航空發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器故障分析

摘 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制中，溫度是反映航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的重要參數(shù)，因此航空發(fā)動(dòng)機(jī)溫度參數(shù)的有效性關(guān)乎發(fā)動(dòng)機(jī)的有效控制、狀態(tài)監(jiān)控、安全可靠以及維護(hù)性。航空發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器的工作環(huán)境較為惡劣，控制系統(tǒng)中溫度傳感器故障占到了很大的比例。電阻式溫度傳感器和熱電偶溫度傳感器是常用的兩種航空發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器，本文將對(duì)這兩種溫度傳感器的故障模式、現(xiàn)象及原因進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)；溫度傳感器；故障分析

1 引言

電阻式溫度傳感器一般采用Pt100電阻作為感溫元件，熱電偶溫度傳感器一般采用K型熱電偶作為感溫元件。電阻式測(cè)溫元件的有點(diǎn)主要包括：精確度高；靈敏度高；穩(wěn)定性好。當(dāng)處于較低溫度區(qū)間時(shí)，其特點(diǎn)就更為突出。電阻式測(cè)溫元件的缺點(diǎn)也是明顯的，它的測(cè)溫區(qū)間并不包含高溫區(qū)，因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域電阻式溫度傳感器被用于中、低溫區(qū)的測(cè)量。熱電偶溫度傳感器在高溫環(huán)境中其化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定因此常用于高溫區(qū)測(cè)量。

2 Pt100溫度傳感器故障分析

Pt100感溫元件故障模式可以分為：階躍故障、漂移故障、斷路故障、脈沖故障。

Pt100感溫元件出現(xiàn)階躍故障時(shí)，其故障現(xiàn)象一般為溫度傳感器輸出溫度與實(shí)際溫度之間存在一定的偏差，且偏差的變化范圍不大。造成階躍故障的原因?yàn)椋?/p>

1）探頭保護(hù)管套損壞后，顆粒物撞擊鉑絲，在長時(shí)間的外力作用下鉑絲產(chǎn)生塑性形變。當(dāng)塑性形變讓鉑絲線圈之間出現(xiàn)接觸時(shí)會(huì)造成鉑絲的阻值下降導(dǎo)致測(cè)量值偏低。當(dāng)塑性形變導(dǎo)致鉑絲的等效截面積減小，但鉑絲線圈之間無接觸時(shí)，鉑絲的電阻會(huì)增加導(dǎo)致測(cè)量值偏高；

2）在強(qiáng)振動(dòng)的工作環(huán)境中，鉑絲相鄰線圈之間接觸形成局部短路，造成鉑絲的阻值下降導(dǎo)致測(cè)量值偏低；

3）保護(hù)管套損壞后水蒸氣進(jìn)入造成鉑絲之間局部短路，此時(shí)測(cè)量值會(huì)偏低；

4）用于制造感溫元件的鉑絲在燒制過程中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力沒有完全消退時(shí)，會(huì)導(dǎo)致阻值不穩(wěn)定，測(cè)溫出現(xiàn)偏差。

Pt100感溫元件出現(xiàn)漂移故障時(shí)，其故障現(xiàn)象一般為溫度傳感器輸出溫度與實(shí)際溫度之間存在隨溫度或時(shí)間變化的偏差。造成漂移故障的原因?yàn)椋?/p>

1）保護(hù)管套損壞，水蒸汽與鉑絲相接處，造成鉑絲變脆，且鉑絲電阻隨溫度變化的關(guān)系也將改變，從而引起測(cè)量值的漂移；

2）在溫度變化時(shí)，由于鉑絲與其固定骨架材料的膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致鉑絲受到擠壓，造成鉑絲橫截面積變小電阻增大測(cè)量值出現(xiàn)漂移。

Pt100感溫元件出現(xiàn)脈沖故障時(shí)，其故障現(xiàn)象一般為被測(cè)環(huán)境溫度變化平緩時(shí)測(cè)量值出現(xiàn)短時(shí)的快速上升并快速的下降。造成脈沖故障的原因?yàn)椋恒K絲出現(xiàn)龜裂，但封裝較為嚴(yán)密讓鉑絲沒有分離，在振動(dòng)劇烈時(shí)龜裂處出現(xiàn)開口的變化導(dǎo)致鉑絲阻值快速變化，從而使測(cè)量值快速上升并下降。

Pt100感溫元件出現(xiàn)斷路故障時(shí)，其故障現(xiàn)象一般為Pt100的阻值極大，在保護(hù)電路的作用下溫度傳感器示數(shù)不隨溫度場(chǎng)的變化而變化，且恒定為0。造成故障的原因?yàn)椋?/p>

1）位于探頭頂端的鉑絲一般無固定裝置，因此在振動(dòng)較大時(shí)容易造成探頭頂端的鉑絲斷裂，鉑絲斷裂后會(huì)造成阻值無窮大，此時(shí)溫度的測(cè)量值也為無窮大。

2）鉑絲與其固定件材料的膨脹系數(shù)不同，在長時(shí)間的熱應(yīng)力和振動(dòng)的作用下會(huì)導(dǎo)致鉑絲的斷裂，造成測(cè)量值無窮大；

3）過電流導(dǎo)致鉑絲出現(xiàn)熔斷，鉑絲熔斷后會(huì)造成測(cè)量值無窮大。

3 K型熱電偶溫度傳感器故障分析

K型熱電偶感溫元件故障模式可以分為：階躍故障、漂移故障、斷路故障。

K型熱電偶感溫元件出現(xiàn)漂移故障時(shí)，其故障現(xiàn)象一般為溫度傳感器輸出溫度與實(shí)際溫度之間存在隨溫度或時(shí)間變化的偏差。造成漂移故障的原因?yàn)椋篕型熱電偶出現(xiàn)短程有序轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，鎳鉻合金容易在450℃～600℃出現(xiàn)原子排列的變化，從而導(dǎo)致其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系出現(xiàn)變化，造成測(cè)量值的漂移。

K型熱電偶感溫元件出現(xiàn)斷路故障時(shí)，其故障現(xiàn)象一般為熱電勢(shì)恒定為0，溫度傳感器輸出恒為0。造成斷路故障的原因?yàn)椋?/p>

1）熱電偶絲的膨脹系數(shù)與固定骨架的膨脹系數(shù)不同，在長期的熱循環(huán)中會(huì)造成熱電偶絲過度伸縮而斷裂；

2）在強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境下，絕緣管扭曲導(dǎo)致熱電偶絲因扭力作用出現(xiàn)斷裂；

3）硫化物造成高溫化學(xué)腐蝕，當(dāng)腐蝕到達(dá)一定程度時(shí)會(huì)造成熱電偶絲的斷裂，由于腐蝕造成的斷裂其斷面一般有晶界侵蝕的空洞；

K型熱電偶感溫元件出現(xiàn)階躍故障時(shí)，其故障現(xiàn)象一般為溫度傳感器輸出輸出溫度與實(shí)際溫度之間存在一定偏差，且偏差的變化范圍不大。造成階躍故障的原因?yàn)椋?/p>

1）保護(hù)管破損，電偶絲與測(cè)溫環(huán)境中的水分接觸出現(xiàn)孔蝕、應(yīng)力腐蝕、龜裂等現(xiàn)象，故障出現(xiàn)后一般測(cè)量值低于實(shí)際溫度；

2）熱電偶絲劣化。

造成熱電偶絲劣化的原因可以分為兩種：正常劣化和異常劣化。正常劣化會(huì)造成熱電偶的輸出電勢(shì)變高，異常劣化則會(huì)造成熱電偶的輸出電勢(shì)變低。正常劣化是由于Ni-Cr電極在長期使用過程中表面形成致密的Cr2O3氧化層，造成測(cè)量值偏高。異常劣化是由于Ni-Cr電極在長期使用過程中形成NiCr2O4氧化層，該氧化層容易出現(xiàn)龜裂并從電極上脫落造成進(jìn)一步的氧化，造成測(cè)量值偏低。

4 結(jié)束語

航空發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器工作環(huán)境較為惡劣，因此容易出現(xiàn)故障，其故障模式包括：階躍故障、漂移故障、斷路故障、脈沖故障。本文詳細(xì)分析了造成航空發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器故障的原因，以及現(xiàn)象。通過對(duì)故障的分析可以更快的找到故障的原因并實(shí)現(xiàn)故障的定位。

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作者簡介：

向智大（1993—），男，漢，四川，主要從事民航發(fā)動(dòng)機(jī)維修相關(guān)研究。