一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验装置及方法与流程

1.本发明涉及一种叶尖间隙测量设备和方法，尤其涉及一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验装置及方法。


背景技术：

2.在航空发动机、燃气轮机、汽轮机、压缩机等旋转机械中，转子叶片顶端与机匣内壁之间的微小距离称为叶尖间隙，是影响旋转机械性能的重要参数之一。较小的叶尖间隙能够减少叶尖处的燃气泄漏，显著提高旋转机械运行效率，但叶尖间隙过小会造成叶片与机匣的碰摩，严重危害旋转机械运行安全。影响旋转机械叶尖间隙的因素较多，其中转子叶片和机匣等部件的温度改变是影响叶尖间隙值的重要因素，变工况引起的温度变化使得叶片和机匣膨胀收缩，从而直接导致叶尖间隙变化。
3.旋转机械的应用环境复杂多样，其中工业用低温压缩机的工作环境温度为-50℃～-170℃，且因为变工况运行和冷却工质快速流入的影响，部分区域温度甚至会以4℃/s的速度迅速下降，这给叶尖间隙测量系统的温度适应性带来了极大挑战。为保证叶尖间隙传感器能够在这种严苛条件下正常工作，应对叶尖间隙传感器在低温快速变温条件下的性能状况进行相应的试验验证。
4.目前，用于叶尖间隙传感器低温快速变温试验的方案包括：
5.1、采用高低温试验箱，现有技术的高低温试验箱降温速度较慢，普遍低于10℃/min，难以满足快速变温的需求，无法准确验证叶尖间隙传感器在实际工况中的温度适应性。且高低温试验箱的冷却工质一般为液氮和氮气的混合物，液氮的存在会严重影响叶尖间隙传感器的工作性能，进一步加剧试验结果的误差。
6.2、将叶尖间隙传感器直接插入液氮中实现快速降温，但液氮的降温速率难度精确和有效的控制，试验模拟环境与实际环境不符，无法准确验证叶尖间隙传感器在实际工况中的温度适应性。同样，在液氮的影响下尖间隙传感器的工作性能也无法得到保证。


技术实现要素：

7.本发明的目的之一在于提供一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验装置，能精确模拟叶尖间隙传感器的低温快速温变的工作环境，从而叶尖间隙传感器投入应用前验证其工作性能。
8.本发明的目的之一在于提供一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验方法，能实施降温速率精确可控的快速温变试验，温变速度能达到4℃/s，满足叶尖间隙传感器工作性能的验证试验的温变要求。
9.本发明是这样实现的：
10.一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验装置，包括试验箱、密封件、传感器安装件、温度传感器、工质供给组件、工质置换组件、排气管路和控制器；试验箱上预留线缆孔并能通过密封件密封，模拟叶片及其叶尖间隙传感器和温度传感器均通过传感器安装件安装
在试验箱内，叶尖间隙传感器的线缆通过线缆孔引出试验箱并外接试验采集设备；试验箱上形成有若干个不同口径的工质进口，工质供给组件的若干根供气管路分别通过电磁阀经若干个工质进口与试验箱连通，使工质供给组件将低温氮气输入试验箱内；排气管路与试验箱连通，排气管路上设有气压阀，工质置换组件与试验箱连通；控制器与温度传感器、工质供给组件和工质置换组件电连接。
11.所述的工质供给组件包括双层杜瓦瓶、第一供气管路、第一电磁阀、第二供气管路、第二电磁阀、第三供气管路和第三电磁阀；双层杜瓦瓶的下层通过储液罐注满液氮，双层杜瓦瓶的上层通过储气罐注满低温氮气，储液罐上形成有呈螺旋状环绕在储气罐外部的液氮管路，使储气罐内充满汽化形成的低温氮气；第一供气管路通过第一电磁阀连接在储气罐和试验箱之间，第二供气管路通过第二电磁阀连接在储气罐和试验箱之间，第三供气管路通过第三电磁阀连接在储气罐和试验箱之间。
12.所述的储液罐通过管路经第四电磁阀连接至液氮罐连通，液氮罐内注满液氮；储气罐通过管路经第五电磁阀连接至低温氮气罐，低温氮气罐内注满低温氮气。
13.所述的工质置换组件包括真空泵和常温氮气罐；真空泵通过管路与试验箱连通，常温氮气罐通过管路经第六电磁阀与试验箱连通，常温氮气罐内注满常温氮气；真空泵和常温氮气罐分别与控制器电连接。
14.所述的试验箱的内壁上设有保温层，试验箱为开盖式箱体结构，预留有线缆孔的顶盖密封罩盖在试验箱上，传感器安装件安装在顶盖的内壁上。
15.一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验方法，包括以下步骤：
16.步骤1：根据试验的快速温变要求设定温变参数；所述的温变参数包括温变阶段次数s、以及每个温变阶段中的起始温度t1、终止温度t2、温变时间hd和保温时间h
hold
；
17.步骤2：设定每一快速温变阶段中试验箱快速温变的试验过程；
18.步骤3：将叶尖间隙传感器和模拟叶片安装在试验箱的顶盖上，叶尖间隙传感器连接至试验采集设备，对叶尖间隙传感器进行工作状态检查；
19.步骤4：确认试验箱的气密性是否良好，若是，则执行步骤5，若否，则重新对试验箱进行密封；
20.步骤5：启动快速温变试验，通过温度传感器和控制器计算得到实际降温速度u’，并判断快速温变试验的实际降温速度u’是否与理想降温速度u一致，即u’＝u；若是，则执行步骤6；若否，则重新设定热量吸收系数k，并返回步骤2；
21.步骤6：通过控制器监控并记录试验箱内的温度和压力数据、双层杜瓦瓶内的压力数据、以及电磁阀的开合及其开度数据，通过计算机记录试验采集设备采集到的快速温变过程中叶间隙传感器的间隙信号数据；
22.步骤7：根据步骤6中的数据评定叶间隙传感器在低温快速温变条件下的工作性能。
23.所述的步骤1还包括：
24.步骤1.1：设定试验箱内的气压临界值为p0，当试验箱内的气压压力超过气压临界值p0时，气压阀自动打开并通过排气管路排气；
25.步骤1.2：输入试验箱内的低温氮气的温度为tn、压力为pn、密度为ρn，设定工质进口的直径为d，单位时间内的低温氮气质量流量q的计算公式为：
26.q＝π*d2*[ρn*(p
n-p0)/2]
0.5
ꢀꢀ
公式1；
[0027]
其中，pn≥p0；
[0028]
此时低温气体的进气面积为π*d2*/4；
[0029]
步骤1.3：计算从起始温度t1降温至终止温度t2所需的降温时间hd，计算公式为：hd＝(t
2-t1)/u
ꢀꢀ
公式3；
[0030]
其中，u为理想温变速度。
[0031]
所述的步骤2还包括：
[0032]
步骤2.1：计算传感器安装件和叶尖间隙传感器的体积v；
[0033]
步骤2.2：计算传感器安装件和叶尖间隙传感器从起始温度t1降温至终止温度t2所需释放的热量h
out
，计算公式为：
[0034]hout
＝cs*ρs*v*(t
2-t1)
ꢀꢀ
公式4；
[0035]
其中，cs为传感器安装件和叶尖间隙传感器的比热容，ρs为传感器安装件和叶尖间隙传感器的密度；
[0036]
步骤2.3：计算从起始温度t1降温至终止温度t2低温氮气所需吸收的热量h
in
，计算公式为：
[0037]hin
＝k*h
out
ꢀꢀ
公式5；
[0038]
其中，k为热量吸收系数，k为常量，且k》》1；在试验开始时，设定k＝k0；
[0039]
k0＝a*s1/s0，其中，a为经验系数，s1为试验箱(1)的表面积，s0为传感器安装件(5)的表面积；
[0040]
步骤2.4：计算从起始温度t1降温至终止温度t2低温氮气的质量流量q2，计算公式为：
[0041]
q2＝h
in
/[hd*cn*(t
2-t1)]
ꢀꢀ
公式6；
[0042]
其中，cn为低温氮气的比热容；
[0043]
步骤2.5：计算从起始温度t1降温至终止温度t2低温氮气的所需进气面积s，计算公式为：
[0044]
s＝q2/[2*ρn*(p
n-p0)]
0.5
ꢀꢀ
公式7。
[0045]
步骤2.6：根据所需进气面积s选择工质进口的数量和口径。
[0046]
所述的步骤4中，试验箱的气密性的检测方法是：通过控制器控制工质置换组件运行，使工质置换组件的真空泵将试验箱内抽真空，使试验箱内的真空度达到p0及以下，并至少能保持时间hv，则认为试验箱的气密性良好，并通过常温氮气罐向试验箱内输入常温氮气；否则认为试验箱的气密性不符合要求。
[0047]
所述的步骤5中，热量吸收系数k的重设方法是：若u’＞u，则重设k＝k1＝k0*u/u’，且k1＜k0；若u’＜u，则重设k＝k2＝k0*u/u’，且k2＞k0。
[0048]
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0049]
1、本发明的装置能实现对试验箱内试验环境的温变速度的精确控制，用于模拟叶尖间隙传感器的工作环境，以满足叶尖间隙传感器的试验要求，解决了叶尖间隙传感器低温性能的验证问题。
[0050]
2、本发明的装置通过控制器、计算机等设备进行数据的控制和采集，确保了叶尖间隙传感器的工作性能的判定准确性，也为后续现场应用提供了可靠的数据支持。
[0051]
3、本发明的方法通过对低温氮气压力和进气面积的控制，能实现实验箱内快速温变及其温变速度的精确控制，控制方法简单，设置参数少，具有较高的可操作性和通用性，适用于各种传感器的低温快速变温试验。
[0052]
4、本发明的方法通过双层杜瓦瓶提供温度稳定的低温氮气作为冷却工质，进一步提高了试验箱内的温度及其降温速度的控制精度，使降温速度能达到4℃/s，同时也避免了液氮对叶尖间隙传感器工作性能的影响。
[0053]
本发明能实现试验环境的低温快速温变，以精确模拟叶尖间隙传感器的工作环境，从而在叶尖间隙传感器投入应用前有效验证其工作性能。
附图说明
[0054]
图1是本发明一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验装置的主结构示意图；
[0055]
图2是本发明一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验装置中供气管路的布置图；
[0056]
图3是本发明一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验装置中杜瓦瓶的液氮管路示意图；
[0057]
图4是本发明一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验方法的流程图。
[0058]
图中，1试验箱，2保温层，3顶盖，4密封件，5传感器安装件，6温度传感器，7双层杜瓦瓶，71液氮管路，72储气罐，73储液罐，8第一供气管路，9第一电磁阀，10第二供气管路，11第二电磁阀，12第三供气管路，13第三电磁阀，14液氮罐，15第四电磁阀，16低温氮气罐，17第五电磁阀，18真空泵，19第六电磁阀，20常温氮气罐，21气压阀，22排气管路，23控制器，24触摸屏，25叶尖间隙传感器，26线缆，27试验采集设备，28计算机，29模拟叶片，30线缆孔。
具体实施方式
[0059]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0060]
请参见附图1，一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验装置，包括试验箱1、密封件4、传感器安装件5、温度传感器6、工质供给组件、工质置换组件、排气管路22和控制器23；试验箱1上预留线缆孔30并能通过密封件4密封，模拟叶片29及其叶尖间隙传感器25和温度传感器6均通过传感器安装件5安装在试验箱1内，叶尖间隙传感器25的线缆26通过线缆孔30引出试验箱1并外接试验采集设备27；请参见附图2，试验箱1上形成有若干个不同口径的工质进口，工质供给组件的若干根供气管路分别通过电磁阀经若干个工质进口与试验箱1连通，使工质供给组件将低温(-196℃)的氮气(即试验工质)输入试验箱1内；排气管路22与试验箱1连通，排气管路22上设有气压阀21，工质置换组件与试验箱1连通；控制器23与温度传感器6、工质供给组件和工质置换组件电连接。
[0061]
优选的，控制器23可采用现有技术的plc控制设备，且控制器23上设有触摸屏24，便于人机交互。试验采集设备27可采用与叶尖间隙传感器25相匹配的传感器驱动与采集调理模块，传感器驱动与采集调理模块可通过串口线束连接至计算机28，便于传感器数据的采集、传输和存储。
[0062]
优选的，温度传感器6在安装时，应当安装在叶尖间隙传感器25附近，且远离工质进口，确保温度传感器6测量出叶尖间隙传感器25附近的温度的准确性，同时最大程度的避
免气流直接喷射带来的干扰。
[0063]
请参见附图3，所述的工质供给组件包括双层杜瓦瓶7、第一供气管路8、第一电磁阀9、第二供气管路10、第二电磁阀11、第三供气管路12和第三电磁阀13；双层杜瓦瓶7的下层通过储液罐73注满液氮，双层杜瓦瓶7的上层通过储气罐72注满低温氮气，储液罐73上形成有若干根液氮管路71，液氮管路71呈螺旋状环绕在储气罐72外部，使储气罐72内充满汽化形成的低温(-196℃)氮气；第一供气管路8通过第一电磁阀9连接在储气罐72和试验箱1之间，第二供气管路10通过第二电磁阀11连接在储气罐72和试验箱1之间，第三供气管路12通过第三电磁阀13连接在储气罐72和试验箱1之间。供气管路及其电磁阀的数量可根据降温速度的要求确定，供气管路的尺寸可根据工质进口的尺寸确定，打开电磁阀，低温(-196℃)氮气通过供气管路经工质进口进入试验箱1内，通过电磁阀开关、数量及其开度的控制，结合工质进口的口径即可调节氮气进入试验箱1的流量，从而控制低温(-196℃)氮气对试验箱1内部试验环境的降温速度。液氮管路71能增大液氮与外界环境的换热面积，加速液氮汽化过程，液态氮通过液氮管路71向上并转化成气态氮，同时，在汽化过程还能够吸走储气罐72内氮气的热量，使储气罐72内的氮气一直维持在临界温度不变。同时，若干根供气管路分别与储气罐72连通，从而使输入试验箱1内的氮气保持-196℃，有利于降温速度的精确控制。由于双层杜瓦瓶7的上下层交界面上汽化氮和液化氮同时存在，储气罐72的氮气温度约为-196℃，即为氮气的临界温度。
[0064]
所述的储液罐73通过管路经第四电磁阀15连接至液氮罐14连通，液氮罐14内注满液氮，可为储液罐73补充供给液氮。
[0065]
所述的储气罐72通过管路经第五电磁阀17连接至低温氮气罐16，低温氮气罐16内注满低温(-196℃)氮气，能对储气罐72内的低温氮气进行补给，也能更精确的控制输入试验箱1内的-196℃氮气温度和压力，从而有利于对试验箱1内降温速度的控制。
[0066]
所述的工质置换组件包括真空泵18和常温氮气罐20；真空泵18通过管路与试验箱1连通，常温氮气罐20通过管路经第六电磁阀19与试验箱1连通，常温氮气罐20内注满常温氮气；真空泵18和常温氮气罐20分别与控制器23电连接。通过控制器23控制真空泵18的启停，使真空泵18能将试验箱1内抽至真空状态，防止试验箱1内空气中含有的水蒸气在快速降温和低温状态下凝结成冰，从而避免叶尖间隙传感器25表面结冰对试验结果的影响甚至导致叶尖间隙传感器25失效的问题。试验箱1抽真空后打开第六电磁阀19，将常温氮气罐20内的常温氮气注入试验箱1内，实现试验箱1内的工质的置换，使试验箱1处于适合试验的氮气环境中。
[0067]
所述的试验箱1的内壁上设有保温层2，试验箱1为开盖式箱体结构，预留有线缆孔30的顶盖3密封罩盖在试验箱1上，传感器安装件5安装在顶盖3的内壁上。试验前，拆下顶盖3，将需要试验验证的叶尖间隙传感器25通过传感器安装件5固定在顶盖3上，同时将模拟叶片29固定在传感器安装件5上，使模拟叶片29正对传感器安装件5的检测端面，再重新盖上顶盖3，线缆26通过线缆孔30引出后通过密封件4将孔隙密封封闭，确保试验箱1内的试验环境与外界环境完全隔离，阻隔试验箱1内外气体的对流换热，从而实现试验箱1内温度的精确控制。
[0068]
请参见附图4，一种叶尖间隙传感器的低温快速温变试验方法，包括以下步骤：
[0069]
步骤1：根据试验的快速温变要求，通过控制器23的触摸屏24设定温变参数。温变
参数包括温变阶段次数s、以及每个温变阶段中的起始温度t1、终止温度t2、温变时间hd和保温时间h
hold
。
[0070]
针对较大的温变范围和较高的温变速率的试验要求，可以设置多个(s次)温变阶段进行分步降温，起始温度t1和终止温度t2可根据具体每一阶段的温变试验需求设定，且t1≥t2。保温时间h
hold
可根据具体试验需求设定。
[0071]
步骤1.1：设定试验箱1内的气压临界值为p0，当试验箱1内的气压压力超过气压临界值p0时，气压阀21自动打开并通过排气管路22排气，确保试验箱1内的气压压力始终保持在安全范围内。p0为常量，可根据试验箱1的安全性能要求通过气压阀21设定。
[0072]
步骤1.2：双层杜瓦瓶7上层的储气罐72输入试验箱1内的低温氮气的温度为tn、压力为pn、密度为ρn，设定工质进口的直径为d，单位时间内的低温氮气质量流量q(忽略供气管路上的沿程阻力损失)的计算公式为：
[0073]
q＝π*d2*[ρn*(p
n-p0)/2]
0.5
ꢀꢀ
公式1。
[0074]
其中，pn≥p0。
[0075]
此时低温气体的进气面积为π*d2*/4。
[0076]
工质进口的打开数量及其口径可根据温变速度要求选择。请参见附图2，若试验箱1底部设置三个口径分别为d1、d2、d3的工质进口，当三个工质进口全开时，试验箱1内的温变速度最大，适用于快速温变阶段，此时单位时间内进入试验箱1内的低温氮气质量流量q1为：
[0077]
π*(d
12
d
22
d
32
)*[ρn*(p
n-p0)/2]
0.5
ꢀꢀ
公式2。
[0078]
此时低温气体的进气面积为π*(d
12
d
22
d
32
)/4。
[0079]
由公式1和2可知，单位时间内通过工质进口进入试验箱1内的低温氮气质量流量q与p
n-p0成正比。
[0080]
步骤1.3：计算从起始温度t1降温至终止温度t2所需的降温时间hd，计算公式为：hd＝(t
2-t1)/u
ꢀꢀ
公式3。
[0081]
其中，u为理想温变速度，可根据试验对快速温变速度的要求确定。
[0082]
步骤2：设定每一快速温变阶段中试验箱1快速温变的试验过程。
[0083]
步骤2.1：计算传感器安装件5和叶尖间隙传感器25的体积v。可先对传感器安装件5和叶尖间隙传感器25的各项尺寸进行测量，并根据其形状相应的体积计算公式进行计算，此处不再赘述。
[0084]
步骤2.2：计算传感器安装件5和叶尖间隙传感器25从起始温度t1降温至终止温度t2所需释放的热量h
out
，计算公式为：
[0085]hout
＝cs*ρs*v*(t
2-t1)
ꢀꢀ
公式4。
[0086]
其中，cs为传感器安装件5和叶尖间隙传感器25的比热容，ρs为传感器安装件5和叶尖间隙传感器25的密度。
[0087]
步骤2.3：计算从起始温度t1降温至终止温度t2低温氮气所需吸收的热量h
in
，计算公式为：
[0088]hin
＝k*h
out
ꢀꢀ
公式5。
[0089]
其中，k为热量吸收系数，k为常量，且k》》1，即低温氮气用于冷却传感器安装件5和叶尖间隙传感器25所吸收的热量仅为很小一部分，绝大部分的吸收热量均用于冷却试验箱
1内试验环境的快速温变，甚至还未发生温变作用即通过排气管路22排出试验箱1。
[0090]
在试验开始时，可设定k＝k0，k0＝a*s1/s0，其中，a为经验系数，1≤a≤1.5经验系数a反映了试验箱1的密封和隔热性能，如果试验箱1的密封隔热性能好，则a适当取较小值，否则取较大值，，s1为试验箱1的外表面积，s0为传感器安装件5的表面积。
[0091]
步骤2.4：计算从起始温度t1降温至终止温度t2所需低温氮气的质量流量q2，计算公式为：
[0092]
q2＝h
in
/[hd*cn*(t
2-t1)]
ꢀꢀ
公式6。
[0093]
步骤2.5：计算从起始温度t1降温至终止温度t2低温氮气的所需进气面积s，计算公式为：
[0094]
s＝q2/[2*ρn*(p
n-p0)]
0.5
ꢀꢀ
公式7。
[0095]
其中，cn为低温氮气的比热容。
[0096]
根据公式7可知，进气面积s和低温氮气的气压pn为变量，在其他参数确定的情况下，通过控制储气罐72内低温氮气的气压pn，并改变低温氮气的进气口径和相应供气管路的电磁阀开度，即可控制输入试验箱1内的低温氮气质量流量q2，即可实现试验箱1的不同温变速度的精确控制。
[0097]
步骤2.6：根据所需进气面积s选择工质进口的数量和口径。该所需进气面积s与试验箱1的进气面积π*d2*/4或π*(d
12
d
22
d
32
)/4相当，进而可计算得到工质进口的数量及其口径。
[0098]
步骤3：将叶尖间隙传感器25和模拟叶片29安装在试验箱1的顶盖3上，叶尖间隙传感器25的线缆26通过线缆孔30引出并连接至试验采集设备27，试验采集设备27连接计算机28，打开试验采集设备27，对叶尖间隙传感器25进行工作状态检查，若试验采集设备27采集到的电压信号为直流信号或慢变信号，则叶尖间隙传感器25的工作状态正常，否则为工作状态异常，需要检修或更换叶尖间隙传感器25。
[0099]
步骤4：盖上顶盖3，通过密封件4密封线缆孔30，并确认试验箱1的气密性是否良好，若是，则执行步骤5，若否，则重新对试验箱1的顶盖3和线缆孔30进行密封。
[0100]
所述的试验箱1的气密性的检测方法是：通过控制器23的触摸屏24控制工质置换组件运行，使工质置换组件的真空泵18将试验箱1内抽真空，使试验箱1内的真空度达到p0及以下，并至少能保持时间hv，则认为试验箱1的气密性良好，并通过常温氮气罐20向试验箱1内输入常温氮气；否则认为试验箱1的气密性不符合要求。
[0101]
步骤5：启动快速温变试验，通过温度传感器6和控制器23计算得到实际降温速度u’，并判断快速温变试验的实际降温速度u’是否与理想降温速度u一致，即u’＝u；若是，则执行步骤6；若否，则重新设定热量吸收系数k，并返回步骤2。
[0102]
所述的热量吸收系数k的重设方法是：若u’＞u，则重设k＝k1，且k1＜k0；若u’＜u，则重设k＝k2，且k2＞k0。
[0103]
所述的热量吸收系数k的重设方法是：若u’≠u，则重设k＝k0*u/u’。
[0104]
步骤6：通过控制器23监控并记录试验箱1内的温度和压力数据、双层杜瓦瓶7内的压力数据、以及电磁阀的开合及其开度数据，通过计算机28记录试验采集设备27采集到的快速温变过程中叶间隙传感器25的间隙信号数据。
[0105]
步骤7：根据步骤6中的数据评定叶间隙传感器25在低温快速温变条件下的工作性
能。
[0106]
实施例1：
[0107]
试验箱1的底部设有三个工质进口，分别是：直径为d1并连接第一供气管路8的工质进口、直径为d2并连接第二供气管路10的工质进口和直径为d3并连接第三供气管路12的工质进口。则根据公式2，单位时间内进入试验箱1内的低温氮气质量流量q1为π*(d
12
d
22
d
32
)*[ρn*(p
n-p0)/2]
0.5
。其中，d1＝d2＝d3＝20mm，ρn＝802.6993kg/m3，p0＝1bar。
[0108]
叶间隙传感器25为光纤传感器，其低温快速温变试验要求为：温度范围-50℃～-170℃，平均降速速率需达到4℃/s，即u＝4℃/s。
[0109]
由于温变范围较大，降温速度较快，快速温变分两个阶段完成，即s＝3。
[0110]
在第一阶段中：温变范围为-50℃(t1)～-90℃(t2)。具体温变步骤为：
[0111]
i、试验箱1内常规降温至-50℃，并在-50℃保温10min，使叶尖间隙传感器25实现充分的热交换，保证叶尖间隙传感器25及其传感器安装件5的内外温度均匀。
[0112]
ii、降温时间hd＝(t
2-t1)/u＝10s，快速降温10s使试验箱1内从-50℃(t1)降至-90℃(t2)，并在-90℃保温10min。
[0113]
在第一阶段中，略去圆角、螺纹和紧固螺钉等结构，可认为传感器安装件5和叶尖间隙传感器25为圆柱结构，其体积为v＝0.0012m3；已知ρs＝8900kg/m3，cs＝390j/(kg
˙
k)，由公式4，计算传感器安装件5和叶尖间隙传感器25从起始温度t1降温至终止温度t2所需释放的热量h
out
＝163kj；已知试验箱1腔体约为圆柱体，截面直径约为0.5m，高约为0.5m，则试验箱1的内表面积约为0.1963m2，设热量吸收系数k的初值为试验箱1与传感器安装件5的表面积之比，经验系数a＝1，即k0＝25。根据公式6：计算从起始温度t1降温至终止温度t2所需低温氮气的质量流量q2＝h
in
/[hd*cn*(t
2-t1)]＝5.1089kg/s。
[0114]
根据公式7：从起始温度t1降温至终止温度t2低温氮气的所需进气面积s＝q2/[2*ρn*(p
n-p0)]
0.5
＝5.1/(p
n-p0)
0.5
＝4*10-4
m2，因此，在第一阶段的温变过程中，可采用全开第一电磁阀9和第二电磁阀11，使低温氮气通过第一供气管路8和第二供气管路10进入试验箱1内，低温氮气的压力pn控制在1bar，即可满足第一阶段的降温速度和温度要求。
[0115]
在第二阶段中：温变范围为-90℃(t1)～-130℃(t2)。具体温变步骤为：
[0116]
i、试验箱1在-90℃保温10min，使叶尖间隙传感器25实现充分的热交换，保证叶尖间隙传感器25及其传感器安装件5的内外温度均匀。
[0117]
ii、降温时间hd＝(t
2-t1)/u＝10s，快速降温10s使试验箱1内从-90℃降至-130℃。
[0118]
在第二阶段中，略去圆角、螺纹和紧固螺钉等结构，可认为传感器安装件5和叶尖间隙传感器25为圆柱结构，则体积为v＝0.0012m3；由公式4，计算传感器安装件5和叶尖间隙传感器25从起始温度t1降温至终止温度t2所需释放的热量h
out
＝163kj；随着快速变温试验箱内温度的不断降低，其与外界环境的热交换不断加剧，则第二阶段中设热量吸收系数k的初值为试验箱1与传感器安装件5的表面积之比乘以经验系数，a＝1.5，即k0＝38。根据公式6：计算从起始温度t1降温至终止温度t2所需低温氮气的质量流量q2＝h
in
/[hd*cn*(t
2-t1)]＝7.7655kg/s。
[0119]
根据公式7：从起始温度t1降温至终止温度t2低温氮气的所需进气面积s＝q2/[2*ρn*(p
n-p0)]
0.5
＝7.7/(p
n-p0)
0.5
＝6.1*10-4
m2，因此，在第二阶段的温变过程中，可采用全开第二电磁阀11和第三电磁阀13，使低温氮气通过第二供气管路10和第三供气管路12进入试
验箱1内，低温氮气的压力pn控制在1bar，即可满足第二阶段的降温速度和温度要求。
[0120]
在第三阶段中：温变范围为-130℃(t1)～-170℃(t2)，具体温变步骤为：
[0121]
i、试验箱1在-130℃保温10min，使传感器实现充分的热交换，保证内外温度均匀。
[0122]
ii、降温时间hd＝(t
2-t1)/u＝10s，快速降温10s使试验箱1内从-130℃(t1)降至-170℃(t2)。
[0123]
在第三阶段中，略去圆角、螺纹和紧固螺钉等结构，可认为传感器安装件5和叶尖间隙传感器25为圆柱结构，则体积为v＝0.0012m3；由公式4，计算传感器安装件5和叶尖间隙传感器25从起始温度t1降温至终止温度t2所需释放的热量h
out
＝163kj；随着快速变温试验箱内温度的不断降低，其与外界环境的热交换不断加剧，则第三阶段中设k的初值为试验箱1与传感器安装件5的表面积之比乘以经验系数，a＝3，即k0＝75。根据公式6：计算从起始温度t1降温至终止温度t2所需低温氮气的质量流量q2＝h
in
/[hd*cn*(t
2-t1)]＝15.3266kg/s。
[0124]
根据公式7：从起始温度t1降温至终止温度t2低温氮气的所需进气面积s＝q2/[2*ρn*(p
n-p0)]
0.5
＝10.2/(p
n-p0)
0.5
＝12*10-4
m2，因此，在第三阶段的温变过程中，可采用全开第一电磁阀9、第二电磁阀11和第三电磁阀13，使低温氮气通过第一供气管路8、第二供气管路10和第三供气管路12进入试验箱1内，并且身高低温氮气的压力pn，将其控制在2bar，即可满足第三阶段的降温速度和温度要求。
[0125]
将叶尖间隙传感器25和模拟叶片29安装在试验箱1的顶盖3上，叶尖间隙传感器25的线缆26通过线缆孔30引出并连接至试验采集设备27，试验采集设备27连接计算机28，经检查，试验采集设备27接收电压大于0.2v，叶尖间隙传感器25的工作状态正常。盖上顶盖3，通过密封件4密封线缆孔30，通过控制器23的触摸屏24控制真空泵18将试验箱1内抽真空，试验箱1内的真空度达到0.020bar及以下，并能保持10min以上，试验箱1的气密性良好，并通过常温氮气罐20向试验箱1内输入常温氮气，将试验箱1内的空气完全置换为常温氮气。
[0126]
通过基于plc技术的控制器23自动控制或通过其触摸屏24手动控制真空泵18个各电磁阀，依次启动三个阶段的快速温变试验，在每个阶段的温变过程中，温度传感器6将试验箱1内的实时温度发送至控制器23，控制器23根据温度变化情况计算该阶段快速温变试验的实际降温速度u’，结果u’＝u＝4℃/s，温变试验按照设定进行。
[0127]
通过控制器23监控并记录试验箱1内的温度和压力数据、双层杜瓦瓶7内的压力数据、以及电磁阀的开合及其开度数据，通过计算机28记录试验采集设备27采集到的快速温变过程中叶间隙传感器25的间隙信号数据。根据上述数据评定叶间隙传感器25在低温快速温变条件下的工作性能，即叶间隙传感器25是否能在低温环境中循环工作。
[0128]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。