[实用新型]一种具有补偿单元的大气总温传感器

说明书

本实用新型提出了一种具有补偿单元的大气总温传感器，通过设置补偿单元，除了对大气总温传感器铂电阻元件的线性度进行补偿，更重要的是实现了在航空飞行大气环境中，对传感器铂电阻温度特性与应满足的卡伦德方程之间存在的误差的校正，得以实现更精准的温度测量。解决现有的单纯依靠提高铂电阻元件的工作性能减小铂电阻大气总温传感器的输出误差，生产加工较为困难，需要的成本也较高的问题。

技术领域

本实用新型属于传感器测量技术领域，具体地说，涉及一种具有补偿单元的大气总温传感器。

背景技术

大气数据系统是飞行器航电系统的一个关键子系统，其提供的空速、气压高度、攻角、大气温度等数据是飞行器安全飞行、任务系统正常工作的基本数据和必须数据。其中，大气温度包括大气总温和大气静温，其中大气静温是飞行器周围的空气温度，表征了当前飞行器周围环境的大气分子热运动的内能。大气总温是空气与飞行器相互作用后相对速度降为零，在飞行器表面相对静止时的温度，表征了飞行器周围环境大气分子内能与动能的总和。

大气总温是飞行器飞行的重要参数，是飞行器飞行速度造成气动加热的直观体现。通过大气总温可以解算大气静温，从而帮助飞行员、乘客及设备处于安全的温度环境。大气总温是飞行器飞行速度的直观体现，能够帮助飞行器维持机体结构强度，不处于危险的飞行包线范围，大气总温还是发动机控制的关键参数，发动机的推力是由出口空气流量决定的，发动机出口空气流量、进口空气流量和燃油供油量之间的控制关系非常复杂。在不同的飞行高度和飞行速度下，发动机进气口处的空气具有不同的能量，能量的不同通过大气总温来直观诠释。因此，准确地测量大气总温，对飞行器安全、高效地飞行具有非常重要的作用。

大气总温通常使用大气总温传感器进行测量。大气总温传感器具有精巧的气动结构，使得流入大气总温传感器内部的气流被阻滞，气流流速降低为零。通过准确测量滞止气流的温度，能够准确地感受大气总温。GJB3222-98《机载大气总温传感器通用规范》对大气总温传感器有以下规定：

表1 GJB3222-98《机载大气总温传感器通用规范》相关规定

GJB3222-98所规定的温度-电阻特性等效于IPTS-48《1948年国际实用温标》，采用卡伦德方程(Callendar-Van Dusen equation)描述。需要注意的是，虽然铂电阻具有平坦的温度-电阻特性曲线，但是由于卡伦德方程是温度的三次函数，因而是非线性的，即铂电阻阻值并不随外界温度成正比变化。大气总温传感器需要按卡伦德方程的要求准确地反映铂电阻的温度特性，其输出值应当忠实地反映铂电阻的非线性特性。这是大气总温传感器与其他需要进行非线性修正的铂电阻温度传感器之间的最大区别。

以500Ω铂电阻为例，依照GJB3222-98的要求，当大气温度为0℃时，满足GJB3222-98要求的大气总温传感器具有最高的测温精度为±0.25℃，对应的电阻误差约为±0.5Ω。在正负50℃范围内，具有优于±0.5℃的测温精度。当大气温度超过正负50℃范围，大气总温传感器的测温精度逐渐下降，当大气温度为150℃时，总温传感器测温精度为±1℃，当大气温度为350℃时，总温传感器测温精度为±2℃。

大气总温传感器一般由风道、阻滞结构、支架、感温部件和排气口等部件组成，感温元件是由纯铂丝绕制或以其它方法加工的铂电阻元件，传统大气总温传感器的测量精度完全由感温元件自身的输出精度保证。铂电阻元件的温度-电阻特性理论上应当严格符合纯铂材料的温度特性即卡伦德方程，但是实际上由于铂电阻材料纯净度无法达到100％纯铂、铂丝绕制过程中残余加工应力和绕制基体材料微小热胀冷缩应力作用产生铂丝变形等因素影响，其输出精度与标准输出精度存在一定的误差。传统大气总温传感器通过严格控制铂电阻材料质量、加工工艺和进行性能筛选，能够满足GJB3222-98的测温精度要求。