在燃气轮机/航空发动机的各项试验中，压力值是重要测量参数之一。而在燃烧室试验中，需要测量燃烧室内部的总压、静压值及火焰筒、头部等的沿程压差值等。通用的压力测量方式是采用压力扫描阀进行测量，使用便捷且稳定，精度可达 0.05%。压力扫描阀是高精度、集成化、-一体式压力测量装置，可同时内置数十个高精度微型压力传感器。AD转换单元将测得的传感器输出值转化为数字信号，微处理器将采集的数据以工程单位传输至以太网。温度传感器实时测量压力扫描阀内部温度，并反馈给微处理器，用于进行温度补偿，保证压力扫描阀测量结果的可靠性，在燃气轮机/航空发动机领域应用广泛。

在燃烧室试验中，当高温高压空气进入燃烧室试验件内，在经过燃烧室头部、过渡段等，沿程的压力值会有所变化，压力会逐渐减低。在燃烧室研发设计中，各个零部件的压力损失设计值需在规定范围内，通常这种压力损失需要比较小。若用压力扫描阀进行测量微压差值时，需要进行二次计算获得压差值，精确可能无法满足要求。

针对这种微压差值精密测量，需要采用更精确、科学的测量方案，以获得更精确的测量试验数据，用以验证燃烧室的设计。压差变送器是表压型压力变送器的一种特殊结构形式。它具有正压和负压两个压力接口，可用于实现变送器正负腔两端压力之差的测量。采用这种方式进行压差值测量时，测量方式更直接，且可减少系统累计误差。

1 设计方案

首先，在试验台进口测量段布置多个压力测点，通过引压管将进口测量段的多个压力测点气体汇流到集气器，以获得一个稳定的燃烧室进口压力值，该压力值作为基准点，如图1中①号线所示。在集气器汇流均压后的气体分为两路给出。一路气流分配给分流稳压器，如图 1 中②号线所示。分流稳压器是将集气器提供的气体先稳压然后分流给多个压差变送器，接至压差变送器的高压测量端，如图 1 中③号线所示。另一路气流接入压力扫描阀的一个通道，可进行进口压力值的测量，如图1中⑧号线所示。在燃烧室试验件内部头部、喷嘴、端盖、火焰筒等布置多个压力测点，各个压力测点通过引压管引出，引出后接入各三通，如图 1中⑤号线所示。三通将气体一分为二，一路接至各压差变送器的低压测量端，如图 1 中④号线所示；另一路接至压力扫描阀的各测量通道，如图 1 中⑥号线、⑦号线所示，可进行燃烧室内部各点的总压、静压值测量。

图 1 为一种压差精密测量的冗余设计方法的原理图。

压差变送器和三通的数量是依据试验中压差测量点数的需求进行布置的。至此，各压差变送器的高压端与低压端均已接入压力测点，燃烧室内部零部件的各压差值可即时获得，压差变送器测量信号单独送至数采系统进行采集。如果在试验过程中某个压差变送器出现故障，也可以通过压力扫描阀的测量值进行差值计算以获得初步的压差值。

 这其中，压力扫描阀可采用温特纳智能压力扫描阀，高性能的气体压力测量装置，测量精度为±0.05%FS。

2 测试数据处理方法

采用压力扫描阀进行压力测量时，测试链路的误差包括压力扫描阀的精度、压力测点的精度。压力测点的精度在常规燃烧试验中可忽略不计。压力扫描阀测量精度为±0.05%FS。压力扫描阀采集的数据为表压，当需要获得绝压时还需要加上当地大气压值。其计算公式为：

Pab=Pair+Pi (1)

公式中：Pab为绝对压力（kPa），Pair为大气压力（kPa），Pi 为压力扫描阀测量表压（kPa）。

当需要获得压差值时，将压力扫描阀测得的前后端数值进行数值减法，计算公式为：

ΔP=Pin-P2i (2)

公式中：ΔP 为压差值（kPa），Pin为前端参考压力（kPa），P2i为后端试验件上各压力（kPa）。

当采用压差变送器进行测量时，压差变送器可直接测得压差值。无需进行数据处理。测试链路中的测量误差包括压差变送器精度、压力测量仪精度。压力测量仪的精度为±0.02%FS。在测试链路中，总的相对误差计算公式为：

δ= δ12+δ22 (3)

式中：δ 为测试总的相对误差，δ1 为前端仪表相对误差，δ2为后端采集设备相对误差。

绝对压力相对误差计算公式为：

 式中：δPab 为绝对压力的相对误差，δPair 为大气压力的相对误差，δPi为压力扫描阀测量表压的相对误差。

3 数据结果

本测量方案已经在某型重型燃气轮机燃烧室全温全压试验中加以应用，其中压差值为燃烧室试验件腔内顶部压力与试验件入口压力的差值，整个试验件布置数十个压力测点。取试验的两组数据进行展示说明。采用压差变送器与压力扫描阀测量的数据如表1所列。

由表 1 可知，针对总的相对误差值而言，压差变送器比压力扫描阀的值小。压差变送器测得压差值比压力扫描阀计算值小。两种测量方案均获得了压差值，其中压力扫描阀可获得单点绝压值。

该测量方法在3个方面进行了创新。

1. 采用了压差变送器与压力扫描阀共同进行压差值的测量。压差变送器测量结果累计误差小、测量精度高、可直接获得压差值；压力扫描阀测量精度次之，可直接获得测点压力值。两种测量设备冗余布置，均可测量压差值。采用压差变送器测量压差时，其总的相对误差值更小，精度更高。

2. 本测量方法设计了分流稳压器用于压力气流的均压及分流的作用，使得压差测量方案、冗余功能得以实现。

3. 通过冗余设计思路，当其中一个方案在试验过程中失效时，另外一个方案也可获得试验数据，确保试验任务完成。

采用压差变送器对压力损失值进行直接测量，同时采用压力扫描阀进行辅助测量。该设计方案测量精度高，冗余可靠，已获得大量试验数据。但是，整个设计方案的测量管路存在较多的接头，容易出现气体泄漏的问题，在实施本方案前，需要对管路进行查漏，避免压力测量不准确。

引用自《一种燃气轮机燃烧室压差精密测量的冗余设计》作者 周 辉等