涡轮导叶片表面MEMS高温测量技术

利用MEMS微制造集成技术,在航空发动机涡轮叶片表面成功地制作了薄膜高温温度传感器,攻克了叶片表面高温绝缘、曲表面光刻及高温可靠导线互联等一系列关键技术难关。对薄膜传感器及高温连线系统进行了一系列温度循环测量试验,读数可靠稳定、重复性好,并承受住了苛刻的振动冲击试验(10~2000Hz/40g的振动及8g的半正弦波冲力试验)。该涡轮叶片表面MEMS原位集成热电偶薄膜传感器也经历了温度高达1200℃的航空发动机燃动环境下燃气压力0.5MPa、热流量1.24L·J/(kg·K)的测试,获得了可靠的气动环境温度。该传感器尺寸小而且可以批量地形成传感器阵列,尽可能地避免了传感器对气动环境的扰动及叶片本身的破坏,而且便于安装和连接,可以用于航空发动机涡轮部位的高温温度测量。

航空发动机热障涂层导电性能研究

传统的航空发动机热障涂层主要关注点是其热绝缘特性及可靠性的研究,并且已经形成了一整套基于YSZ的热障涂层技术,但是缺乏热障涂层高温导电性能的研究。另一方面,基于对航空发动机智能化的要求,需要在涡轮叶片表面制造电学器件(传感器),所以有必要对航空发动机热障涂层的电学性能进行相关的研究。研究了YSZ热障涂层在高温下的电学性能,提出了能提高其高温电绝缘性能的技术方法:可以对YSZ热障涂层喷涂配方进行改良。试验证明,在涂层中加入一定含量的氧化铝可以把热障涂层的高温电绝缘性能提高4个量级,可以满足在涡轮叶片热障涂层之上制作微传感器的实际工程需要。此外,利用计算机仿真技术对高温环境下的热障涂层复合结构进行了电学性能的综合分析,分析的结果证明,在传感器/热障涂层/涡轮叶片基底的复合结构当中,热障涂层表面的传感器电流的高温特性是各层材料的导电性、传感器与热障涂层的结构与尺寸的综合函数。

基于双波段比能量法的非接触测温系统的研究

为实现表面发射率未知但稳定的材料的中高温(300~550℃)温度的精确测量,提出了一种双波段比能量测温法,并基于该方法设计了一套非接触测温系统。非接触测温系统选用工作波段为0.9~1.65μm和5.5~14.5μm的红外辐射传感器,传感器将2个波段的能量信号转化为电压信号,并将电压信号做比值,得到和温度相关的K因子,使用面源黑体炉和金属样板对系统进行标定及测试。实验结果表明:使用双波段比能量测温法的非接触测温系统不需要知道目标发射率,也能较为精确地得到中高温物体的真实温度,且温度误差在10℃以内。基于该方法的非接触测温系统对中高温物体真实温度的精确测量具有重要的研究意义。

New Colorimetric Pyrometer with Optical Fiber Link

Based on the concept of thermo-radiation theory,the principle of non-contact temperature measurement with optical fiber is introduced.The new pyrometer operates on the basis of two-way temperature signal division calculation via microcomputer signal processing system.Its design method and smart construction of the electro-optical system possess such advantages as high measurement accuracy,freedom from electric interference and other perturbations as well as flexible applications.The indication scale of the measured temperature and experiment results are given in this paper.