鄒小松，何貝貝

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

發(fā)動機在做臺架標(biāo)定時，很多地方需要用到熱電偶來監(jiān)測溫度，比如需要用到熱電偶測量進(jìn)氣溫度來修正進(jìn)氣模型，測排氣溫度和三元催化溫度來標(biāo)定排溫保護(hù)模型。如果熱電偶使用不當(dāng)，不但會使試驗數(shù)據(jù)失真，影響工程師的正確分析判斷，使發(fā)動機無法得到最優(yōu)的性能標(biāo)定，嚴(yán)重的話還會導(dǎo)致發(fā)動機在試驗過程中發(fā)生安全事故。

1 熱電偶的工作原理

熱電偶的工作原理是：兩種不同成分的導(dǎo)體兩端經(jīng)過焊接、形成回路，直接測溫端叫測量端，接線端子端叫參比端。當(dāng)測量端和參比端存在溫差時，就會在回路產(chǎn)生熱電動勢，接上顯示儀表，儀表上就顯示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢的對應(yīng)溫度值。熱電偶的熱電動勢將隨著測量端溫度升高而增長，熱電動勢的大小只和熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)以及兩端溫度有關(guān)，和熱電極的長度、直徑無關(guān)（如圖1所示）。

圖1 熱電偶工作原理圖

2 熱電偶的選擇

熱電偶的種類和大小很多，需要根據(jù)試驗要求選擇熱電偶。對于熱電偶的精度和類型，一般選擇K型I精度的熱電偶，基本上能夠滿足所有發(fā)動機臺架標(biāo)定的測量要求。熱電偶的粗細(xì)也需要注意，一般來說熱電偶越粗響應(yīng)時間越慢，越細(xì)響應(yīng)時間越快，另外還考慮到熱電偶的安裝可能影響到氣體流量變化，原則上安裝的熱電偶越細(xì)越好。一般來說，在發(fā)動機進(jìn)氣系統(tǒng)上面布置直徑1mm的熱電偶，而在排氣系統(tǒng)上面可根據(jù)需要布置直徑1.5 mm~3 mm的熱電偶。

3 熱電偶的安裝

安裝位置的選擇應(yīng)具有代表性，必須根據(jù)試驗?zāi)康?，?zhǔn)確選擇測溫點，才能給試驗提供準(zhǔn)確的測量值。例如測量發(fā)動機的排氣溫度，如果僅僅需要標(biāo)定發(fā)動機的排溫模型或者監(jiān)控排溫是否超過限制，那測溫點就應(yīng)該選擇各缸排氣歧管結(jié)合后三元催化器前的位置；如果我們需要測量發(fā)動機各缸排溫的均勻性，那測溫點就應(yīng)該選擇在各缸排氣歧管結(jié)合前的位置，但是需要注意各缸測量點到匯總處的距離均一致。下表是一臺帶EGR閥自然吸氣發(fā)動機做臺架標(biāo)定時需要加裝的溫度傳感器的測溫點位置選擇。

表1 熱電偶在發(fā)動機上的測溫點

在熱電偶安裝時，測量端應(yīng)處于能夠真正代表被測介質(zhì)溫度的位置。在發(fā)動機試驗中，主要以測量管道內(nèi)的氣體或者液體為主，應(yīng)使熱電偶測量點盡可能靠近其中心位置，以減少測量誤差。一般情況下，熱電偶的安裝應(yīng)盡量與管道保持垂直，如圖2.但在流速較快的情況下，熱電偶必須傾斜安裝，傾斜45°最佳，且與介質(zhì)流動方向相逆，如圖3；在條件允許的情況下，應(yīng)盡量安裝在管道的彎曲處，如圖4[1]。為了保證測量結(jié)果的真實可靠，熱電偶應(yīng)有足夠的插入深度。最少不小于熱電偶保護(hù)管外徑的10倍[1]。為了防止熱損失，熱電偶保護(hù)管露在外部要盡可能短。

圖2 正交安裝

圖3 傾斜安裝

圖4 彎頭處安裝

在一次發(fā)動機臺架標(biāo)定試驗中，發(fā)動機在全轉(zhuǎn)速全負(fù)荷的情況下，排氣溫度不到700℃，調(diào)整發(fā)動機空燃比，排氣溫度變化不明顯，但是此時從監(jiān)控攝像頭中可以明顯看到排氣歧管已經(jīng)通紅，于是判定為熱電偶安裝不當(dāng)，立刻停機檢查。檢查發(fā)現(xiàn)熱電偶安裝時插入深度不足，熱電偶測點在排氣管道中的邊緣位置。將熱電偶插到中心位置后，將發(fā)動機處于原來同樣的工況下運行，排氣溫度達(dá)到850℃.熱電偶安裝不當(dāng)，對發(fā)動機臺架試驗將造成極大的不良影響，甚至?xí)斐砂踩鹿省?/p>

4 熱電偶的干擾問題

發(fā)動機工作時，點火線圈、OCV閥和EGR閥等都是主要的電磁干擾源，會對熱電偶產(chǎn)生不同程度的干擾。因此，在使用熱電偶時要做好防干擾處理，以免影響熱電偶測量的準(zhǔn)確性。防干擾處理一般有以下三種方法[2]：

（1）熱電偶導(dǎo)線遠(yuǎn)離發(fā)動機線束，就是將熱電偶導(dǎo)線懸空布置，盡可能的遠(yuǎn)離發(fā)動機線束。熱電偶導(dǎo)線不能盤繞，要盡量拉直，盡可能不要和發(fā)動機的線束平行。這種做法不能完全杜絕干擾，但是能將干擾降低到最小，基本能滿足發(fā)動機的試驗誤差要求。

（2）屏蔽法，屏蔽法就是將熱電偶的補償導(dǎo)線，穿在鐵管或其他金屬屏蔽物內(nèi)進(jìn)行屏蔽，使用此種方法時應(yīng)該將鐵管和屏蔽物進(jìn)行良好接地，并且將補償導(dǎo)線絞起來。

（3）接地法，這種方法是將測量回路進(jìn)行接地處理，把干擾引入大地從而保證儀表的測量準(zhǔn)確性。這種方法有兩種地形式:第一是熱電偶參考端接地，第二種是熱電偶測量端接地。采用參考端接地法時，是將熱電偶（或補償導(dǎo)線）輸出端的一端，通過一個足夠大的電容接地（條件許可時電容越大越好）。測量端接地法是將熱電偶測量端接地，就是從熱電偶的測量端引出一根金屬絲接地。這種方法對高溫漏電干擾有很好的預(yù)防效果。選用金屬絲時應(yīng)該選用耐高溫且對熱電偶電極無害的金屬絲。

在一次發(fā)動機臺架標(biāo)定試驗中，做充氣模型標(biāo)定時，發(fā)現(xiàn)節(jié)氣門前四個氣缸的進(jìn)氣溫度小于室內(nèi)溫度，見下表2，由于發(fā)動機工作時會發(fā)出大量的熱，這很明顯，測得的進(jìn)氣溫度都是錯誤的。于是立即停機檢查。經(jīng)過檢查設(shè)備，未發(fā)現(xiàn)測量設(shè)備和傳感器故障，于是斷定為熱電偶受到干擾所致。檢查熱電偶的安裝發(fā)現(xiàn)，某員工在熱電偶安裝時，由于熱電偶導(dǎo)線過長，便將導(dǎo)線盤繞起來并綁在發(fā)動機的線束上，熱電偶必然受到極大的干擾。于是按照防干擾處理方法（1），將熱電偶導(dǎo)線拉直、架空并遠(yuǎn)離發(fā)動機線束。處理完后再運行發(fā)動機，按照原來的標(biāo)定工況進(jìn)行檢查，故障消失，見下表3。從前后測量的試驗數(shù)據(jù)中可以看出，在發(fā)動機臺架試驗中，熱電偶如果未進(jìn)行防干擾處理，均有可能因受到干擾而得不到準(zhǔn)確的測量結(jié)果，并且測量誤差將無法估計。

表2 受干擾的測試結(jié)果

表3 防干擾的測試結(jié)果

5 結(jié)束語

熱電偶在發(fā)動機標(biāo)定中，為了得到準(zhǔn)確可靠的測量值，需要根據(jù)要求選擇好熱電偶的粗細(xì)和精度，在發(fā)動機上選擇最具代表性的測溫點，還需要正確安裝熱電偶并防干擾處理。

[1]李忠虎.熱電偶應(yīng)用問題綜述.工業(yè)計量，2007，17（2）：35-37.

[2]韋永凡.淺談熱電偶測量溫度的抗干擾問題[J].機電信息，2011，（6）：12-13.