深低温叶尖间隙传感器的循环寿命试验方法
阅读说明：本技术 深低温叶尖间隙传感器的循环寿命试验方法 (Cycle life test method of deep low-temperature blade tip clearance sensor ) 是由 李刚 周恩民 沈嘉琪 张文 徐宇峰 何文信 张金龙 洪兴福 闻翔 雷鹏飞 郁建峰 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种深低温叶尖间隙传感器的循环寿命试验方法,包括步骤：步骤1：将模拟叶片(6)、第一温度传感器(7)和深低温叶尖间隙传感器(8)密封且独立封装在深冷箱(1)内；步骤2：通过温控组件设定循环寿命试验的变温过程参数,并根据变温过程参数计算低温下保温时间H-(dhold)和高温下保温时间H-(uhold)；步骤3：温控组件实现深冷箱(1)内的循环升温和降温；步骤4：在深冷箱(1)内升温和降温循环进行的过程中,温控组件实时采集数据。本发明能有效控制深低温叶尖间隙传感器试验环境的升温和降温速度,真实模拟深低温叶尖间隙传感器的工作环境,确保深低温叶尖间隙传感器的性能验证结果的有效性和准确性。(The invention discloses a cycle life test method of a deep low temperature tip clearance sensor, which comprises the following steps: step 1: the simulation blade (6), the first temperature sensor (7) and the cryogenic tip clearance sensor (8) are sealed and independently packaged in the cryogenic box (1); step 2: setting temperature-changing process parameters of a cycle life test through the temperature control assembly, and calculating the heat preservation time H at low temperature according to the temperature-changing process parameters dhold And holding time at high temperature H uhold (ii) a And step 3: the temperature control component realizes the circulating temperature rise and temperature reduction in the cryogenic box (1); and 4, step 4: in the process of circularly carrying out temperature rise and temperature fall in the cryogenic box (1), the temperature control component collects data in real time. The method can effectively control the temperature rising and cooling speed of the test environment of the cryogenic tip clearance sensor, truly simulate the working environment of the cryogenic tip clearance sensor, and ensure the validity and accuracy of the performance verification result of the cryogenic tip clearance sensor.)
技术领域
本发明涉及一种旋转机械部件的检测方法，尤其涉及一种深低温叶尖间隙传感器的循环寿命试验方法。
背景技术
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，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发生变化。因此，对叶尖间隙的实时在线监测对提高旋转机械性能、保障旋转机械安全运行具有重要的意义。
旋转机械的应用环境复杂多样，应用于低温氮气压缩机(环境温度变化范围可达25℃～-196℃)的叶尖间隙的实时在线监测包括叶片的深低温运行性能、叶片的深低温循环寿命等。当低温氮气压缩机不工作时，其温度为室温(约25℃)；当低温氮气压缩机开始工作后，其温度会缓慢降至-196℃，-196℃为氮气转变为液氮的临界温度；而当低温氮气压缩机再次停止工作后，其温度又会缓慢上升至室温。低温氮气压缩机每启停机一次所引起的大范围温变对叶尖间隙测量系统的温度适应性的要求极高。为保证叶尖间隙传感器能够在大范围温变的严苛条件下长时间正常工作，需要验证叶尖间隙传感器在该工作温变范围内的循环寿命。目前，实现常温到-196℃温度范围内循环变温的试验方案主要为：将叶尖间隙传感器由室温环境直接浸入液氮环境中，待叶尖间隙传感器温度降至-196℃后取出，再将其置于室温环境中并升温至室温，从而完成一次变温过程。但该试验方案的升降温速率过快，与叶尖间隙传感器实际工作时的温变状态不同，且叶尖间隙传感器工作于气体环境中，并非液氮环境，故现有技术的叶尖间隙传感器深低温循环寿命试验方案的模拟环境与实际环境不符，导致试验结果的误差较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深低温叶尖间隙传感器的循环寿命试验方法，能有效控制深低温叶尖间隙传感器试验环境的升温和降温速度，真实模拟深低温叶尖间隙传感器的工作环境，确保深低温叶尖间隙传感器的性能验证结果的有效性和准确性。
本发明是这样实现的：
一种深低温叶尖间隙传感器的循环寿命试验方法，该循环寿命试验方法采用深低温叶尖间隙传感器的循环寿命试验装置实现，所述的循环寿命试验装置包括深冷箱、模拟叶片、第一温度传感器、深低温叶尖间隙传感器和温控组件；
所述的深低温叶尖间隙传感器的循环寿命试验方法包括以下步骤：
步骤1：将模拟叶片、第一温度传感器和深低温叶尖间隙传感器密封且独立封装在深冷箱内；
步骤2：通过温控组件设定循环寿命试验的变温过程参数，并根据变温过程参数计算低温下保温时间Hdhold和高温下保温时间Huhold；
步骤3：温控组件实现深冷箱内的循环升温和降温；
步骤4：在深冷箱内升温和降温循环进行的过程中，温控组件实时采集数据。
所述的步骤1包括以下分步骤：
步骤1.1：判断循环寿命试验箱的变温范围和密封性能是否均满足试验要求，若是，则执行步骤1.2，若否，则更换满足试验要求的循环寿命试验箱；
步骤1.2：将模拟叶片、第一温度传感器和深低温叶尖间隙传感器密封封装在密封件内；
步骤1.3：将密封件安装在深冷箱内；
步骤1.4：第一温度传感器和深低温叶尖间隙传感器的线缆引出密封件和深冷箱；
步骤1.5：连接深低温叶尖间隙传感器和第一温度传感器到温控组件；
步骤1.6：将深冷箱内部与外界隔离。
所述的循环寿命试验箱的变温范围的要求是：循环寿命试验中深低温叶尖间隙传感器的最低试验温度为Tmin、最高试验温度为Tmax，则深冷箱内的实时温度T满足Tmin≤T≤Tmax。
所述的循环寿命试验箱的密封性能的要求是：在深冷箱内的温度达到最低试验温度的情况下，深冷箱传递至密封件的热量Q”与线缆引出部位向外界传递的热量最大值qmax之间满足Q”＞qmax；深冷箱传递至密封件的热量Q”包括降温阶段深冷箱传递至密封件的降温热量Q1和升温阶段深冷箱传递至密封件的升温热量Q2；
所述的降温阶段深冷箱传递至密封件的降温热量Q1的计算公式为：
其中，k1箱体降温热量Q’用于密封件的降温系数，k1为常量且k1≥1；S1为密封件的外表面积，S为深冷箱的内表面积；
Q’为深冷箱试验腔体内温降所需要的箱体降温热量，Q’的计算公式为：
其中，U为降温速度，ρ为氮气的密度，Cp为氮气的比热容，d为深冷箱的内部直径，l为深冷箱的内壁高度；
所述的升温阶段深冷箱传递至密封件的升温热量Q2的计算公式为：
其中，k2为深冷箱试验腔体内升温所需要的热量W’用于密封件的升温系数，k2为常量且k2≥1；
W’为深冷箱试验腔体内升温所需要的热量，W’的计算公式为：
其中，U’为升温速度；
所述的线缆引出部位向外界传递的热量q的计算公式为：
其中，λ为线缆的导热系数，D为线缆的直径，T为深冷箱内的实时温度，T3为深冷箱的外界环境温度；
当深冷箱内的实时温度T降至降温终止温度T2时，线缆引出部位向外界传递的热量达到最大值qmax。
所述的步骤2中，变温过程参数包括：降温起始温度T1、降温终止温度T2、降温时间Hd、降温速度U、升温起始温度T1’、升温终止温度T2’、升温时间Hu、升温速度U’和升降温重复次数s；
所述的降温时间Hd的计算公式是：
所述的升温时间Hu的计算公式是：
在降温阶段，所述的低温下保温时间Hdhold的计算方法是：
步骤S1-1：在深冷箱内从降温起始温度T1降至降温终止温度T2时，计算密封件的理想降温温度T4，计算公式为：
其中，Cps为密封件的比热容，ρs为密封件的密度；
步骤S1-2：采用集总参数法表示密封件的变温过程；
所述的密封件变温过程的集总参数法表示公式为：
其中，λ1为密封件的导热系数，S1为密封件的外表面积，V1为密封件的体积，τ为密封件的温度从t1变化为t2所需要的时间；t1为深冷箱内从降温起始温度T1降至降温终止温度T2时密封件的理想降温温度，t2为深低温叶尖间隙传感器的降温试验温度；
步骤S1-3：当t2＝Tmin时，根据公式(6)计算密封件的温度从t1变化为t2所需要的时间τ，该时间τ即为低温下保温时间Hdhold；
在升温阶段，所述的高温下保温时间Huhold的计算方法是：
步骤S2-1：在深冷箱内从升温起始温度T1’升至升温终止温度T2’时，计算密封件的理想升温温度T5，计算公式为：
步骤S2-2：采用集总参数法表示密封件的变温过程；
所述的密封件变温过程的集总参数法表示公式为：
其中，τ’为密封件的温度从t1’变化为t2’所需要的时间，t1’为深冷箱内从升温起始温度T1’升至升温终止温度T2’时密封件的理想升温温度，t2’为深低温叶尖间隙传感器的升温试验温度；
步骤S2-3：当t2’＝Tmax时，根据公式(6-1)计算密封件的温度从t1’变化为t2’所需要的时间τ’，该时间τ’即为高温下保温时间Huhold。
所述的步骤3中，所述的温控组件包括数据采集器、计算机、温度控制器和第二温度传感器；所述的循环寿命试验装置还包括氮气罐、电磁阀、加热器和温降供气管道，氮气罐内置-196℃氮气，氮气罐通过温降供气管道与循环寿命试验箱连通，电磁阀设置在温降供气管道上并与温控组件电连接；加热器与温控组件电连接，加热器的加热盘管设置在循环寿命试验箱内部；
所述的深冷箱内进行降温时，步骤3还包括以下分步骤：
步骤3.1.1：计算机计算深冷箱内实现降温速度U所需要的降温热量Q，并根据降温速度U设定理想降温曲线，降温热量Q的计算公式如下：
其中，d为深冷箱的内部直径，l为深冷箱的内壁高度，L为深冷箱的壁厚；T为深冷箱内的实时温度，T3为深冷箱的外界环境温度；Q’为深冷箱试验腔体内降温所需要的热量，ρ为氮气的密度，Cp为氮气的比热容，λb为深冷箱壁面的导热系数，△Q为深冷箱与外界环境换热所消耗的热量；
步骤3.1.2：温度控制器打开电磁阀使氮气罐内的-196℃低温氮气通过温降供气管道进入深冷箱，从而使深冷箱内降温；
步骤3.1.3：通过设置在深冷箱内的第二温度传感器采集深冷箱内的实时温度T，并通过温度控制器发送至计算机，计算机根据实时温度T生成实际降温曲线；
步骤3.1.4：比较理想降温曲线和实际降温曲线，计算密封件在深冷箱降温阶段结束时的实时降温温度T4’与理想降温温度T4的差值，并根据该差值计算电磁阀的剩余开启时间，计算公式为：
其中，τd为密封件由实时降温温度T4’降温至理想降温温度T4所需的时间；
步骤3.1.5：修正深冷箱低温下保温时间Hdhold，低温下保温修正时间Hdhold1为：Hdhold＝Hdhold+τd 公式(9)；
步骤3.1.6：当深冷箱内的温度降至降温终止温度T2后，温度控制器控制电磁阀关闭，深冷箱在降温终止温度T2保温，保温时间长度为低温下保温时间Hdhold1；
步骤3.1.7：低温保温结束后，对深冷箱内进行升温。
在所述的步骤3.1.4中，深冷箱的变温范围处于T2+30<T<T1-30的范围内，且实际降温速度Ud<0.8U时，认为深冷箱可能存在泄漏，需要检修深冷箱。
所述的深冷箱1内进行升温时，步骤3还包括以下分步骤：
步骤S3.2.1：计算机计算深冷箱内实现升温速度U’所需要的升温热量W，升温热量W等于深冷箱试验腔体内升温所需要的热量W’，并根据升温速度U’设定理想升温曲线；
步骤3.2.2：温度控制器打开加热器，使深冷箱内升温；
步骤3.2.3：通过设置在深冷箱内的第二温度传感器采集深冷箱内的实时温度T，并通过温度控制器发送至计算机，计算机根据实时温度T生成实际升温曲线；
步骤3.2.4：比较理想升温曲线和实际升温曲线，计算密封件在深冷箱升温阶段结束时的实时升温温度T5’与理想升温温度T5的差值，并根据该差值计算加热器的剩余开启时间，计算公式为：
其中，τu为密封件由实时升温温度T5’升温至理想升温温度T5所需的时间；
步骤3.2.5：修正深冷箱高温下保温时间Huhold，高温下保温修正时间Huhold1为：Huhold1＝Huhold+τu 公式(9-1)；
步骤3.2.6：当深冷箱内的温度升至升温终止温度T2后，温度控制器13控制加热器关闭，深冷箱在升温终止温度T2保温，高温保温时间长度为低温下保温时间Huhold1；
步骤3.2.7：高温保温结束后，对深冷箱内进行降温。
在所述的步骤3.2.4中，深冷箱的变温范围处于T2+30<T<T1-30的范围内，且实际升温速度Uu<0.8U’，深冷箱可能存在泄漏，需要检修深冷箱。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明由于采用了加热器对箱体进行升温，并采用了-196℃液氮对箱体进行降温，无需将深低温叶尖间隙传感器浸入液氮中，操作更方便，能真实模拟深低温叶尖间隙传感器的应用环境，提高了深低温叶尖间隙传感器的低温循环寿命试验的可靠性，满足深低温叶尖间隙传感器的低温循环寿命试验的要求。
2、本发明由于在升温和降温过程中对箱体内部的温度进行了实时采集监测，并根据实际升温和降温状态对升温和降温过程及其后续的保温过程进行调整，使箱体内的升温和降温速度安全、可控、精确，进一步提高了深低温叶尖间隙传感器的低温循环寿命试验的可靠性。
3、本发明解决了深低温叶尖间隙传感器的低温循环寿命在应用于工业现场前无法有效验证的问题，为后续现场应用提供了有效的数据支持，且能应用于各种类型的传感器的低温循环寿命试验验证。
本发明能有效控制深低温叶尖间隙传感器试验环境的升温和降温速度，通过升温和降温过程的循环控制实现深低温叶尖间隙传感器工作环境的真实模拟，且能在试验过程中根据实际温度变化状态与理想温度变化状态的差值对试验过程进行及时、有效的干预，确保深低温叶尖间隙传感器的性能验证结果的有效性和准确性，也为后续现场应用提供了可靠依据。
附图说明
图1是本发明深低温叶尖间隙传感器的循环寿命试验方法采用的的循环寿命试验装置的工作原理图；
图2是图1中支撑架的立体图；
图3是图1中线缆固定器的剖面图；
图4是本发明深低温叶尖间隙传感器的循环寿命试验方法的流程图。
图中，1深冷箱，2保温层，3排气孔，4顶盖，5密封件，6模拟叶片，7第一温度传感器，8深低温叶尖间隙传感器，9线缆固定器，10数据采集器，11传感器驱动调理模块，12计算机，13温度控制器，14温度显示器，15氮气罐，16电磁阀，17加热器，18第二温度传感器，19温降供气管道，20支撑架，21通孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
请参见附图1，本发明深低温叶尖间隙传感器的循环寿命试验方法采用深低温叶尖间隙传感器的循环寿命试验装置实现，该循环寿命试验装置包括：循环寿命试验箱、密封件5、深低温叶尖间隙传感器8、温控组件、传感器驱动调理模块11、氮气罐15、电磁阀16、加热器17和温降供气管道19；深低温叶尖间隙传感器8密封封装在密封件5内，密封件5设置在循环寿命试验箱内，深低温叶尖间隙传感器8的线缆引出密封件5和循环寿命试验箱并与传感器驱动调理模块11电连接，传感器驱动调理模块11与温控组件电连接；氮气罐15内置-196℃氮气，氮气罐15通过温降供气管道19与循环寿命试验箱连通，电磁阀16设置在温降供气管道19上并与温控组件电连接；加热器17与温控组件电连接，加热器17的加热盘管设置在循环寿命试验箱内部。由于循环寿命试验箱并非密封箱体，循环寿命试验箱中存在空气，在温度发生变化时空气可能凝结成冰或产生水汽，可通过密封件5避免深低温叶尖间隙传感器8表面结冰等现象影响深低温叶尖间隙传感器8的正常运行。
所述的循环寿命试验箱包括深冷箱1、保温层2和顶盖4；深冷箱1为顶部开口的箱体结构，保温层2设置在深冷箱1的内壁上，顶盖4密封连接在深冷箱1的顶部开口处。通过保温层2和顶盖4确保循环寿命试验箱1内的空间为一个相对外界的独立空间，从而满足25℃～-196℃的大幅温变要求。
所述的深冷箱1上设有排气孔3，排气孔3与电磁阀16和加热器17分别位于深冷箱1的两侧端面上，在温度变化的状态下，深冷箱1内的压强状态可能发生变化，为了确保深冷箱1的试验安全，可在压强过大时通过排气孔3适当泄压。将排气孔3以及电磁阀16和加热器17分别设置在深冷箱1的两侧，减少排气过程对升温或降温的影响。
请参见附图3，所述的深冷箱1的顶部设有线缆固定器9，线缆固定器9呈“Ω”形结构，使线缆固定器9的中部弧形结构能匹配贴合在线缆的表面上，线缆固定器9的两端贴合在深冷箱1顶端与顶盖4连接处的保温层2表面上，使线缆在引出位置保持密封状态，且保证线缆固定不摆动，避免影响线缆与第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8的连接可靠性，从而保证了第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8的测量精度。深冷箱1顶端与顶盖4连接处的保温层2可优选为羊毛毡等弹性材料，当顶盖4与深冷箱1盖合后，顶盖4可以压紧保温层2，减小深冷箱1内外的热交换。
所述的温控组件包括第一温度传感器7、数据采集器10、计算机12、温度控制器13和第二温度传感器18；第一温度传感器7密封封装在密封件5内，第一温度传感器7的线缆引出密封件5和深冷箱1并与数据采集器10的输入端连接，传感器驱动调理模块11的输出端与数据采集器10的输入端连接，数据采集器10的输出端与计算机12的输入端连接，计算机12的输出端与带有温度显示器14的温度控制器13的输入端连接，温度控制器13的输出端与电磁阀16和加热器17连接；第二温度传感器18设置在深冷箱1内，第二温度传感器18的输出端与温度控制器13的输入端连接。
数据采集器10采集第一温度传感器7的温度数据和深低温叶尖间隙传感器8的试验数据，并传输至计算机12。计算机12内安装控制软件用于写入温度控制指令，通过计算机12将温度控制指令下发至温度控制器13，温度控制器13可采用现有技术的PLC控制器，温度控制器13根据温度控制指令控制加热器17和电磁阀16的通断，从而控制加热器17为深冷箱1内加热升温或通过电磁阀16为深冷箱1内提供-196℃氮气降温。在升温或降温的过程中，通过第二温度传感器18向温度控制器13反馈深冷箱1内的实时温度，便于控制升温速度和降温速度，确保温度控制精度。同时，由于密封件5的设置，深低温叶尖间隙传感器8的实际工作温度与深冷箱1内的温度存在一定的差异，通过第一温度传感器7实时监控密封件5内的温度变化，以保证深低温叶尖间隙传感器8的低温循环寿命试验变温范围与实际环境温度变化范围吻合。
所述的密封件5内密封封装有模拟叶片6，模拟叶片6面向深低温叶尖间隙传感器8设置，温控组件的第一温度传感器7位于模拟叶片6与深低温叶尖间隙传感器8之间。通过模拟叶片6的设置能验证深低温叶尖间隙传感器8是否能够正常运行并保持良好的工作性能。
所述的密封件5通过支撑架20设置在循环寿命试验箱的深冷箱1内，使密封件5位于加热器17的加热盘管和温降供气管道19的出气口的旁侧，确保升温和降温过程能直接作用于深低温叶尖间隙传感器8。
请参见附图2，所述的支撑架20与密封件5贴合的面上间隔设有若干个通孔21，通过通孔21的矩阵布置，能降低支撑架20对冷热空气的阻隔作用，提高密封件5内深低温叶尖间隙传感器8的温升和温降速率，减少密封件5内外温差。优选的，支撑架20可采用钢架结构。
请参见附图4，一种深低温叶尖间隙传感器的循环寿命试验方法，包括以下步骤：
步骤1：将模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8密封且独立封装在深冷箱1内。
步骤1.1：判断循环寿命试验箱的深冷箱1的变温范围和密封性能是否均满足试验要求，若是，则执行步骤1.2，若否，则更换满足试验要求(即制冷能力更强、工作功率更大)的深冷箱1。
所述的循环寿命试验箱的变温范围的要求是：循环寿命试验中深低温叶尖间隙传感器8的最低试验温度为Tmin、最高试验温度为Tmax，则深冷箱1内的实时温度T满足Tmin≤T≤Tmax。
由于第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8的线缆从深冷箱1和顶盖4之间的接缝处引出，由于线缆本身无保温材料覆盖，无法保证深冷箱1的完全密封，线缆引出部位的热传导速率较快。所述的循环寿命试验箱的密封性能的要求是：在深冷箱1内的温度达到最低试验温度的情况下，深冷箱1传递至密封件5的热量Q”(密封件5的热量包括密封件5内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8的热量，下同)与线缆引出部位向外界传递的热量最大值qmax之间满足Q”＞qmax。其中，深冷箱1传递至密封件5的热量Q”包括降温阶段深冷箱1传递至密封件5的降温热量Q1和升温阶段深冷箱1传递至密封件5的升温热量Q2。
在降温阶段：
所述的深冷箱1传递至密封件5的降温热量Q1的计算公式为：
其中，k1为箱体降温热量Q’用于密封件5(包括密封件5内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)的降温系数，k1为常量且k1≥1，可通过实验测定。一般的，箱体降温热量Q’大部分用于深冷箱1内部的变温，仅有小部分用于密封件5的变温。
S1为密封件5的外表面积，S为深冷箱1的内表面积。
Q’为深冷箱1试验腔体内降温(即由降温起始温度T1变温至降温终止温度T2)所需要的箱体降温热量，Q’的计算公式为：
其中，U为降温速度，ρ为氮气的密度，Cp为氮气的比热容，d为深冷箱1的内部直径，l为深冷箱1的内壁高度。
在升温阶段：
所述的深冷箱1传递至密封件5的升温热量Q2的计算公式为：
其中，k2为深冷箱1试验腔体内升温所需要的热量W’用于密封件5(包括密封件5内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)的升温系数，k2为常量且k2≥1，可通过实验测定；一般的，深冷箱1试验腔体内温升所需要的热量W’大部分用于深冷箱1内部的变温，仅有小部分用于密封件5的变温。
W’为深冷箱1试验腔体内升温(即由升温起始温度T1’变温至升温终止温度T2’)所需要的热量，W’的计算公式为：
其中，U’为升温速度。所述的线缆引出部位向外界传递的热量q的计算公式为：
其中，λ为线缆的导热系数，D为线缆的直径，T为深冷箱1内的实时温度，T3为深冷箱1的外界环境温度。
当深冷箱1内的实时温度T降至降温终止温度T2时，深冷箱1的内外温度相差最大，线缆引出部位向外界传递的热量也达到最大值，即qmax。
步骤1.2：将模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8密封封装在密封件5内。
步骤1.3：将密封件5通过支撑架20安装在深冷箱1内，确保深低温叶尖间隙传感器8靠近加热和制冷的源头位置。
步骤1.4：第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8的线缆引出密封件5，并通过线缆固定器9引出深冷箱1。引出线缆时应确保第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8与其线缆之间的连接可靠性，从而保证参数采集的有效性和准确性。
步骤1.5：连接深低温叶尖间隙传感器8到传感器驱动调理模块11，连接第一温度传感器7到数据采集器10，并通过数据采集器10连接计算机12，打开计算机12的采集软件，观察采集信号的状态，若采集软件中能够正常显示深低温叶尖间隙传感器8的接收电压信号和温度数值，则状态正常，否则需检修或更换深低温叶尖间隙传感器8。
步骤1.6：将顶盖4盖合在深冷箱1上，使深冷箱1内部与外界隔离。确保温控组件各串口的连接状态良好，第二温度传感器18采集的温度数据准确，温度显示器14能正常示数，否则进行检修。
步骤2：通过温控组件的计算机12设定循环寿命试验的变温过程参数，并根据变温过程参数计算低温下保温时间Hdhold和高温下保温时间Hdhold。
变温过程参数由叶尖间隙传感器低温循环寿命试验的需求决定。所述的变温过程参数包括：降温起始温度T1、降温终止温度T2、降温时间Hd、降温速度U、升温起始温度T1’、升温终止温度T2’、升温时间Hu、升温速度U’和升降温重复次数s等参数。
所述的降温时间Hd的计算公式是：
所述的升温时间Hu的计算公式是：
由于深低温叶尖间隙传感器8及第一温度传感器7的线缆与外界环境接触，将外界的热量会从线缆引出部位通过线缆源源不断的传导入深冷箱1内部，因此，密封件5内的实际降温速度与深冷箱1的理想降温速度不一致，需在深冷箱1内降至降温终止温度T2后保温一段时间。
所述的低温下保温时间Hdhold的计算方法是：
步骤S1-1：在深冷箱1内从降温起始温度T1降至降温终止温度T2时，计算密封件5的理想降温温度T4(密封件5的温度包括密封件5内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8的温度，下同)，计算公式为：
其中，Cps为密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)的比热容，ρs为密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)的密度。
步骤S1-2：采用集总参数法表示密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)的变温过程。
所述的密封件5变温过程的集总参数法表示公式为：
其中，λ1为密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)的导热系数，S1为密封件5的外表面积，V1为密封件5的体积，τ为密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)的温度从t1变化为t2所需要的时间，t1为在深冷箱1内从降温起始温度T1降至降温终止温度T2时密封件5的理想降温温度，t2为深低温叶尖间隙传感器8的降温试验温度。
步骤S1-3：当t2＝Tmin时，根据公式(6)计算密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)的温度从t1变化为t2所需要的时间τ，该时间τ即为低温下保温时间Hdhold。
由于深低温叶尖间隙传感器8及第一温度传感器7的线缆与外界环境接触，将外界的热量会从线缆引出部位通过线缆源源不断的传导入深冷箱1内部，因此，密封件5内的实际升温速度与深冷箱1的理想升温速度不一致，需在深冷箱1内升至升温终止温度T2’后保温一段时间。
所述的高温下保温时间Huhold的计算方法是：
步骤S2-1：在深冷箱1内从升温起始温度T1’升至升温终止温度T2’时，计算密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)的理想升温温度T5，计算公式为：
步骤S2-2：采用集总参数法表示密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)的变温过程。
所述的密封件5变温过程的集总参数法表示公式为：
其中，τ’为密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)的温度从t1’变化为t2’所需要的时间，t1’为在深冷箱1内从升温起始温度T1’升至升温终止温度T2’时密封件5的理想升温温度，t2’为深低温叶尖间隙传感器8的升温试验温度。
步骤S2-3：当t2’＝Tmax时，根据公式(6-1)计算密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)的温度从t1’变化为t2’所需要的时间τ’，该时间τ’即为高温下保温时间Huhold。
步骤3：计算机12下发温度控制指令至温度控制器13，温度控制器13根据温度控制指令实现深冷箱1内的循环升温和降温。计算机12的软件控制界面点击开始试验按钮，可通过软件程序控制升温和降温的循环进行。为了确保试验的安全进行，计算机12的软件控制界面上可设置暂停键，按下暂停键后电磁阀16和加热器17均关闭，整个装置停止工作。
所述的深冷箱1内进行降温时，所述的步骤3还包括以下分步骤：
步骤3.1.1：计算机12计算深冷箱1内实现降温速度U所需要的降温热量Q，并根据降温速度U设定理想降温曲线，降温热量Q的计算公式如下：
其中，d为深冷箱1的内部直径，l为深冷箱1的内壁高度，L为深冷箱1的壁厚；T为深冷箱1内的实时温度，T3为深冷箱1的外界环境温度；Q’为深冷箱1试验腔体内降温所需要的热量，ρ为氮气的密度，Cp为氮气的比热容，λb为深冷箱1壁面的导热系数，△Q为深冷箱1与外界环境换热所消耗的热量。
步骤3.1.2：温度控制器13打开电磁阀16使氮气罐15内的-196℃低温氮气通过温降供气管道19进入深冷箱1，从而使深冷箱1内降温。
步骤3.1.3：通过设置在深冷箱1内的第二温度传感器18采集深冷箱1内的实时温度T，并通过温度控制器13发送至计算机12，计算机12根据实时温度T生成实际降温曲线。
步骤3.1.4：比较理想降温曲线和实际降温曲线，计算密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)在深冷箱1降温阶段结束时实时降温温度T4’与理想降温温度T4的差值，并根据该差值计算电磁阀16的剩余开启时间，从而达到精确控制深冷箱1内降温的目的。
采用集总参数法计算电磁阀16的剩余开启时间，计算公式为：
其中，τd为密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)由实时降温温度T4’降温至理想降温温度T4所需的时间。
在所述的步骤3.1.4中，由于深冷箱1主要通过热对流及热传导方式实现变温，当深冷箱1内温度与热交换气体温度相似时，深冷箱1的变温速度会明显下降，这种现象实属正常。然而，若在深冷箱1的快速变温阶段，即深冷箱1的变温范围处于T2+30<T<T1-30的范围内，实际降温速度Ud<0.8U时，认为深冷箱1可能存在泄漏等问题，需要检修深冷箱1。
步骤3.1.5：修正深冷箱1低温下保温时间Hdhold，低温下保温修正时间Hdhold1为：Hdhold＝Hdhold+τd 公式(9)。
步骤3.1.6：当深冷箱1内的温度降至降温阶段的终止温度T2后，温度控制器13控制电磁阀16关闭，深冷箱1在降温终止温度T2保温，保温时间长度为低温下保温时间Hdhold1。
步骤3.1.7：低温保温结束后，对深冷箱1内进行升温。
所述的深冷箱1内进行升温时，所述的步骤3还包括以下分步骤：
步骤S3.2.1：计算机12计算深冷箱1内实现升温速度U’所需要的升温热量W，并根据升温速度U’设定理想升温曲线，由于深冷箱1内部温度低于外界环境温度，深冷箱1与外界环境的对流换热有助于深冷箱1升温速度U’的实现，因此可以认为升温热量W等于深冷箱1试验腔体内升温所需要的热量W’。
步骤3.2.2：温度控制器13打开加热器17，使深冷箱1内升温。
步骤3.2.3：通过设置在深冷箱1内的第二温度传感器18采集深冷箱1内的实时温度T，并通过温度控制器13发送至计算机12，计算机12根据实时温度T生成实际升温曲线。
步骤3.2.4：比较理想升温曲线和实际升温曲线，计算密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)在深冷箱1升温阶段结束时的实时升温温度T5’与理想升温温度T5的差值，并根据该差值计算加热器17的剩余开启时间，从而达到精确控制深冷箱1内升温的目的。
采用集总参数法计算加热器17的剩余开启时间，计算公式为：
其中，τu为密封件5(包括其内部的模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8，下同)由实时升温温度T5’升温至理想升温温度T5所需的时间。
在所述的步骤3.2.4中，由于深冷箱1主要通过热对流及热传导方式实现变温，当深冷箱温度与热交换气体温度相似时，深冷箱1的变温速度会明显下降，这种现象实属正常。然而，若在深冷箱1的快速变温阶段，即深冷箱1的变温范围处于T2+30<T<T1-30的范围内，实际升温速度Uu<0.8U’，深冷箱1可能存在泄漏等问题，需要检修深冷箱1。
步骤3.2.5：修正深冷箱1高温下保温时间Huhold，高温下保温修正时间Huhold1为：Huhold1＝Huhold+τu 公式(9-1)。
步骤3.2.6：当深冷箱1内的温度升至升温终止温度T2后，温度控制器13控制加热器17关闭，深冷箱1在升温终止温度T2保温，高温保温时间长度为低温下保温时间Huhold1。
步骤3.2.7：高温保温结束后，对深冷箱1内进行降温。
步骤4：在深冷箱1内升温和降温循环进行的过程中，温控组件的数据采集器10实时采集数据并传输至计算机12。根据数据采集器10采集的第一温度传感器7的温度数据和第二温度传感器18的温度数据能够更精准、及时的调整深冷箱1内的升温速度、降温速度和保温时间，同时也有利于判断深冷箱1的保温、密封等工作状态，温度信息能实时显示在温度显示器14上。通过传感器驱动调理模块11采集的不同测试温度和循环工况下深低温叶尖间隙传感器8探头的信号输出，可判定深低温叶尖间隙传感器8的工作性能和使用寿命。
实施例1：
本实施例中循环寿命试验的变温范围为25℃～-190℃，循环次数s为200次，降温速度U和升温速度U’均为5℃/min。深低温叶尖间隙传感器8采用光纤传感器。
本实施例中采用的深冷箱1的参数为：圆柱形结构的深冷箱1的内部直径为0.5m、内壁高为0.5m、壁厚为0.1m，为了留有一定的阈值，采用的深冷箱1的最低试验温度Tmin为-195℃，最高试验温度Tmax为30℃。深冷箱1的内表面积S为1.1775m2。圆柱形结构的密封件5的外径为0.1m，高为0.15m，密封件5的外表面积S1为0.0628m2，密封件5的体积V1＝0.0012m3。
第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8的线缆的直径D为0.05m，线缆固定器9的中部圆弧为直径是0.05m的半圆弧形结构，线缆和线缆固定器9的主要材质为铜，铜的比热容为3901J/(kg·K)、密度为8900kg/m3，导热系数λ为397W/(m·K)。
氮气罐15内的氮气的比热容Cp为2000J/(kg·K)，氮气的密度ρ为802.6993kg/m3，k1取1。
根据公式(2)计算得到深冷箱1试验腔体内温降所需要的热量Q’为1.576*106J。
根据公式(1)计算得到深冷箱1传递至密封件5的热量Q1为8.4*104J。
根据公式(3)计算得到线缆引出部位向外界传递的热量qmax为3.4*103J，小于Q1。深冷箱1满足试验要求。
将模拟叶片6、第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8密封封装在密封件5内，将密封件5通过支撑架20安装在深冷箱1内，确保深低温叶尖间隙传感器8靠近加热和制冷的源头位置。第一温度传感器7和深低温叶尖间隙传感器8的线缆引出密封件5，并通过线缆固定器9引出深冷箱1。连接深低温叶尖间隙传感器8到数据采集器10和传感器驱动调理模块11，并连接计算机12，打开计算机12的采集软件，观察采集信号的状态，若采集软件中能够正常显示深低温叶尖间隙传感器8的接收电压信号大于0.2V，温度传感器有正常示数，则状态正常，否则需检修或更换深低温叶尖间隙传感器8。将顶盖4盖合在深冷箱1上，使深冷箱1内部与外界隔离。温控组件各串口无“串口连接正常”提示，温度显示器14能正常示数。
步骤2：通过计算机12设定循环寿命试验的变温过程参数，本实施例中，将降温过程和升温过程设定为两个对称的过程，即降温起始温度T1和升温终止温度T2’均为30℃，降温终止温度T2和升温起始温度T1’均为-195℃。根据公式(4)和公式(4-1)计算得到降温时间Hd和升温时间Hu均为|30-(-195)|/5＝45min。
在降温阶段：
当深冷箱1内结束降温过程后，根据公式(5)计算得到密封件5的理想降温温度T4约为其中密封件5的主要材质为铜。
根据公式(6)计算得到τ＝7.87min，即密封件5在保温7.87min后可降至-190℃及以下，为保留一定的安全裕度，本实施例将低温下保温时间Hdhold设置为20min。
在升温阶段，
根据公式(2-1)计算得到深冷箱1试验腔体内升温所需要的热量W’为1.576*106J。
根据公式(1-1)计算得到深冷箱1传递至密封件5的热量Q2为8.4*104J。
当深冷箱1内结束升温过程后，根据公式(5-1)计算得到密封件5的理想升温温度T5约为
根据公式(6-1)计算得到τ＝7.87min，即密封件5在保温7.87min后升至25℃及以上，为保留一定的安全裕度，本实施例将高温下保温时间Huhold设置为20min。
步骤3：计算机12控制计算机12下发温度控制指令至温度控制器13，温度控制器13根据温度控制指令实现深冷箱1内的循环升温和降温。
比较理想降温曲线和实际降温曲线，深冷箱1降温阶段结束时实时降温温度T4’为-180℃，根据公式(8)计算得出τd＝3min，7.87min+3min<Hdhold＝20min，因此，仍可根据20min进行保温，低温下的保温时间无须修正。
比较理想升温曲线和实际升温曲线，深冷箱1降温阶段结束时实时降温温度T5’为10℃，根据公式(8)计算得出τd＝3.78min，7.87min+3.78min<Huhold＝20min，因此，仍可根据20min进行保温，常温下的保温时间无须修正。
步骤4：在深冷箱1内升温和降温过程的200次循环进行的过程中，数据采集器10实时采集数据并传输至计算机12。
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。
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