[发明专利]一种瞬态温度测量校准方法及系统

说明书

本发明公开了一种瞬态温度测量校准方法及系统，属于发动机测试领域，方法包括：获取待测物体中热电偶的瞬态温度测量值；根据瞬态温度测量值计算热电偶表面热流，根据热电偶表面热流计算待测物体的表面热流；对待测物体的表面热流与待测点处的单位冲激响应进行卷积运算，得到待测点处的瞬态温度，待测点为待测物体中的任一点。通过设计合理的算法，解决热电偶测量瞬态温度时所固有的引入误差问题，校准热电偶测得的瞬态温度，减小热电偶的引入误差，提高温度测量精度；该算法充分考虑不同待测对象、不同热电偶结构和材料的差异，具有很强的普适性；用于发动机活塞表面瞬态温度测量时，可以为发动机缸内燃烧和传热温度研究提供可靠的基础数据。

技术领域

本发明属于发动机测试领域，更具体地，涉及一种瞬态温度测量校准方法及系统。

背景技术

活塞表面的温度数据是研究内燃机缸内燃烧和传热问题不可或缺的基础数据，但是由于其具有高度的瞬态特性，使得其测量难度极大。测温传感器的响应速度必须足够快，才能捕捉到活塞表面的温度变化，传统的测温传感器难以满足该测量要求。

目前常用的测温传感器为同轴表面节热电偶和同轴薄膜热电偶。同轴热电偶测温属于接触式测温，在活塞待测点安装同轴热电偶会破坏原有待测点位置的温度场，即热电偶的指示温度并非待测点的真实温度，从而产生引入误差。由于材料和结构等差异，同轴热电偶的轴向导热特性与待测活塞的轴向导热特性往往存在较大的差异，使得引入误差成为同轴热电偶测量发动机活塞表面瞬态温度的重要误差来源。相关文献表明当E型热电偶用于铝制活塞表面测温时，在一个工作循环内，热电偶测得的循环温度波动比真实活塞表面循环温度高出达79％。现有技术中，通过优化热电偶结构、选型和材料匹配，降低热电偶与待测对象轴向传热特性的差异，可以在一定程度上减小所述引入误差。但是优选出的某热电偶类型和结构只适用于特定的待测对象，不具有普适性；此外，热电偶的传热特性很难与待测对象的传热特性完全一致，其校准精度有限。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种瞬态温度测量校准方法及系，其目的在于通过设计合理的算法，解决热电偶测量瞬态温度时所固有的引入误差问题，校准热电偶测得的瞬态温度，提高温度测量精度，且具有很高的普适性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种瞬态温度测量校准方法，包括：S1，获取待测物体中热电偶的瞬态温度测量值；S2，根据所述热电偶的瞬态温度测量值计算热电偶表面热流，以及根据所述热电偶表面热流计算所述待测物体的表面热流；S3，对所述待测物体的表面热流与所述待测物体中待测点处的单位冲激响应进行卷积运算，得到所述待测点处的瞬态温度，所述待测点为所述待测物体中的任一点。

更进一步地，所述待测点处的单位冲激响应为：

其中，h_r为所述待测点处的单位冲激响应，θ_r为所述待测点处的单位阶跃响应，t为时间，q_step为单位阶跃热流，ρ为所述待测物体的材料密度，c为所述待测物体的材料比热容，k为所述待测物体的材料导热系数，α为所述待测物体的材料热扩散系数，x为所述待测点距离待测物体表面的深度。

更进一步地，第三类边界条件已知时，所述S2中根据所述热电偶表面热流计算所述待测物体的表面热流包括：根据所述热电偶表面热流，迭代计算所述待测物体的表面热流；

其中，为所述待测物体的表面热流的初始值，q_a,s为所述热电偶表面热流，为第j+1次迭代时所述待测物体的表面热流，为第j次迭代时所述待测物体的表面热流，a_g为所述第三类边界条件中的对流换热系数，T_g为所述第三类边界条件中的流体温度，h_r,s为所述待测物体表面的单位冲激响应，j为迭代次数，j＝0,1,2,…。