所示。
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图1 总温测量数据图
本文根据故障现象并结合某型总温传感器测温原理，研究传感器动态性能一致性影响因素，提出改进优化措施，提高某型总温传感器动态一致性。
1结构及原理
某型总温传感器主要由壳体、敏感部组件、电连接器三部分组成，如图1所示。敏感部组件由两个敏感元件组成，如图2所示。气流经总温传感器阻滞腔入口流入，经过阻滞腔阻滞作用后，流经敏感元件内孔和外表面，在此过程中，热量通过对流、辐射、导热等形式与敏感元件进行交换，温度平衡后，由温度敏感元件转换为与温度对应的电阻变化信号。
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2影响因素分析
动态响应特性用时间常数τ来衡量，定义为测温点温度达到63.2%气流温度阶跃函数变化值的时间，对阶跃温度的响应如公式1所示。
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式中：
T———指示温度；
T0———(测温点)初始温度；
Tj———阶跃温度；
t——对阶跃温度的响应时间；
τ——时间常数。
当t=τ时，则有：=0.632（Tj-T0），即时间常数是指示温度Tj与初始温度T0之差达到温度阶跃（Tj-T0）的63.2%所需的时间。
根据牛顿冷却公式，对流热传递的热量与温差、对流换热系数、面积成正比，为提高热量交换能力，需增大换热面积、提高对流换热系数。结合总温传感器相关研究理论，一定工况条件下，总温传感器时间常数影响因素如公式2所示。
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式中：
τ——时间常数；
m——敏感元件质量
c——比热（取决于敏感元件材料）；
F——敏感元件换热面积；
α——对流热换系数。
由公式2可知，时间常数τ与m、c、F及对流换热系数α有关，m、c、F由敏感元件材料、结构尺寸决定，两组敏感元件为同批次产品，敏感元件材料、尺寸规格、生产工艺均相同，因此，对流换热系数α是影响两组敏感元件动态性能差异的主要因素。由传热理论可知，对流换热系数主要取决于流过敏感元件的气流速度，气流速度小，对流换热系数低；相反，对流换热系数大。两组敏感元件的结构设计、材料、工艺完全相同，理论状态下，两组敏感元件动态响应性能应一致。
3分析排查
为排除敏感元件输出值之间存在固有差异，将某总温传感器在0℃、100℃条件下进行了温度特性校准，如表1所示，校准结果满足产品测量精度要求，两组敏感件静态测量数据一致。
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由上述分析结果可知，流速是影响对流换热系数的主要因素，由敏感元件结构分析，引起流经敏感元件的气流速度不一致的原因主要包括敏感元件的气流通道产生堵塞或气流通道孔径有较大变化。
对某型总温传感器故障件进行了解剖，两组敏感元件外观均未见异常，如图3所示。由于敏感元件内孔较深，直观无法看到内部结构。进一步进行了拆解，拆解后发现第2组敏感元件内孔被焊料堵塞，第1组敏感元件内孔如图4所示，第2组敏感元件内孔如图5所示。
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经进一步分析，敏感元件内孔堵塞的原因是焊接过程中银钎焊料堆积过多导致敏感元件内孔堵塞。当第2组敏感元件内孔堵塞时，内部气流速度为零，内孔对流换热系数几乎为零，导致其动态响应速度减慢，因此，造成同一时刻测量温度滞后。
4改进措施及验证
经上述分析，敏感元件内孔堵塞是造成动态响应性能差异的主要因素，堵塞发生在焊接环节。针对焊接工艺进行了整改，敏感元件焊接时，在敏感元件内孔待焊接部位涂适量阻流剂，在焊接过程中，焊料无法流入内孔，取得了较好的效果，如图6所示。焊接后，用相同形状的芯棒可穿过。
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图6 改进后敏感元件焊接效果
将改进后的敏感元件进行了动态性能测试，随机抽取2台产品进行了测试，编号为203、213，在室温条件下（约25℃）稳定30min，对两组敏感元件同时施加80℃的热气流作为阶跃信号，用200Hz的数据采集器连续记录温度变化过程，试验结果如图7、图8所示。203号敏感部组件两组敏感元件相差约1.2℃，213号敏感部组件两组敏感元件相差约-1.1℃。
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5结束语
通过分析发现，某型总温传感器内部敏感元件主要通过其内孔和外表面与气流进行对流换热，敏感元件内孔堵塞是引起某型总温传感器两组敏感元件动态响应性能差异的主要因素。在产品生产过程中，通过涂阻流剂和增加检验的措施有效预防了敏感元件内孔堵塞的问题，减小了两组敏感元件之间的动态响应性能差异，达到了使用要求。
参考文献
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