[发明专利]基于电阻抗成像的陶瓷基复合材料高温部件温度测量方法

说明书

本发明公开了基于电阻抗成像的陶瓷基复合材料高温部件温度测量方法，包括步骤如下：制作电极；搭建多通道测试测量硬件系统；设计电阻抗实时成像软件；确立电阻率随温度变化的函数关系；由电阻率分布计算结果获得温度分布情况。本发明的方法可由电阻抗成像技术对陶瓷基复合材料高温部件电阻率分布的实时计算结果结合电阻率随温度变化关系，同步、准确地间接测量高温部件的温度分布。

技术领域

本发明涉及温度测量技术领域，具体涉及基于电阻抗成像的陶瓷基复合材料高温部件温度测量方法，将电阻抗成像技术与电阻率随温度变化关系相结合，实时测量航空发动机高温部件的温度分布。

背景技术

随着航空发动机性能的不断提高，燃气温度及涡轮进口温度也在不断提高。航空发动机的寿命取决于热端部件的寿命，而为准确预测高温部件的寿命并验证发动机设计的可靠性，必然需要测量热端部件的温度分布。但是，在复杂的高温恶劣环境下，高温部件的温度测量存在较大的技术难度，现有的温度测量技术均存在一定的局限性。

温度测试方法主要可分为接触法和非接触法。在接触式测温法中，示温漆测温法在航空发动机测温中应用广泛。示温涂层在温度升高时发生物理或化学变化，引起表面颜色变化，借以指示温度分布。示温漆测温法使用方便、测温范围广，是一种非干涉测试方法(见徐凤花.示温漆技术在航空发动机高温部件表面温度测试上的应用研究[D].电子科技大学.)。但由于示温漆涂料颜色变化不可逆，因此只能测量热端部件最高温度，无法实现实时监测；其次，需要拆卸叶片才能进行温度判读，无法开展原位监测；同时，其测温精度和分辨率低。对于非接触测温法，目前国内外应用最为广泛的是辐射测温法(见熊兵，Min-JieH，陈洪敏，et al.辐射测温技术在涡轮叶片温度场中的应用[J].燃气涡轮试验与研究，2008，21(3).)。辐射测温法基于红外辐射理论测量表面温度，具有灵敏度高、可靠性强、无干扰等优点。但是，该方法的测温精度受辐射散失、空气中气体吸收及其他物体的反射辐射等因素影响，目前还无法实现涡轮叶片转动时的温度实时监测。

因此，有必要提供一种能够实时、在线、原位监测高温部件温度分布的温度测量方法，实现快速有效、经济可靠的温度测量。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于电阻抗成像的陶瓷基复合材料高温部件温度测量方法，旨在解决高温场合温度测量难度大、难以实时测量等问题，本发明的方法可由电阻抗成像技术对陶瓷基复合材料高温部件电阻率分布的实时计算结果结合电阻率随温度变化关系，同步快速、准确地间接测量高温部件的温度分布。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于电阻抗成像的陶瓷基复合材料高温部件温度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：制作电极，围绕被测陶瓷基复合材料结构件的四周组建一定数量的用于传导电信号的电极阵列；设计用于保证电极在高温环境下能够正常工作的热防护装置；

步骤2：搭建多通道测试测量硬件系统，用于采集电极阵列所传导的电信号；

步骤3：基于电阻抗成像技术重建算法及步骤2中硬件系统采集到的电压数据，实现陶瓷基复合材料高温部件电阻率分布的计算及成像；

步骤4：确立电阻率随温度变化的函数关系；

步骤5：根据步骤4建立的电阻率随温度变化的函数关系式，将步骤3中计算得到的电阻率分布情况转换为温度分布情况，最终实现陶瓷基复合材料高温部件上温度分布的实时有效测量。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，步骤1中，被测陶瓷基复合材料结构件为涡轮导向叶片，电极埋入高温部件内部边缘处，以避免附加干扰；热防护装置采用超高温耐蚀陶瓷涂层均匀涂敷在电极表面，形成保护罩，以及采用石英纤维套管为导线隔热。