1.3. Датчики температуры элементов конструкции

При измерении температуры поверхности элементов конструкции широко применяются термопары и терморезисторы.

Датчик температуры искажает, как правило, первоначальное распределение температуры в исследуемом объекте. В силу этого измеренная температура на поверхности объекта будет отличаться от истинной температуры. Установка датчиков может нарушить прочность конструкции и исказить ее аэродинамические характеристики. Поэтому требования к конструированию датчиков температуры и технике препарирования состоят, в частности, в минимизации нарушения теплового баланса объекта и его прочностных и аэродинамических качеств.

Техника препарирования объектов датчиками температуры, в зависимости от решаемых задач, может осуществляться различными способами, начиная от обычного приклеивания датчика и кончая сложными по технологии выполнения способами нанесения на исследуемую поверхность термочувствительных пленок. Рабочий спай термопар, например, выполняется с помощью сварки встык, шариком или внахлест. Термопары в измерительных точках прижимаются, привариваются, приклеиваются или зачеканиваются в тело объекта.

Температура поверхности объекта и температура среды, как правило, различны, и, в зависимости, от знака этой разности в точках измерений имеет место нежелательный теплоотвод (или теплоподвод). Для снижения погрешности измерения термоэлектроды располагают вдоль поверхности на длине , углубляют в тело, зачеканивают или вваривают в пластину, имеющую хороший тепловой контакт с объектом. Иногда рабочий спай выполняют в виде «пятачка» и его приваривают к поверхности объекта.

Процесс изготовления толстопленочных термопар непосредственно на объекте исследования (например, лопатка турбины) включает последовательное осуществление сложных по исполнению технологических операций:

• разработку детального эскиза препарирования (расположение рабочих и свободных спаев, линии нанесения пленок, места соединения удлинительных проводов);

• подготовку поверхности;

• нанесение изоляционной подложки из эмали и ее термическая обработка;

• контроль и сборка датчика температуры.

Техника препарирования изделий термопарами часто требует вмешательства в исследуемую конструкцию. Поэтому в ряде экспериментов (например, измерение температуры несущей поверхности самолета, остекления фонаря) применяются, как правило, приклеиваемые терморезисторы. При этом широко практикуется применение терморезисторов и тензорезисторов, совмещенных в одной конструкции датчика. Процесс приклеивания и сборки электрической схемы является тонкой операцией, требующей неукоснительного выполнения технологической инструкции. Линии электрических связей в зоне установки терморезисторов выполняются, например, термостойкими проводами минимального сечения (0,07...0,1 мм²) с применением промежуточных монтажных колодок, которые располагаются на элементе конструкции, не обтекаемом воздушным потоком. Разметка трасс линий связи от терморезисторов осуществляется по направлению воздушного потока с целью минимизации искажений температурного поля и поля напряжений в зоне датчиков. Линии связи от монтажных колодок к измерительной аппаратуре выполняются с помощью круглых или плоских ленточных кабелей сечением не менее 0,35 мм², размещаемых, в местном неметаллическом обтекателе. Сопротивление каждой пары проводов, входящих в противоположные плечи измерительных мостов не должно превышать 0,5% номинального сопротивления терморезистора. Терморезисторы группами, примерно по 10 измерительных мостов, объединяются по диагонали питания. Одновременно предусматривается увеличение сечения проводов в цепи питания. Цепи измерительных диагоналей мостов должны иметь малое по величине ( 0,01 Ом) и постоянное переходное сопротивление контактов сопрягаемых элементов.