一种瞬态温度测量校准方法及系统技术方案

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种瞬态温度测量校准方法及系统
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术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，按照本专利技术的一个方面，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，hr为所述待测点处的单位冲激响应，θr为所述待测点处的单位阶跃响应，t为时间，qstep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，qa,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，ag为所述第三类边界条件中的对流换热系数，Tg为所述第三类边界条件中的流体温度，hr,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,…。更进一步地，所述迭代计算的收敛条件为：迭代次数j达到预设迭代次数阈值，或者，相邻两次迭代得到的待测物体的表面热流之间的差值不大于预设误差阈值。更进一步地，第三类边界条件未知时，所述S2中计算得到的所述待测物体的表面热流为：qr,s＝qa,s其中，qr,s为所述待测物体的表面热流，qa,s为所述热电偶表面热流。更进一步地，所述S2中根据所述热电偶的瞬态温度测量值计算热电偶表面热流包括：根据所述热电偶的瞬态温度测量值，正问题分析得到热电偶热节点处的热流密度；根据所述热电偶热节点处的热流密度，反问题设计得到所述热电偶表面热流。更进一步地，所述S2中根据所述热电偶的瞬态温度测量值计算热电偶表面热流包括：对所述热电偶的瞬态温度测量值和热电偶热节点处的单位冲激响应进行反卷积运算，得到所述热电偶表面热流：qa,s＝filter(Ta,L,ha,L,δ)其中，qa,s为所述热电偶表面热流，Ta,L为所述热电偶的瞬态温度测量值，ha,L为所述热电偶热节点处的单位冲激响应，δ为单位冲激函数。更进一步地，所述待测物体中设置有台阶孔，所述台阶孔包括安装孔和引线孔，所述安装孔的孔径大于所述引线孔；所述安装孔用于安装所述热电偶；所述引线孔用于引出所述热电偶的引线。更进一步地，所述待测物体为发动机活塞，所述S1包括：当发动机在待测工况点稳定运行时，获取连续N个循环下所述热电偶的温度测量值，并对N个温度测量值进行平均处理以得到所述瞬态温度测量值。按照本专利技术的一个方面，提供了一种瞬态温度测量校准系统，包括：获取模块，用于获取待测物体中热电偶的瞬态温度测量值；第一计算模块，用于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；第二计算模块，用于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。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：(1)提出了一种瞬态温度测量校准方法，通过热电偶测得的热电偶的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，将待测物体的表面热流与待测物体中任一待测点处的单位冲激响应进行卷积运算得到该任一待测点处的瞬态温度，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，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；此外，以上各个计算过程中充分考虑到待测对象、热电偶结构的材料参数，该方法可以适用于各种不同的待测对象和热电偶，具有很强的普适性；(2)提供了一种同轴热电偶的安装方式，在待测对象的待测点位置加工一台阶孔，靠近待测表面一侧为热电偶安装孔，安装孔底部设置为孔径较小的引线孔，热电偶放置在安装孔中紧靠待测表面，保证其安装的稳定性以及测量的准确性，进一步地，安装孔与热电偶之间可以使用耐高温胶进行密封和固定，进一步提高安装稳定性和测量准确性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的瞬态温度测量校准方法的流程图；图2A为本专利技术实施例提供的同轴薄膜热电偶安装方式示意图；图2B为图2A中安装结构的放大示意图；图2C为图2B中安装结构处热电偶的截面放大示意图；图3为温度校准过程中各阶段热流计算值；图4为温度校准过程中活塞表面冲激响应获取情况；图5为本专利技术实施例提供的E型同轴薄膜热电偶的温度校准结果；图6为本专利技术实施例提供的瞬态温度测量校准系统的框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种瞬态温度测量校准方法，其特征在于，包括：/nS1，获取待测物体中热电偶的瞬态温度测量值；/nS2，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；/nS3，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。/n

【技术特征摘要】
1.一种瞬态温度测量校准方法，其特征在于，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。


2.如权利要求1所述的瞬态温度测量校准方法，其特征在于，所述待测点处的单位冲激响应为：






其中，hr为所述待测点处的单位冲激响应，θr为所述待测点处的单位阶跃响应，t为时间，qstep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。


3.如权利要求1所述的瞬态温度测量校准方法，其特征在于，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，qa,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，ag为所述第三类边界条件中的对流换热系数，Tg为所述第三类边界条件中的流体温度，hr,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,…。


4.如权利要求3所述的瞬态温度测量校准方法，其特征在于，所述迭代计算的收敛条件为：
迭代次数j达到预设迭代次数阈值，或者，相邻两次迭代得到的待测物体的表面热流之间的差值不大于预设误差阈值。


5.如权利要求1所述的瞬态温度测量校准方法，其特征在于，第三类边界条件未知时，所述S2中计算得到的所述待测物体的表面热流为：
q...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨灿，成晓北，李国梁，孟桓如，邓天伦，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42