航空电子器件电感温升测试分析

刘宇廷

贵阳航空电机有限公司 贵州 贵阳 550009

引言

在复杂作业环境下的航空电子器件，不仅需要同常规工业电子设备一样进行稳定的热分析，还要对其进行瞬态温度场和热学性质的实时检测。通过此种方式，掌握设备的实时运行状态，避免航空电子器件的运行由于温升出现瞬时故障问题。航空电子器件中的电感是一种可以将电能转换成磁能的器件，电感的工作原理与变压器相似，当电感处于无电流流动的情况下，打开电路电感会设法阻止电流从其中流通；当电感处于电流流经的状态时，切断电路，电感可以保证设备处于稳定电流运行状态。

为发挥电感在航空电子器件中更高的价值，实现对其运行中温升的实时感知，本文设计了一种针对航空电子器件电感温升的全新测试方法。

1 航空电子器件电感温升测试设备

为实现对航空电子器件电感温升的测试，应在设计方法前，进行温升测试设备的准备[1]。根据航空电子器件电感温升测试需求，搭建如下图1所示的测试环境。

图1 航空电子器件电感温升测试环境

测试过程中，使用直流恒流电源对航空电子器件电感进行供电，此时，电感在运行中受到外部环境等相关因素的影响，将出现一定程度的直流损耗，由于损耗造成的异常工况会增加航空电子器件电感运行温度。在整个测试过程中，MCU是控制测试平台运行的核心，为确保前端反馈的数据可以在实际应用中发挥预期的效果，满足测试中时效性数据的感知需求。按照下述表1，布置航空电子器件电感温升测试中的电源设备。

表1 航空电子器件电感温升测试点烟设备

在上述内容基础上，设计航空电子器件电感在运行中的采样设备、数据处理设备，通过此种方式，完成对航空电子器件电感温升测试设备的准备。

2 测试方法

2.1 电感温升数据采样

考虑到航空电子器件电感属于实体结构，针对此类结构进行温升数据采样，可采用接触式采样方式。同时，由于航空电子器件电感的磁芯具有较强的导热性，因此，一般电感磁芯内部的运行温度与其表面温度差异较大，为了方便后续测量工作，选择电感磁芯顶部中心点，将其作为温度测量，使用热电偶进行航空电子器件电感温升测试采样。

使用热电偶进行温升采样，应将采样的数据建立在热电效应基础上，通过此种方式采集的温度样本数据包括接触式电势温度与热电势[2]。采样原理如下图2所示。

图2 基于热电偶的航空电子器件电感温升采样

如上述图2所示，将两种具有导体性能的材料对端紧密连接在一起，从而形成一个呈现闭环状态采样回路。当节点温度出现差值时（节点温度1〉节点温度2或节点温度2〉节点温度1），航空电子器件电感在运行的回路中将产生电势，此时航空电子器件电感产生电流，测量端将出现对应的温度差[3]。按照下述计算公式，结合对端产生的温度差，进行航空电子器件电感温升采样：

2.2 采集数据的统一滤波处理

完成对电感温升数据的采样后，采集的数据样本会受到被测信号波形图的影响，出现混入干扰值或噪声值的问题。针对此种问题，可采用对采集数据进行统一滤波处理的方式，进行外界干扰条件的排除。处理过程中，将采样的样本数据或信号进行同比例放大处理。处理过程如下计算公式所示：

式中：X表示放大处理后的采样信号；y表示放大比例；n表示原始信号。在上述处理内容的基础上，进行信号的加权平均处理，处理时，设定一个采样值与加权比例，进行信号的集中处理，数次后即可实现对采集数据的统一滤波处理。此过程如下计算公式所示：

2.3 基于传热定理的温升测试结果输出

在上述设计内容的基础上，引进传热定理，进行航空电子器件电感温升测试结果的输出。在此过程中，考虑到热传的面向对象为航空电子器件电感，因此，输出的温升测试结果只考虑内部热传导效应与空气环境中对流散热效应即可。其中航空电子器件电感的热传导控制方程可以通过热传定理中的傅里叶定律推理得到，此过程如下计算公式所示：

式中：w表示航空电子器件电感的热传导控制方程；表示导体材料的密度；t表示导体在运行中生成热所需的时间；a表示导体散热时与空气的接触面积；b表示导体比热容；d表示导体传热系数；表示结构瞬时温度。在航空电子器件电感出现瞬时温升时，元件的外表面将与空气环境产生对流换热，此时，温升过程存在一定的边界条件，边界条件表达式如下：

3 测试结果与结论

3.1 温度采样结果分析

按照上述设计的航空电子器件电感温升测试方法，对某航空电子器件电感温升进行测试，统计本文方法测试结果与直接接触式温度检测仪测试结果之间的差值，将其作为检验本文采样方法可行性的指标。实验结果如下表2所示。

表2 温度采样结果准确性分析

从上述表2所示的测试结果可以看出，本文设计的航空电子器件电感温升测试方法，在实际应用中得到的温度测试结果与直接接触式温度检测仪检测结果之间的差值在±0.1℃范围内，整体偏差较小，证明本文设计的测试方法对于航空电子器件电感温度测试的结果较为精准。

3.2 电感端温升随时间测量的变化曲线

在此基础上，记录电感端温升随时间测量的变化值，每间隔1.0h进行一次采样，将不同时段的采样点进行连接，得到如下图3所示的电感端温升随时间测量的变化曲线。

从上述图3中可以看出，随着航空电子器件电感运行时间的增加，测试温升值逐步增加，说明两者之间存在某种正比例关系，可将测试结果作为依据，进行航空电子器件电感后续在运行中结构的优化与综合调整。

4 结束语

本文从电感温升数据采样、采集数据的统一滤波处理、基于传热定理的温升测试结果输出3个方面，完成了航空电子器件电感温升测试方法的设计。完成设计后，将该方法测试得到的结果与直接接触式温度检测仪检测结果进行比对，证明该方法通过测试得到的温升数值较为精准。同时，通过进一步的试验证明了航空电子器件电感运行时间与温升值两者存在正比例关系。可在后续的工作中，将本文研究结果作为参照，进一步进行此方法的深化，为航空电子器件电感结构的优化提供技术层面指导。