内燃机活塞表面的温度数据是活塞热负荷评价和可靠性设计以及缸内燃烧和传热分析的重要基础数据。但限于内燃机复杂的结构以及活塞恶劣的工作环境,活塞表面温度测量十分困难。针对这一问题,本文系统研究了微秒级快速响应热电偶的制作,及其在测量活塞表面温度时的引入误差问题,研制了高速无线测温控制器件,集成开发了内燃机活塞表面温度遥测系统,并完成了系列测试和上机实验。首先,针对活塞表面温度的周期瞬变特性,以及封闭、耐高压、耐高温等特殊要求,本文依据平行导线薄膜热电偶和同轴薄膜热电偶两种结构,对其核心的绝缘工艺进行了分析研究,包括PECVD化学气相沉积SiO2绝缘膜,精密机械加工绝缘基体,内外电极灌封环氧树脂绝缘层等,最终优化提出了平行导线薄膜热电偶结构配合Al2O3绝缘基体的工艺方案,并研制出了热电偶样件。其静态标定和动态标定实验结果表明,该平行导线薄膜热电偶的塞贝克系数为47.6μV/℃,热电势与温度之间展现出强相关的线性关系,动态响应时间为0.38ms。其次,基于三维传热仿真模型,针对热电偶接触式测温的引入误差问题,量化定义了热电偶接触式测温的引入误差,建立了引入误差评价指标体系,对比分析了典型热电偶测量42CrMo活塞表面温度的引入误差。计算结果表明,盲孔安装情况下,随着安装深度的增加,瞬态测温的引入误差减小;在通孔安装的情况下,偶丝热扩散系数与被测活塞热扩散系数趋于一致,并且基体和套管热扩散系数略大于被测活塞热扩散系数时引入误差最小。为了弱化热电偶测温的引入误差,提出了引入误差最小化的热电偶匹配设计方法,以及引入误差校正算法。最后,针对内燃机活塞封闭、高温、强振动、强电磁干扰环境,开发了一套活塞表面瞬态温度遥测系统,实现了在105℃的环境温度下,8通道10k Hz的采样频率采集活塞温度的目标。开展了耐温、抗振和耐久测试,以及上机试验,试验结果证明:该测温系统能够可靠实现活塞瞬态温度测量,并表明在恒定扭矩下,测点温度随发动机的转速升高而升高;在恒转速下,随着扭矩的增加,测点温度也逐渐增大。综上,本文成功研发了内燃机活塞表面瞬态温度遥测系统,其中包括响应时间0.38ms,耐温500℃左右的热电偶;8通道高频的采集器以及实时显示、存储数据的上位机。利用该系统基本实现了对活塞表面温度的测量,为瞬态温度遥测系统的改进和升级提供了坚实的基础。