电弧加热流场测温信号干扰分析.pdfVIP

． 隆永胜等：电弧加热流场测温信号干扰分析 电弧加热流场测温信号干扰分析 AnalysisontheInterferenceSignalDuringTemperatureMeasurement inhteAreHeated FloW Fie 隆永胜 陈德江 王 辉 陈 湛 (中国空气动力研究与发展中心超高速研究所 ，四川 绵阳621006) 摘 要 ：在电弧加热器流场的试验测试中，采用热电偶对模型温度等参数进行测试时，通常会受到电弧电势的严重干扰。本文对电弧电压和噪声信号 的频谱进行分析，确定了电弧电压的波动噪声是热电偶电势信号产生干扰的主要干扰源。采用测试模型与电弧加热器喷管电气隔离并分别接地等措 施 ，解决了信号干扰 问题，这对热电偶在电弧加热类气动防热试验流场测试中的应用提供 了一种抗干扰解决途径。 关键词 ：热电偶 ；电弧加热器 ；测试 ；干扰 1 引言 式中：qw一为表面热流W／m2，pt一为铜塞的密度kg／ 高超声速飞行器热防护系统研制需要开展材料及热 m3，c一为铜 的比热 J／kg·K，一为铜塞的厚度 m，dT／ 结构的地面模拟考核试验，该类试验通常需要模拟飞行 一 为铜塞背面的温升率K／s。 环境的焓值、热流及压力等参数。因此，对高温流场焓值 图1为电弧加热器采用湍流平板试验技术进行平板 和模型表面热流、压力测量的准确性成为该类试验模拟 模型测热的原理示意图。图中电弧加热器喷管与前电极 真实飞行热环境的关键。模型的热流与温度通常采用热 连接成一体，电弧加热器的前电极为正极并在远端接地。 电偶测试，测温热电偶通常焊接在模型或测试探针上，模 测热模型一般由铜板制作成与真实模型的外形几何尺寸 型或探针与电弧加热的高温气流直接接触进行测量，有 一 致。量热计由纯铜制成，安装在测试模型上 ，量热塞的 的模型还与电弧加热器的前电极直接电气连接。电弧加 四周及底部均与铜板绝缘和绝热 ，热电偶安装在量热塞 热器 自身的强电场、磁场、非零电位和气流的弱电离对测 的底部。试验气流从量热塞的表面流过时对其加热，忽 试信号影响都很大，常常会给测试信号带来复杂的干扰。 略侧向传热的影响，表面的热流是基于传热学中集总参 此外，在电弧加热器试验现场，电气设备很多、控制系统 数法的原理由公式 1计算得到。 及数据采集系统接线复杂，干扰源较多，数据的采集及传 输均可能存在信号干扰，造成测试信号与噪声混杂，无法 判读试验数据。在试验中要排除这些干扰需要分清各种 干扰源及其传播途径，然后采用切实可行的解决措施 ，获 得有效信号。本项 目针对该方面的问题 ，开展信号干扰 试验 ，较好的解决了热电偶在电弧加热器流场测试中的 干扰问题 。 2 测试干扰 电弧加热器流场测试通常采用热流计测试流场的热 流，采用热电偶测试模型的内壁面温度，冷却水的温升等 参数。常规采用的瞬态量热计如塞式、薄壁、零点量热计 图 l 基式量 热计 测热不葸图 和水卡量热计等都是通过读取热电偶的温度信号而间接 热流测试试验中，如果将测试模型的铜板与电弧加 测量的。电弧加热流场对测试信号的干扰主要表现在对 热器连接，相互之间没有电气绝缘 ，也没有接地处理，将 测温热电偶采样信号的干扰上。以常用的塞式量热计法 得到如图2所示的测量结果。由图2可以看 出，三个热 测量热流为例，该量热计具有结构简单、尺寸小、安装方 流测点的热电偶信号均受到了相当严重的干扰，噪声信 便、响应快的特点，可以快速测量冷壁瞬态热流的分布， 号已经完全掩盖了测试信号，造成温升曲线无法判读 ，热 因此在试验中得到广泛地应用。塞式量热计的测量原理 流也无法计算。 为通过测量嵌入校测模型的铜柱塞背面温升，用下述公 3 信号