专利名称：利用对联热电偶测量内燃机热平衡中较小冷却液温差方法
技术领域：
本发明涉及测量较小温差的方法，尤其涉及一种利用对联热电偶测量内燃机热平 衡中较小冷却液温差方法。
背景技术：
热平衡试验是内燃机冷却系统设计、研究最重要的基本手段之一。内燃机热平衡 试验能够提供从燃料燃烧至动力输出过程的能源流分布，尤其能够提供冷却液散热量的具 体数量及占比。冷却液散热量是通过公式Q=C1ML T计算得到，其中
Cp是冷却液的定压比热容，是冷却液的物理性质，可查表或由经验公式计算得到； #是冷却液的质量流量，一般使用质量流量计直接测得或使用体积流量计测得体积流 量再由密度换算得到；
ΔΓ是冷却液循环回路中内燃机出口端和进口端的温度差(下简称冷却液温差)，普遍 采用的方法是使用温度传感器分别测量两端的温度，再算术作差得到。内燃机热平衡试验中普遍采用热敏电阻或热电偶等型式的温度传感器测量温度。 使用两支(相同精度)此类温度传感器的测量结果求差会使绝对误差放大至单支的两倍。 由于内燃机工作过程中冷却液温差较小，采用该方法测量的相对误差较大。由散热量计算公式可知，散热量C与温差ΔΓ成正比，那么温差ΔΓ的相对误差会 直接等比例传递至散热量从而增大热平衡试验结果的误差，降低其准确性。较小的冷却液温差的测量是保证冷却液散热量计算精度的重点和难点，是热平衡 试验结果精度提高的局限，而简便易行且行之有效的解决办法未见报道。

发明内容
本发明的目的是为了解决上述局限，提供一种利用对联热电偶测量内燃机热平衡 中较小冷却液温差方法。利用对联热电偶测量内燃机热平衡中较小冷却液温差方法的步骤如下
1)取两只T型热电偶，将第一T型热电偶的测量端作为对联热电偶的高温测量端，第 二 T型热电偶的测量端作为对联热电偶的低温测量端；将第一 T型热电偶的康铜参比端和 第一 T型热电偶的康铜参比端连接；用第一 T型热电偶的铜参比端和第二 T型热电偶的铜 参比端作为对联热电偶的参比端，即制作成对联热电偶；将对联热电偶的高温测量端和低 温测量端分别置于待测温差的高温侧和低温侧，取第三只T型热电偶，定义为基温热电偶， 将其测量端置于待测温差的低温侧，使用多通道微电势测量仪测量对联热电偶的高温参比 端和低温参比端之间的电势差，即对联热电偶的电势差，以及基温热电偶的两参比端间的 电势差，即基温热电偶的电势差，并经信号调理及A/D转换后传输至上位机进行数据采集、 分析、存储处理，构建成基本的基于对联热电偶的温差测量系统；
2)取两只恒温油槽，其中第一恒温油槽作为较高温热源，标记为高温油槽；第二恒温油槽作为较低温热源，标记为低温油槽；将对联热电偶的高温测量端置于高温油槽的油浴 内，将对联热电偶的低温测量端和基温热电偶的测量端置于低温油槽的油浴内，取两支高 精度玻璃棒水银温度计，标记为高温水银温度计和低温水银温度计，分别将测量端置于高 温油槽和低温油槽的油浴内，其示数作为温度真值参考值，进行对联热电偶的标定，得到如 下数据
T1, V” Ar1,
T2, V2, KT1,
Tm、vm、 ATj, Virl-,
KT2、 Vr2-,
Δ I、
其中/;.(i=i- )是低温水银温度计的示数即基温、Ki(Y=Ii)是基温热电偶的电 势差、Ar7CZ=I-/ )是高温水银温度计的示数与低温水银温度计的示数的差值即温差、 Vi^i=I-H,, j=l-n)将对联热电偶的电势差；
3)将步骤2)所得的基温热电偶的测量数据Ui=Ii)作一元线性回归分析，对联 热电偶的测量数据Umi+nuj+n)作二元线性回归分析，得基温Ti的回归值表
达式为,即式⑴，温
差ΔΤ)的回归值表达式为Δ$ = 4+Α石+ ^ ,即式0)，其中； 是的回归值，戽和
i是一元线性回归的回归参数的估计值，么$是Δ 7)的估计值，為、為和為是二元线性回 归的回归参数的估计值。4)在内燃机热平衡试验台架上，将对联热电偶的高温测量端安装于内燃机出水 管内，将对联热电偶的低温测量端和基温热电偶安装于内燃机进水管内，并按步骤1)所述 方法联接微电势测量仪和上位机；做内燃机热平衡试验时，在各试验工况下，在记录热平衡 试验的一般常规数据的同时，使用基于对联热电偶的温差测量系统记录对联热电偶的电势 差测量值‘和基温热电偶的电势差测量值Vr ；
5)将步骤4)测量所得的对联热电偶的电势差测量值‘和基温热电偶的电势差测量 值&代入步骤幻所得的式(1)和式O)，即得各试验工况下的内燃机冷却液进出口温差。所述的步骤2)，包括
(1)调节低温油槽的油温即基温至低温水银温度计的示数为T1并保持稳定，调节高温 油槽的油温使高温油槽与低温油槽的温差为LT1,即将高温油槽的油温调至高温水银温度
V1-: ·,
Δ&、 V”
Δ I、 Vi-n
V2-I',
Δ[、 Δ/；、
K
2-2
η、 ν 2-η
V -
6计的示数为Th=T1^LT1并保持稳定，用微电势测量仪测量此时基温热电偶的电势差为K7, 对联势电偶的电势差为。记录上述乃、6、Δ乃、V"；
(2)保持低温油槽的温度不变，调节高温油槽的油温使高温油槽与低温油槽的温差为 NT2,即将高温油槽的油温调至高温水银温度计的示数为Th=T1^LT2并保持稳定，用微电 势测量仪测得此时对联势电偶的电势差为Κ^。记录上述Δ7^、Κ^;
(3)重复步骤(2)的调节过程，得 ^ T3, V1^3,
Δ T4, V1^4,
AH,，
其中彡5 ；
(4)调节低温油槽的油温即基温至低温水银温度计的示数为&并保持稳定，调节高温 油槽的油温使高温油槽与低温油槽的温差为ΚΤ”即将高温油槽的油温调至高温水银温度 计的示数为TfT2^T1并保持稳定，用微电势测量仪测得此时基温热电偶的电势差为V2, 对联势电偶的电势差为。。记录上述T2、V2, Δ T1, V2^1 ；
(5)重复步骤(2)的调节过程，得 Δ T2, V2^2,
nt3、V2_3,
(6)重复子步骤(4)和步骤(5)的调节过程，得
T3、V3, Δ T1, V3]’ A T2, V3_2, Δ T3、V3^3,……，Δ Tn、V3_n ；
T4、V4, Δ T1, V4_” Δ Τ2、V4^2, Δ T3、V4_3’ ……，Δ Τη、V4_n ；
Tm、Vm、Δ T1, Vrl, Δ Τ2、Vr2, Δ T3、Vr3,……，Δ Τη、Vrn ； 其中 ^ 5。
所述的步骤3)，包括
(1)以基温为因变量、基温热电偶的热电势Vi为自变量，基于样本观测值/；.、 ViU = I-Hl)做一元线性回归分析，回归方程为
τ =w
用最小二乘法求出参数％和％的估计值龟和禹，可得基温的回归值表达式为 Ti=^+^Vi,即式(1)；
(2)以温差Δ7)为因变量、基温和对联热电偶的热电势。为自变量，基于样本观测 值/；.、LKjU=Yi, j:Y-n)做二元线性回归分析，回归方程为
=β ο+β jT+β
用最小二乘法求出参数β pfi1^JB2的估计值急、為和爲，可得温差KTj的回归值 表达式为O)。本发明与现有技术相比具有的有益效果
1)本发明能够更精确的测量内燃机热平衡试验中的温差，尤其在直接影响热平衡计 算结果的小温差测量中较传统测量计算方法相比表现优异。2)本发明提出的方法成本增加少且简便易行。


图1是对联热电偶的温差测量标定示意图2是在内燃机热平衡试验中使用对联热电偶测量温差的示意图。图中高温水银温度计1、第一 T型热电偶2、第一 T型热电偶的铜参比端(对联热 电偶的高温参比端)3、上位机4、多通道微电势测量仪5、第二 T型热电偶的铜参比端(对联 热电偶的低温参比端)6、第二 T型热电偶7、第三T型热电偶(基温热电偶)8、低温水银温 度计9、第一 T型热电偶的康铜参比端10、第二 T型热电偶的康铜参比端11、第一 T型热电 偶的测量端(对联热电偶的高温测量端)12、第二 T型热电偶的测量端(对联热电偶的低温 测量端)13、第三T型热电偶的测量端(基温热电偶的测量端)14、第一恒温油槽(高温油 槽)15、第二恒温油槽(低温油槽)16、测功器17、内燃机18、内燃机的出水管19、内燃机的 进水管20、冷却液散热器21。
具体实施例方式利用对联热电偶测量内燃机热平衡中较小冷却液温差方法的步骤如下
1)取两只T型热电偶，将第一T型热电偶的测量端作为对联热电偶的高温测量端，第 二 T型热电偶的测量端作为对联热电偶的低温测量端；将第一 T型热电偶的康铜参比端和 第一 T型热电偶的康铜参比端连接；用第一 T型热电偶的铜参比端和第二 T型热电偶的铜 参比端作为对联热电偶的参比端，即制作成对联热电偶；将对联热电偶的高温测量端和低 温测量端分别置于待测温差的高温侧和低温侧，取第三只T型热电偶，定义为基温热电偶， 将其测量端置于待测温差的低温侧，使用多通道微电势测量仪测量对联热电偶的高温参比 端和低温参比端之间的电势差，即对联热电偶的电势差，以及基温热电偶的两参比端间的 电势差，即基温热电偶的电势差，并经信号调理及A/D转换后传输至上位机进行数据采集、 分析、存储处理，构建成基本的基于对联热电偶的温差测量系统；
2)取两只恒温油槽，其中第一恒温油槽作为较高温热源，标记为高温油槽；第二恒温 油槽作为较低温热源，标记为低温油槽；将对联热电偶的高温测量端置于高温油槽的油浴 内，将对联热电偶的低温测量端和基温热电偶的测量端置于低温油槽的油浴内，取两支高 精度玻璃棒水银温度计，标记为高温水银温度计和低温水银温度计，分别将测量端置于高 温油槽和低温油槽的油浴内，其示数作为温度真值参考值，进行对联热电偶的标定，得到如 下数据
T” V1, Δ7；、 V1^1;
Δ&、 V” ；
8Δ I、V^n； T2, V2, Δ/；、V^j ;
Δ T2, V2^2 ；
Δ I、 L ·’
Tm、Vm、 ATj, Vrj ；
KT2、 Vr2-,
Δ I、
其中/;.(i=i- )是低温水银温度计的示数即基温、Ki(Y=Ii)是基温热电偶的电 势差、AryCZ=I-/ )是高温水银温度计的示数与低温水银温度计的示数的差值即温差、 Vi^i=I-H,, j=l~n)将对联热电偶的电势差；
3)将步骤2)所得的基温热电偶的测量数据Ui=Ii)作一元线性回归分析，对联 热电偶的测量数据Umi+nuj+n)作二元线性回归分析，得基温Ti的回归值表
达式为右二龟+乌巧，即式(1)，温差Δ 7)的回归值表达式为戽+為忑+爲巧-/，即 式0)，其中； .是的回归值，岛和杀是一元线性回归的回归参数的估计值，厶$是Δ7) 的估计值，爲、A和爲是二元线性回归的回归参数的估计值。4)在内燃机热平衡试验台架上，将对联热电偶的高温测量端安装于内燃机出水 管内，将对联热电偶的低温测量端和基温热电偶安装于内燃机进水管内，并按步骤1)所述 方法联接微电势测量仪和上位机；做内燃机热平衡试验时，在各试验工况下，在记录热平衡 试验的一般常规数据的同时，使用基于对联热电偶的温差测量系统记录对联热电偶的电势 差测量值。和基温热电偶的电势差测量值Vr ；
5)将步骤4)测量所得的对联热电偶的电势差测量值&和基温热电偶的电势差测量 值&代入步骤幻所得的式(1)和式O)，即得各试验工况下的内燃机冷却液进出口温差。所述的步骤2)，包括
(1)调节低温油槽的油温即基温至低温水银温度计的示数为T1并保持稳定，调节高温 油槽的油温使高温油槽与低温油槽的温差为KT1,即将高温油槽的油温调至高温水银温度 计的示数为Th=T1UT1并保持稳定，用微电势测量仪测量此时基温热电偶的电势差为V” 对联势电偶的电势差为V”。记录上述乃、K” Δ乃、V"；
(2)保持低温油槽的温度不变，调节高温油槽的油温使高温油槽与低温油槽的温差为 NT2,即将高温油槽的油温调至高温水银温度计的示数为Tp2=T1^T2并保持稳定，用微电 势测量仪测得此时对联势电偶的电势差为Gf记录上述Δ7^、Κ^;
(3)重复步骤O)的调节过程，得 ^ T3, V1^3,
Δ T4、V,_4,其中n≥5 ；
(4)调节低温油槽的油温即基温至低温水银温度计的示数为&并保持稳定，调节高温 油槽的油温使高温油槽与低温油槽的温差为KT”即将高温油槽的油温调至高温水银温度 计的示数为TfT2^T1并保持稳定，用微电势测量仪测得此时基温热电偶的电势差为V2, 对联势电偶的电势差为。。记录上述T2、V2, Δ T1, V2^1 ；
(5)重复步骤O)的调节过程，得 Δ T2, V2^2,
nt3、V2_3,
(6)重复子步骤(4)和步骤(5)的调节过程，得 T3、V3, Δ T1, V3]’ A T2, V3_2, Δ T3、V3^3,……，Δ Tn、V3_n ； T4、V4, Δ T1, V4_” Δ Τ2、V4^2, Δ T3、V4_3’ ……，Δ Τη、V4_n ；
Tm、Vm、Δ T1, Vrl, Δ Τ2、Vr2, Δ T3、Vr3,……，Δ Τη、Vrn ； 其中 ^ 5。所述的步骤3)，包括
(1)以基温为因变量、基温热电偶的热电势Ki为自变量，基于样本观测值/;.、 ViU = I-Hl)做一元线性回归分析，回归方程为
τ =w
用最小二乘法求出参数％和、的估计值岛和禹，可得基温的回归值表达式为 ,即式⑴；
(2)以温差Δ7)为因变量、基温和对联热电偶的热电势Ky为自变量，基于样本观 测值/；.、Δ 7,,^,(/=1-^,7=1-/7)做二元线性回归分析，回归方程为
Ar =β ο+β jT+β
用最小二乘法求出参数β Pfi1^JB2的估计值A、A和A ,可得温差Δ Tj的回归值 表达式为
Δ^ = 4+ A巧+ ACj.,即式 O)。
如图1所示，第一 T型热电偶2的康铜参比端10和第二 T型热电偶7的康铜参比端11 相连接，第一 T型热电偶2的铜参比端即对联热电偶的高温参比端3和第二 T型热电偶7 的铜参比端即对联热电偶的低温参比端6连接至多通道微电势测量仪5 ；第三T型热电偶8 的两参比端连接至多通道数据采集仪5 ；多通道数据采集仪5通过数据线连接至上位机4 ； 第一 T型热电偶2的测量端即对联热电偶的高温测量端12和高温水银温度计1的测量端 置于第一恒温油槽即高温油槽15的油浴内，第二 T型热电偶7的测量端即对联热电偶的低 温测量端13、第三T型热电偶8的测量端14和低温水银温度计9的测量端置于第二恒温油槽即高温油槽16的油浴内。如图2所示，测功器17与内燃机18连接，内燃机18通过内燃机的出水管19和内 燃机的进水管20与冷却液散热器21相连接，第一 T型热电偶2的测量端即对联热电偶的 高温测量端12置于内燃机的出水管19内，第二 T型热电偶7的测量端即对联热电偶的低 温测量端13和第三T型热电偶8的测量端14置于内燃机的进水管20内；第一 T型热电偶 2和第二 T型热电偶7与多通道微电势测量仪5的连接关系、多通道微电势测量仪5与上位 机4的连接关系同图1。
实施例利用对联热电偶测量内燃机热平衡中较小冷却液温差方法的步骤如下
1)取两只T型热电偶，将第一T型热电偶的测量端作为对联热电偶的高温测量端，第 二 T型热电偶的测量端作为对联热电偶的低温测量端；将第一 T型热电偶的康铜参比端和 第一 T型热电偶的康铜参比端连接；用第一 T型热电偶的铜参比端和第二 T型热电偶的铜 参比端作为对联热电偶的参比端，即制作成对联热电偶；将对联热电偶的高温测量端和低 温测量端分别置于待测温差的高温侧和低温侧，取第三只T型热电偶，定义为基温热电偶， 将其测量端置于待测温差的低温侧，使用多通道微电势测量仪测量对联热电偶的高温参比 端和低温参比端之间的电势差，即对联热电偶的电势差，以及基温热电偶的两参比端间的 电势差，即基温热电偶的电势差，并经信号调理及A/D转换后传输至上位机进行数据采集、 分析、存储处理，构建成基本的基于对联热电偶的温差测量系统；
2)取两只恒温油槽，其中第一恒温油槽作为较高温热源，标记为高温油槽；第二恒温 油槽作为较低温热源，标记为低温油槽；将对联热电偶的高温测量端置于高温油槽的油浴 内，将对联热电偶的低温测量端和基温热电偶的测量端置于低温油槽的油浴内，取两支高 精度玻璃棒水银温度计，标记为高温水银温度计和低温水银温度计，分别将测量端置于高 温油槽和低温油槽的油浴内，其示数作为温度真值参考值，进行对联热电偶的标定，得到如 下数据
权利要求
1. 一种利用对联热电偶测量内燃机热平衡中较小冷却液温差方法，其特征在于它的步 骤如下1)取两只T型热电偶，将第一T型热电偶的测量端作为对联热电偶的高温测量端，第 二 T型热电偶的测量端作为对联热电偶的低温测量端；将第一 T型热电偶的康铜参比端和 第一 T型热电偶的康铜参比端连接；用第一 T型热电偶的铜参比端和第二 T型热电偶的铜 参比端作为对联热电偶的参比端，即制作成对联热电偶；将对联热电偶的高温测量端和低 温测量端分别置于待测温差的高温侧和低温侧，取第三只T型热电偶，定义为基温热电偶， 将其测量端置于待测温差的低温侧，使用多通道微电势测量仪测量对联热电偶的高温参比 端和低温参比端之间的电势差，即对联热电偶的电势差，以及基温热电偶的两参比端间的 电势差，即基温热电偶的电势差，并经信号调理及A/D转换后传输至上位机进行数据采集、 分析、存储处理，构建成基本的基于对联热电偶的温差测量系统；2)取两只恒温油槽，其中第一恒温油槽作为较高温热源，标记为高温油槽；第二恒温 油槽作为较低温热源，标记为低温油槽；将对联热电偶的高温测量端置于高温油槽的油浴 内，将对联热电偶的低温测量端和基温热电偶的测量端置于低温油槽的油浴内，取两支高 精度玻璃棒水银温度计，标记为高温水银温度计和低温水银温度计，分别将测量端置于高 温油槽和低温油槽的油浴内，其示数作为温度真值参考值，进行对联热电偶的标定，得到如 下数据T” V1, Δ7；、 V1^1;Δ&、 V” ；Δ I、V^n； T2, V2, Δ/；、V^j ;Δ T2, V2^2 ；Δ I、 L ·’Tm、 Vm、 ATj, Virl-, KT2、 Vr2-,Δ I、其中/;.(i=i- )是低温水银温度计的示数即基温、Ki(Y=Ii)是基温热电偶的电 势差、Ar7CZ=I-/ )是高温水银温度计的示数与低温水银温度计的示数的差值即温差、 Vi^i=I-H,, j=l~n)将对联热电偶的电势差；3)将步骤2)所得的基温热电偶的测量数据Ui=Ii)作一元线性回归分析，对联 热电偶的测量数据Umi+nuj+n)作二元线性回归分析，得基温Ti的回归值表达式为,即式(1)，温差Δ 7)的回归值表达式为/4=,4+,義忑+爲5^.，即式0)，其中·’％凫Ti的回归值， ·0和4是一元线性回归的回归参数的估计值，&芎是Δ7)的估计值，戽、A和爲是二元线性回归的回归参数的估计值；4)在内燃机热平衡试验台架上，将对联热电偶的高温测量端安装于内燃机出水管内， 将对联热电偶的低温测量端和基温热电偶安装于内燃机进水管内，并按步骤1)所述方法 联接微电势测量仪和上位机；做内燃机热平衡试验时，在各试验工况下，在记录热平衡试验 的一般常规数据的同时，使用基于对联热电偶的温差测量系统记录对联热电偶的电势差测 量值‘和基温热电偶的电势差测量值Vr ；5)将步骤4)测量所得的对联热电偶的电势差测量值&和基温热电偶的电势差测量 值&代入步骤幻所得的式(1)和式O)，即得各试验工况下的内燃机冷却液进出口温差。
2.根据权利要求1所述的一种利用对联热电偶测量内燃机热平衡中较小冷却液温差 方法，其特征在于所述的步骤幻，包括(1)调节低温油槽的油温即基温至低温水银温度计的示数为T1并保持稳定，调节高温 油槽的油温使高温油槽与低温油槽的温差为KT”即将高温油槽的油温调至高温水银温度 计的示数为Th=T1AT1并保持稳定，用微电势测量仪测量此时基温热电偶的电势差为Vj, 对联势电偶的电势差为V"；记录上述
3.根据权利要求1所述的一种利用对联热电偶测量内燃机热平衡中较小冷却液温差 方法，其特征在于所述的步骤幻，包括(1)以基温为因变量、基温热电偶的热电势Ki为自变量，基于样本观测值/;.、 ViU = I-Hl)做一元线性回归分析，回归方程为T1=W用最小二乘法求出参数％和、的估计值岛和龟，可得基温的回归值表达式为 力=50+鸽巧，即式(1)；(2)以温差Δ7)为因变量、基温和对联热电偶的热电势Ky为自变量，基于样本观 测值/；.、Δ 7,,^,(/=1-^,7=1-/7)做二元线性回归分析，回归方程为Ar =β ο+β jT+β用最小二乘法求出参数β Pfi1^JB2的估计值A、A和,4 ,可得温差Δ 7)的回归值 表达式为
全文摘要
发明公开了一种利用对联热电偶测量内燃机热平衡试验中较小的冷却液温差的方法。它包括1)制作对联热电偶，构建基于对联热电偶的温差测量系统；2)对联热电偶的标定；3)回归分析；4)基于对联热电偶的温差测量系统，做热平衡试验；5)依据回归分析结果计算温差。本发明能够更精确的测量内燃机热平衡试验中的温差，尤其在直接影响热平衡计算结果的小温差测量中较传统测量计算方法相比表现优异。本发明提出的方法成本增加少且简便易行。
文档编号G01K7/02GK102095507SQ20101059829
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者俞小莉, 刘波, 刘震涛, 吕锋, 夏平, 尹旭, 张宇, 王帅, 韩松, 齐放 申请人:浙江大学