CN102317795B - 用于调节引线风力计的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有单条引线或n条相互平行的引线(n＞1)的风力计探针，用于近壁测量，对于每条引线，包括：a)用于将引线保持在适当位置的两个引脚(4、6)，每个引脚的端部包括用于定位并紧固引线的平坦区(43)；以及b)引线(2)的笔直部分，钎焊至用于定位并紧固引线的所述平坦区(43)上。

Description

用于调节引线风力计的装置

技术领域

本发明涉及用于执行近壁风力测量的探针的领域。

更具体地，其涉及热线或冷线风力计类型的探针或装置。

其还涉及制造这种探针的方法。

其还涉及用于调节这种探针的供电(supply)和测量的装置。

将首先简要地回忆热线风力测定的原理：根据此技术，用焦耳效应加热直径大体是2至5μm的等级的非常细的金属引线(metal wire)。如果将该引线放在温度低于引线温度的流动中，则引线被强制对流冷却。流动流体的速度和/或温度的波动造成引线的温度的变化，并由此造成其电阻的变化。正是所述变化在测量中被有益地利用。

可以通过电路以不同的方式供应在引线的水平处释放并由此在所述引线与周围环境之间进行交换的电功率，这使得可以定义三种类型的风力计：

-恒电流风力计，

-恒温风力计，

-恒压风力计。

在壁附近进行的测量非常特殊，因为壁通过其存在而影响速度测量。这导致对速度值的过度估计。

用以下方式从物理意义上解释此过度估计。因为引线被过度加热，所以引线被扩散热点包围。当引线与壁之间的距离变得小于包围引线的所述热点的尺寸时，随后出现到壁的能量转移。对于引线，这导致所转移的能量的增加，与没有壁时所执行的校准相比，转移能量的增加与所测量的速度的增加相等。此过大速度的现象从y⁺＝6等级的距离壁的一维距离来表明其本身(将y⁺定义为是到壁的距离除以运动粘度再乘以摩擦速度的乘积)。已经用不同的分析校正来校正被此壁桥接现象影响的测量结果。就这些校正方法根据预期结果来构造(无例外)而言，这些校正方法都具有严重的缺点。因此，其不适用于未确定的流动情况。

示意性地，在Ligrani和Bradshaw在1987年的文献中描述并在图1中示出的一种已知的探针，包括由具有10％的铑的铂合金制成的金属引线200(直径0.625μm的热线)。电流在所述金属引线的有源部分600(加热长度)中通过所述引线，并且，所述引线具有“U”形形状。

将此引线紧固至由Araldite 450粘合剂保持在一起的两个点400、600的端部。通过引线在所述点上的两个焊点(用锡)220获得所述紧固。

两个引脚的端部之间的间距e是0.5mm的等级。

如在图1中可能会看到的，为了中和引脚的这种会聚所造成的阻挡效应，引线限定了一平面，与由点400、600限定的平面相比，该平面以大约15°的角度α倾斜。阻挡效应是流动上的扰动，由于引脚的端部过于靠近而产生。所述扰动影响在有源部分600的水平上进行的任何测量。

因此，一个问题是能够制造改进这种探针的性能的探针。特别地，图1的类型的探针具有抵抗振动和灵敏度方面的问题。

所面临的测量类型的另一方面是过滤效应。当有源区域过于重要时，此效应显现，提供平均的或综合的测量，而不是点测量。

然而，为了限制此过滤现象，一个解决方案在于减小引脚之间的间距，以减小引线的长度。然而，将回忆到，如上面已经指出的，出现阻挡效应，其在流动上造成引脚过于靠近，如Comte-Bellot等人在名为“Onaerodynamic disturbances caused by single hot-wire probes”(ASME，J，Applied Mechanics，vol.38，767-774，1971)的文章中说明的。

在商业上可获得的装置中，也未发现能够解决上述问题的探针，例如，Dantec或TSI公司所出售的探针。

因此，已知的探针(包括商业上可获得的测定风力的组件(典型地，与恒温风力计相关联的2.5μm直径的探针)，在很大程度上不足以测量小规模的湍流，并且，完全不适合近壁测量，例如那些希望执行的。

最后，此类型探针的生产提出许多技术问题，其中大部分是未解决的。

因此，本发明提出的一个问题是，寻找一种可以可再生产的方式获得表现出非常好性能的探针的制造方法。

本发明提出的另一问题是，寻找一种用于以恒定电流调节并对电线风力计供电的装置。

一个具体的操作是被称为“冷线操作”的操作。这包括恒流操作模式，在该模式中，引线被供以的电流非常小。

冷线风力计是已知的。

在这些已知装置中，供电装置包括与引线串联布置的大电阻R，为了当流动速度变化时，在所述引线中保持恒定的电流强度Iw。将引线集成至惠斯登电桥，以精确地测量其电阻Rw；在电桥的顶点收集输出信号。

恒流风力计具有优点。可自由地选择过度加热，其对于温度波动的研究非常重要。还可能通过以下方式来测量背景噪声：用固定电阻器代替引线，然后进行对于测量来说将是必须的校正。另一方面，输出信号以重要的方式被放大。测量原理的通带受到引线的热惯性的影响。

在此类型的操作中，使对引线供电的电流趋向于零值，以尽可能少地加热引线。因此，不再通过对流来冷却引线(就未将其加热来说)，并且，根据以下关系，引线通过其电阻R_引线的值的偏差，变得对周围环境的温度T独特地敏感：

R_引线＝R₀[1+a(T-T₀)]

其中，R₀是探针在参考温度下的电阻，α是电阻随着温度演变的系数。

在此类型的操作中，温差较小，并且，对引线供应的电流非常弱。其只能用来测量引线的端子处的电压，以上升至其电阻值。其通常是50至200μA的等级。因此，由焦耳效应对引线的加热是可忽略的，这是为什么将所述风力计叫做冷线风力计的原因。

以下是此类型的操作所引起的一个问题：所测量的温度偏移，因此必须将探针与热电偶相关联，以测量平均温度。

发明内容

本发明提出了对这些问题的解决方案。

本发明首先涉及一种用于以恒电流调节电线风力计的装置，包括：

-用于供电的装置和用于调节引线和参考电阻的供应电流的装置，

-用于确定探针的引线端子处的信号与参考电阻端子处的信号之间的差异的装置，

-用于维持装置的恒温的装置。

可以将此调节装置应用于如下所述的探针，或替代地应用于其他类型的风力计探针。但是，用如下所述的探针可获得特别令人感兴趣的结果。

例如，引线和参考电阻器是以电流反射镜方式安装的。

用于调节供应电流的装置优选地包括安装有二极管的调节晶体管和一电位计。

本发明还涉及一种具有冷线的温差式风力计，包括：

-风力计，例如，具有上面已经描述的结构，

-以及如上所述的调节装置。

根据一个特定的实施方式，根据本发明的电线风力计包括：

a)用于将引线保持在适当位置的两个引脚，每个引脚的端部包括用于定位并紧固引线的平坦区，

b)引线的笔直部分，钎焊至用于定位并紧固引线的所述平坦区上。

引脚的端部可以至少等于4mm的距离隔开。

引线可以包括直径d在0.35与0.6μm之间的中央芯线、和长度l在0.4mm与0.5mm之间的护套，该护套在引线的一部分上去除，叫做敏感区。

可以将引线钎焊至锡铅类型钎焊的引脚上。

为了解决引线的有源部分破坏的问题，其可具有弯曲的轮廓。

可以将引脚紧固至有减振封套的探针本体。

本发明还涉及一种用于测量流动流体中的温度的方法，包括使用如上所述的温差式风力计，且没有附加的热电偶。

特别地，根据本发明，能通过温差式风力计来测量温度变化和平均温度。

根据另一方面，本发明还使得可能制造这样的探针，其包括直径非常小的引线，以及在引脚之间具有非常大的间距。

因此，本发明使得能以可再生产的方式、通过直径为0.35、0.5或0.625μm的引线来制造探针。

因此，本发明还涉及一种用于近壁测量的具有n条引线(n≥1)的风力计探针，对于每条引线，包括：

a)用于将引线保持在适当位置的两个引脚，每个引脚的端部包括用于定位并紧固引线的平坦区，

b)引线的笔直部分，钎焊至用于定位并紧固引线的所述平坦区上。

引脚的端部可以至少等于4mm的距离隔开。

优选地，引线包括直径d在0.35与0.6μm之间的由铂与铑的合金制成的中央芯线、以及长度在0.4mm与0.5mm之间的银护套，其在引线的一部分上被去除，叫做敏感区。

因此，以上类型的根据本发明的探针可以包括n条(n≥2)引线，其可以是相互平行的。例如，探针包括2或3或4条相互平行的引线。

本发明还涉及一种用于制造用于近壁测量的具有n条引线(n≥1)的风力计探针的方法，包括：

a)将引线的笔直部分定位在两个引脚上，引线包括被保护护套包围的金属芯线，每个引脚的端部包括用于定位并紧固引线的平坦区，

b)将引线钎焊在引脚的每一个上，

c)去除护套的一部分，以突出引线的有源测量区。

步骤b)优选地包括引线的弯曲轮廓的形成。

根据一个实施方式，此步骤b)包括：

-在第一引脚上执行第一钎焊，

-将两个引脚的端部相对隔开，

-在第二引脚上执行第二钎焊，

-释放两个引脚的端部。

根据一个实施方式，步骤c)包括剥去引线的护套，以形成有源测量区，例如：

-用酸剥离的第一步骤，

-然后，电化学剥离的第二步骤。

能执行引线的电阻的测量，以确定其剥离长度。此外，可以通过由可以在其上保持一滴解吸液的引线所形成的环来进行剥离。

在根据本发明的制备引线的方法中，可以提供在温度基本上大于将使用引线的温度处的退火步骤。

至于钎焊，其可以通过热气枪，或通过激光冲击，来执行。

在步骤a)之前，可以提供矫正引线的在前步骤。

在步骤b)之前，可以提供通过在机械应变下(小于几克，例如，6g或5g或4g)放置引线的步骤。

本发明还涉及一种用于测量风力变量的方法，特别是近壁测量，包括使用根据本发明的探针。

附图说明

图1是已知类型的热线探针，

图2A至图2E代表根据本发明的探针的方面，

图3A至图3B代表根据本发明的其他类型的探针，具有两条引线或具有多于两条的引线，

图4至图10代表制造根据本发明的探针的步骤，

图11代表可在本发明的范围内使用的供电和测量电路，

图12和图13是用于根据本发明的温差式风力计的根据本发明的测量曲线。

具体实施方式

在图2A至图2E中示出了根据本发明的探针的一个实例。

根据此实例，探针包括在两个金属引脚4、6的锥形端之间拉伸的引线2，所述金属引脚延伸入圆柱形状的、优选地由陶瓷制成的绝缘本体10中。

更具体地，探针本体10由陶瓷圆柱体构成，例如，其直径可以在2与4mm之间，通过引脚4、6在探针本体中插入直径例如在0.2mm与0.4mm之间的不锈钢针。

将引线2定位在引脚的整平的部分上，如可以在图2C中看到的，图2C代表引脚在侧视图中的形状，其示出了变薄之前(虚线)然后变薄之后(实线)的形状。参考标号43指出所表现的引脚4的整平部分，将引线2的一端钎焊在该部分上。另一引脚6具有相同的端部结构。通过在矫正板上同时使所述两端变薄，来获得所述端部结构。由此限定的两个平坦区形成单个平面。此定位有助于引线的非常好的对准。因此，每个引脚具有基本上圆柱形区段的本体41，圆柱体在端部处被平面43截平，平面43切割引脚基本上沿着其延伸的方向AA′。在圆柱形形状的引脚的情况中，轴线AA′是旋转对称的轴线(图2C)。

此外，引线2具有非常精确的对准，具有几百分之一mm等级的精度。与已知的探针结构(如以上参考图1所说明的)不同，将引线2的笔直部分定位在引脚4、6上。没有必要如图1的情况那样，将引线弯曲成“U”形，这种弯曲会不利地影响装置的精度和再现性。

引线2在引脚4、6上的钎焊是锡铅合金型钎焊。

引脚的暴露长度L大约是15mm的等级，并且，将引脚隔开的距离D基本上等于或大于5mm，且优选地，在5mm与8mm之间，以限制层流达到小于或稍微大于12m/s的气流速度。另一方面，对于高剪切的情况，例如，在射流边界，仅当引脚之间的间距不超过4mm时，才获得良好的行为。超过4mm，由于引线2的银护套(在下面描述其结构)的刚度不足的原因，剪切激励导致引线尺度的大振幅的振动，振动导致引线破坏。

为了减小在处理过程中破坏引线的有源部分的危险，用弹性体管12包覆探针本体，弹性体管12将吸收可传播至非常脆的引线2的波或振动。

事实上，引线2是包括这样的中央芯线20的引线，中央芯线20由铂或铂-铑合金制成，由直径可以在30与80μm之间的银护套22包围，如图2D所示。

中央芯线20的直径非常小，小于0.635μm或0.6μm，例如，0.35μm或0.5μm。所使用的引线优选是“沃拉斯顿极细铂丝(Wollaston wire)”类型的引线，其由铂-铑合金(Pt-10％Rh)构成。不可能没有危险地直接处理此直径的引线。包围引线的直径是30至80μm的银护套(图2D)，使得能够进行此处理。

这种引线提供比用已知装置所获得的更好的点测量，因为可能通过局部地去除引线的护套来划定测量区14的界线，如图2E所示。结果是在0.4mm与0.5mm之间的有源长度l。更短的有源长度将不利地影响测量，因为，由于护套的端部22′、22″在测量区14的界限处的原因，边缘效应将非常重要。在图2E中示出了此方面，其中，可以清楚地看到有源部分14和银护套22。

在图2A中看不到有源部分14，因为，与引脚4、6的端部之间的开口E(至少5mm)相比，此有源部分的宽度(在0.4mm与0.5mm之间)较小。

引线的有源长度与其直径的比值l/d，基本上在600与1500之间(600≤l/d≤1500)。高于此，测量的点特征消失了：然后，以上已经提到的过滤或平均测量的效应再次出现。利用600与1500之间的比值，由此，二维假设以及有源区域中的非常平坦的温度轮廓的假设是令人满意的。

通过将银护套22钎焊在引脚4、6上，将引线2与所述引脚连接。

根据本发明的探针表现出测量定位特性，没有过滤效应(由于通过测量区14的非常小的宽度而获得的测量时的点性质的原因)，没有阻挡效应(由于引脚的端部彼此间隔的原因)。此外，所述探针能经受住振动。因此，根据本发明的探针使得能尽可能接近壁测量物理变量，没有偏差，并由此没有必需的校正。对于低于10m/s的速度范围，可能在没有壁校正的情况下接近y⁺≈2。将y⁺定义为是到壁的距离除以运动粘度再乘以摩擦速度的乘积。

本发明不仅涉及单引线探针，而且涉及多引线探针。

例如，双元探针(double probe)也是本发明的一个目的，其将平行的热线2和冷线2′结合，在两条引线之间具有0.3mm等级的间距，在图3A中的侧视图中示出了此双探针(仅能从侧面看到引线，因此，在此图中和在图3B中，每条引线2、2′合并至一点)。其他参考标号是图2A至图2E的那些参考标号，并表示相同的部件。在此实施方式中，提供两对引脚，上面已经描述的引线2钎焊于其上的这对引脚4、6，以及引线2′钎焊于其上的另一对引脚4′、6′(在图3A中仅可看到引脚4′)。

在图3B中的侧视图中示出了结合了三条平行的引线2、2′、2″的三探针(triple probe)。这里，同样，参考标号是图2A至图2E的那些参考标号，并表示相同的部件。在此实施方式中，提供三对引脚，上面已经描述的引线2钎焊于其上的这对引脚4、6，以及引线2′钎焊于其上的另一对引脚4′、6′(在图3B中仅可看到其中的引脚4′)，引线2″钎焊于其上的第三对引脚4″、6″(在图3B中仅可看到其中的引脚4″)。这种三元探针优选地用在中心处的热线(引线2′)以及在任一侧上的两条冷线(引线2和2″)操作，所述两条冷线给出关于流动方向的信息。

在双元探针中，或者，更一般地，具有n条引线的探针，引线中的至少一条，或引线中的每条，具有上述特征，并以上述方式固定在具有整平端部分的一对引脚上，所述整平部分可以已经如上所述地制备。

现在将描述制造根据本发明的探针的方法。其涉及具有单引线的探针的生产，并可以应用于形成具有任何数量的平行引线的探针，除非另外说明。

在给定了部件的尺寸和所需精度的情况下，优选地，在双目放大镜下执行所有操作。此放大镜，或任何其他所选的显象装置或等同物，使得可能用1/100mm的精度显象。

首先，将引脚4、6与探针本体10、12制成一体。在探针本体中，已形成穿孔或已经顺序地挖出凹槽，当此发生时，以定位这些引脚。如果必要的话，通过样板将引脚插入探针本体中，使得其延伸超过探针本体一相等的长度。

电源电缆19、19′(图2A)(必须通过引线2的电流正是经由这些连接装置到达)与引脚4、6之间的焊接连接可以位于本体10的凹槽或穿孔内或外部。在此准备步骤的过程中，执行此连接的焊接。

可以通过混凝土的刷涂，确保引脚在支撑中的密封，水泥的设置与陶瓷是兼容。试验表明，粘合剂(例如Araldite类型)也可非常好地确保此密封功能，同时保持一定弹性，其证明对于振动的吸收和探针的保护来说是有益的。

一旦设置有其引脚4、6，便将探针本体10插入弹性体减震衬套12中，以限制会破坏引线的非常薄的有源部分的振动。

在预想引线2的钎焊的操作时，还制备引脚4、6的端部，以确保获得良好的接触表面。为此，通过可以布置于矫正板上的细砂纸来对引脚末梢进行轻微研磨，以在其端部产生平面43，如在对于引脚4的图2C所示的。因此，一个引脚最后在一平面(引脚的整平末梢43)上具有接触圆柱体(引线)，使得能够实现引线的精确定位以及在熔化时钎料在此表面上受控扩展。在每个引脚的端部处没有此平坦表面43的情况下，构成引线的圆柱体与圆锥(每根针4、6的尖端)之间的接触将使引线2的放置很精细，不是非常精确，此外，将产生在引脚下方的钎焊下陷的危险。

在所述研磨之后，将探针放在制造支撑上的适当位置。

为了能够对引线进行钎焊，清洁引脚4、6，以确保最佳的可润湿性。为了去除不同的氧化物并产生用于支持钎焊的支撑，通过用烙铁3沉积在一不锈钢片上的钎焊膏29(参考：Castolin(铸铁焊料合金)157A)对引脚的端部镀锡，如图4所示。然后，用丙酮清洁引脚。

图5示出了探针本体10、12，其引脚4、6已准备好接纳探针的引线2。将探针本体布置于一组测微台(micrometric table)(在图中看不到)上，测微台将能够沿着二维或三维进行非常精确的移动，精确到最接近百分之一毫米。

设置有护套22的所使用的引线，通常是几厘米直径的卷轴(reel)的形式。此类型的卷绕条件产生引线的成形，当引线具有小直径时，更重要且持久。因此，优选地，手动地将引线卷在平坦支撑上，以将由已保持卷起的金属的记忆效应所导致的曲率减到最小。

如可在图6A和图6B中看到的，将使得可能将引线钎焊在引脚4、6上的支撑，包括固定竖直臂49、和第二臂51，其基本上具有相同尺寸并装配在枢轴联接物53上，枢轴联接物53使得第二臂51能在垂直于枢轴的轴线的竖直平面中倾斜。此支撑设置有两个测微台69、71，使得能控制所述臂的每一个的定位，并由此控制引线2的对准及其电压。每个台将使得能在一维、二维或三维中执行非常精确的移动，精确到最接近百分之一毫米。

预先对臂49、51的端部镀锡，以便能够钎焊引线2。然后，两个臂49、51从支撑离开大约20毫米。通过传统的钎焊锡，将引线钎焊在两个臂上，确保移动臂确实保持竖直。

为了控制引线2上的张力，这样定位移动臂51，使得其与法线形成45°的角度β。调节此臂51的重量，使得，在此位置中，引线上的张力是大约4g。已经在许多旨在获得引线2(正是以可再生的方式拉伸)的试验之后，选择出此值。然后，用竖直测微台69降低臂49，使得两个臂处于相同的水平面，并使得引线尽可能水平。

在已经手动地接近引线在其上制备的此支撑之后，通过测微台使引线与引脚4、6接触，如图7所示。

一旦已经执行此操作，用丙酮去除引线2和第一引脚(例如，引脚4)的油污。然后，通过针的端部，在引线2与此第一引脚之间的连接点处沉积非常小的钎料点。此钎料(在后面将看到其是铅基的)由15μm直径的微珠构成，其由组合以获得低熔点的不同元素(Sn：62％，Pb：36％，Ag：2％)组成。

然后，例如，通过热空气烙铁81(图8)使钎料熔化。在此阶段，将引线2与引脚4制成一体，然后，其包括将引线2钎焊在其第二引脚6上。

然而，在2个引脚4、6之间拉伸的引线对最小振动都非常敏感，并且会非常容易破坏，假如所使用的引线2的直径较小，这更加正确。多次尝试已经表明，即使是通过最大的装配预防措施，拉伸的引线探针的劣化也会发生。

为了增加探针的机械强度，由此在制造时对引线2施加稍微弯曲的轮廓或弯曲。

为此，使在其端部弯曲的金属杆91朝着尚未与引线2连接的引脚6更靠近(图9A)。在已使金属杆91与引脚6接触之后，通过杆91安装于其上的测微台，在基本上平行于引线2的方向上，将此引脚的端部移开一定距离，例如，大约20μm。然后，可以与第一引脚相同的方式执行引线2的钎焊。

当已经执行钎焊时，移除杆91，并且，引脚6返回至其相对于另一引脚4的初始位置。然后，在基本上垂直于探针的本体10的轴线的平面中，引线2采用几百分之一毫米的等级(例如，小于2/100mm或4/100mm)的微小弯曲，或偏转。此弯曲将不影响之后执行的风力测量，并且，使引线具有灵活性，该灵活性使得其能够吸收机械应变或振动。所获得的弯曲不影响上面已经提出的对准条件，因为其非常微小。

图9B示出了两个引脚4、6的两个端部通过工具91(未在此图中示出)处于彼此分离的位置中。然后，引线安置在两个引脚上，已将其钎焊在引脚6上，但是尚未钎焊在引脚4上。

图9C示出了在执行第二钎焊并移除工具91之后两个引脚4、6的两个端部以及引线2。两个引脚4、6的两个端部已经恢复其平衡位置。引线被钎焊，但是已发生了轻微的弯曲，这在图9C中以夸大的方式示出了。在此图中示出了引线的两个位置2、2₁，其中，弯曲分别朝着图的顶部和朝着图的底部。

然后，通过剃刀刀片切割引线2使其与引脚平齐，以能够去除引线支架组件，并使保持在引线支架组件上的引线端部脱焊。在切割引线之后执行引线臂脱焊的操作。事实上，引线是非常导热的，并且，如果将烙铁放在引线的支撑的臂49、51中的一个上，那么，假如是如上所述的引线，传导会使位于几毫米处的引脚4、6-引线2钎料软化，吸收张力和弯曲轮廓或弯曲，并由此严重地危及探针制造的成功。

由此，引线装配在引脚之间，可以使将用于测量的有源部分裸露。

为此目的，能通过剥离引线的有源部分14的覆层(图2E)来进行。通过化学或电化学侵蚀，对银护套20进行点溶解来执行此剥离，。

用硝酸来侵蚀所述护套。为此，可以使用两种技术：射流技术和滴剂技术。在第一种情况中，将一股毫米级的酸射流喷射到引线上，而在第二种情况中，形成一滴酸，其缓慢地接近，以使其与引线接触。放弃第一种方法，因为其会使引线受到损坏，并且，当引线直径较小时，与静态液滴的接触更适于其较低的机械强度。

根据引线的直径d确定将剥离的长度l，已知，如果希望在其热线使用过程中确保引线上的温度轮廓尽可能均匀，那么，大于250的l/d比值能限制有源部分的端部处的传导测量的影响(对于给定的材料，以及由此给定的冷长度)。通过测量引线的电阻，可通过以下关系来获得剥离长度的表示：

$R=\frac{\mathrm{\ρl}}{S}$

其中，ρ是材料的电阻率，当材料是铂-铑时(ρ＝1.9×10-⁷Ω.m)。因此，在剥离过程中测量此电阻。

就0.35μm和0.5μm的引线而言，对于0.4mm与0.5mm之间的剥离长度l，基本上有：

对于0.35μm的直径：1150＜l/d＜1400

对于0.5μm的直径：800＜l/d＜1000

这里使用的系统由几百毫米的不锈钢制成引线101(图10)组成。此引线的端部形成环，这使得能保持液滴102。通过注射器，将由纯硝酸组成的液滴沉积在环上。然后，通过微操纵器将线圈和液滴拉得更近，以使液滴与待剥离的引线2接触。

通过微运动台，执行前后运动，以溶解护套22的银。一旦液滴被银饱和，那么将其从引线去除，并用另一硝酸液滴将其代替。以相同的方式继续，直到铂-铑引线20显现并且所述引线的电阻开始演变为止。根据探针的电阻调节剥离长度。典型地，对于0.5μm直径的引线来说，具有500Ω的电阻，对于0.35μm的引线来说，具有1kΩ的电阻，其与5/10至6/10毫米的剥离长度相对应，分别对应于1100和1600等级的l/d比值。

一旦已经用纯酸进行剥离，便可进行第二剥离，此时用电化学方式进行，目的是清除裸露引线的任何残留量的银。事实上，如果任何银留在引线上，那么，其将迁移至铂-铑的颗粒连接点，并导致其电阻值变化。然后，将不可能在原始刻度上重新对准并进行正确的测量。

因此，一方面，将由电池、电位计和开关组成的简单电路与支承液滴的金属环连接，另一方面，将其与连接至两个引脚4、6的两个连接引线19、19′(图2A)连接(以避免液滴行为的任何不对称)。和前面一样，然后形成用于剥离的液滴102，但是，这次其由稀释至5％的硝酸构成。该液滴102以和之前的液滴相同的方式接近，使得引线在液滴内部变湿。然后启动开关，简单地，是因为脱气在引线的尺度内非常快并且很激烈。在此操作之后，用一滴软化水冲洗引线，以消除引线上的任何残留量的酸。

在之前的方法中，形成液滴，其尺寸取决于线圈的尺寸和表面张力。

然后，可进行探针的退火：将引线2制造为，被根据探针的电阻而计算的电流穿过。因此，将引线加热至基本上大于其预期的工作温度的温度。用以下关系给出引线与环境空气之间的温差：

其中，R₀是探针在环境温度下的电阻，α是电阻随着温度演化的系数(对于Pt-10％Rh，是1.6×10^-3K^-1)，并且其中，R_引线是根据欧姆定律给出的加热至温度T+ΔT的引线的电阻。

此操作可将任何最终微量的银扩散在铂-铑引线的晶体结构中。如果已经正确地进行了剥离，那么存在非常少量的残余银，引线在一天之后稳定，并且，其电阻不再演变。

根据本发明的传感器的有源部分14主要由具有几十μm的等级的非常小直径的引线2构成(图2E)。此引线不表现出，或表现出很小的机械强度。

因此，希望实现位于引线2(图2E)的端部处的护套22的两个区段之间的非常强的对准条件，对准缺陷能够引起剥离出的引线破坏的危险。对准缺陷小于提供给引线的弯曲或弯曲轮廓。对于2/100mm至3/100mm的弯曲轮廓或弯曲，对准缺陷必须是1/100mm的等级，以使得弯曲轮廓保持减振功能。

用以下方式获得这种对准。

首先，检查所使用的引线的笔直性。所述引线一般是围绕几厘米直径的卷轴卷绕的形式。结果是，展开的引线上的几克(例如，大约4g)的张力就足以使其丧失其缠绕的记忆。此值允许形成使用引线2的探针，其有源部分14具有0.625μm的直径。另一方面，对于更小的直径(0.5和0.35μm)，此张力变得不足以获得确保在剥离之后引线不破坏的对准条件。0.625μm直径的引线具有这样的机械强度，该机械强度允许0.5和0.35μm的引线无法承受的一定的未对准。因此，对于根据本发明的探针的制造，在第一种情况中，已经增加张力，以使其升高至7g的值。就引线2(虽然其放在适当的位置中)上的过大张力掩盖引脚4、6与引线2本身之间可能的对准缺陷的存在来说，此解决方案尚未给出令人满意的结果。在剥离过程中，此缺陷可能导致有源部分14的破坏，这仅能在之后检测到。为了阻止此可能的对准缺陷的掩盖现象，必须返回至小于7g的张力，在所考虑的情况中是大约4g。为了弥补张力的缺乏，预先执行校直引线的操作，例如，将其在玻璃板与金属块之间滚动，金属块的表面状态是经抛光的(量块)。此解决方案带来良好的结果。

其目的还在于获得包含两个发生器的平面43的非常好的平行，所述两个发生器为引脚4、6的圆锥体上的引线2和其本身上的引线的接触的发生器。如果不考虑此平行，那么，在将引线钎焊在引脚上之后，未对准会造成产生机械应变，其反过来会在剥离之后破坏引线的有源部分。

经验表明，对于8mm的引脚之间的距离，容许的对准缺陷是1/100毫米的等级。对于将适当地符合的此条件，所测试的引线上的机械应变优选地小于几克，大约4g。

至于钎焊的性质，已经用锡-铜钎焊进行了试验，锡-铜钎焊适合于直径大于0.625μm的引线。

另一方面，其表明，对于小于0.625μm的直径，传感器的制造变得随意。在仔细分析生产条件和交叉检验问题之后，已经表现出，锡-铜合金的机械强度是不足够的，特别是对于以下方面来说：在引线的切割过程中，从机械角度(如内嵌式的)，防止位于引线在其通常应考虑的位置中、在引脚的水平处的旋转。因此，引线在引脚上的此相对位移，造成引线的两个衬套部分的对准缺陷。此未对准可能导致引线在剥离之后的破坏。

为了避免用剃刀刀片在引脚的水平处进行切割所造成的蠕变效应，可能使用其他切割工具，例如，以高转速转动的圆盘，以使钎焊水平处的剪切应力几乎是零。对于单引线探针来说，此切割方法是完全令人满意的，但是，对于多引线探针来说，其变得不能实行。事实上，通过圆盘进行切割的阶段突出了液体的存在(假设其是润滑液，使得，在制造阶段期间，在银护套22与铂-铑芯线20之间通常会发生应变硬化)。由于所述液体污染周围的引脚，会造成不可进行钎焊。

使用基于锡-铅合金的钎焊，已经使此问题得到了解决。这种钎焊具有更好的机械强度，并使得用剃刀刀片手动切割引线更容易实现，特别是在多引线探针的情况中。

通过此新钎焊，引线的位于引脚之间的部分不再受到任何与此操作相关的应力。

关于部件的特征尺寸(50μm等级的引线的直径，20μm等级的引脚的端部)，优选地，用热气枪81(图8)进行钎焊，这使得能够不接触地在一定距离处钎焊，特别是由于传输熔化钎焊膏所必需的能量的空气射流的原因。然而，出现与该射流可能不是点尺寸的事实相关的困难。

按照年代顺序，制造装配有非常小直径的引线的探针的活动，从0.625μm的引线开始。对于第一探针，严格地说，我们继续用我们已经针对装配有2.5μm的引线的探针而开发的制造方法。以系统的方式，在剥离阶段的过程中，会破坏0.625μm的引线。当出现所述破坏时，分析工作可突出两个造成引线破坏的原因。

第一种涉及沃拉斯顿极细铂丝中残余机械应变的存在，由于引线在没有先前张力的情况下安装，其没有明显地抵消其在调节卷轴上的缠绕的残余记忆。如上面已经说明的，矫正步骤和引线上的几克(大约4g)的机械应变能够解决此问题。

第二原因与热膨胀的现象相关，其仅能够在以具有机械应变的方式制备引线的情况下以系统的方式突显。在剥离过程中，引线的有源部分14总是与护套22的两个区段或多或少地对准，但是，断裂金属线的处于破坏水平面处的两个部分之间出现间隙。此间隙是存在热膨胀现象的标志。

定性地，此热-机械张紧的过程仅出现在引线中，因为钎料的固化常数低于引线的冷却常数。为此，增加银的高扩散率值，这意味着，在钎料液化时间期间，加热长度可以达到几毫米。在引线上的加热长度、引线所经受的温差和暴露于热源的时间的简化建模的基础上，在钎料固化之后引线的缩短的估值是10μm的等级。为了中和此热-机械张紧的现象(其毫无疑问地表示引线的有源部分14的破坏)，在第一种情况中，减小热空气烙铁喷嘴81的尺寸，假设此解决方案将有助于减小引线的加热。不幸地，此选择并未给出令人满意的结果；另一方面，其导致出现在引脚下方驱动钎料的问题，这与喷嘴出口处的热空气速度的增加相关。因此，不可能不确定地减小喷嘴的直径，特别是对于喷嘴直径的值的过小的情况，此外，传递至钎料的能量不再足以确保其熔化。

一种解决方案考虑引线的此不可避免的热膨胀效应，其在于在钎焊之前稍微扣住引脚4、6中的一个，然后将其释放，以使引线恢复没有残余应力的情况。

然而，证明用此钎焊技术难以执行具有平行引线的双元探针的制造。两条引线之间的距离不足以使得，在第二引线的钎焊的过程中，热空气烙铁81的射流与已经钎焊的第一引线没有相互作用。对此问题的一个回应在于，在两对引脚之间的空间中，插入旨在保护第一引线的挡热板。

另一种技术利用激光束实现非常局部的功率输入，激光束的点性质具有不会对环境造成热污染的优点。所使用的激光是脉冲模式的，为具有30W的最大功率的YAG类型。脉冲的频率和持续时间是可调节的。由于与激光耦接的照相机的原因，光束聚焦在引脚端部处的钎料点上，并且，执行激光发射，其使得钎料熔化并将引线耦接至引脚。

不管探针的小型化程度如何以及其包括的引线数量是多少，此技术的执行能确保钎焊操作。

经验表明，从引线的直径变得小于0.625μm的时候开始，探针的处理变得非常精细。特别地，在风洞中装配根据本发明的探针的期间，产生振动，其构成对于传感器的电阻的关键因素，因为其足以产生在引脚中传播直至引线的波。由于其较小的机械强度的原因，有源部分的弯曲的存在不再足以减弱这些振动，这会导致引线的破坏。已经指出，是经由探针本体将大部分的振动传递至引脚端部，例如，在其通过螺钉保持在其支撑上的期间。

保护引线的最佳解决方案在于，一旦陶瓷探针本体设置有其引脚，就将陶瓷探针本体插入具有非常低的硬度(25肖氏硬度A的等级)的减振衬套12中。

根据本发明的探针与电流供应装置、以及用于测量引线或多条引线的电阻变化的装置一起使用。这些变化反映了传输探针插入其中的流动的流体的速度和/或温度的变化。

一般来说，为了执行既精确又可再现的测量，优选地，使用电池电源。因此，系统与电网分离，电网的电势可波动(例如，由于相邻设备的启动或停止的原因)。此外，在传感器的水平面处介入的电流和/或电压非常弱，并可能容易被这些网络波动所干扰，因为所述电流和/或电压非常小。

此外，在诸如风洞的设备中，难以将不同的接地点正确地布置在相同的电势处。这些不同的接地点之间的回路电流随之发生，其由电网的电势波动驱动，该电流也以重要的方式干扰测量。

此外，此解决方案使得可能对所有电路供电，这些电路由此具有固定的且不再波动的接地电势，如可能是当将其与电压调节器连接时的情况一样。

为了确保电磁兼容性(EMC)，优选地将电路放在箱子里，例如铜箱子，其构成与电池的接地连接的接地平面。此接地平面还与围绕探针的连接引线的编织物连接。因此，将针对电磁场的此类型的所有保护与固定电势连接。

以上发现的解决方案，一方面，确保不受干扰的供电，另一方面，确保电磁兼容性应用于风力计的所有类型的操作。

一个特殊的操作是被称为“冷线操作”的操作。这包括恒电流操作模式，在该操作模式中，对引线供应的电流非常弱。

冷线风力计是已知的。

在本申请的前言中已经描述了在这些已知装置中遇到的供电问题。

这里，可简单地回想到，在此类型的操作中，温差较低，并且，对引线供应的电流非常弱。此电流仅用来能够测量引线端子处的电压，以达到其电阻值。该电流通常是50至200μA的等级。因此，通过焦耳效应对引线的加热是可忽略的，这解释了为什么将此风力计叫做冷线风力计的原因。

通过此类型的装置，所测量的温度偏移，因此需要将探针与热电偶相联，以测量平均温度。

在图11中示出了与恒电流风力计相联的电子装置，在图11中，仍用参考标号2表示引线。此外，所示出的电路还包含：

-供电装置110，优选地，是如上所述的电池，

-参考电阻112，

-用于调节电流的电位计114。

更具体地，用电压调节器(MAX 6325)提供由电池110代表的电路的供电Ve。两个电阻器2、112以电流反射镜的方式安装。经由电位计114，通过安装有二极管的调节晶体管116的电压Vbe，来实现通过反射镜的两个分支的电流的调节，所述分支的每一个包括所述两个电阻中的一个。将探针2与参考电阻112之间的电位差施加给操作设备放大器120。放大的输出提供反映引线2的电阻的变化的测量信号。

为了使用低振幅的信息，在探针2的端子处放大该信号。优选地，并且为了考虑采集卡的电压限制，所述放大并不是太重要(尝试考虑采集卡的电压分辨率)。但是，风力计探针2具有相当大的电阻，并且，在放大之后，风力计的输出处的变化可能超过卡的工作范围。这是为什么选择将温度计的输出信号集中在零左右的原因；这还使得可能尽可能多地从测量范围得益，并由此相应地调节增益。为此，在探针2的端子处的信号与参考电阻112的端子处的信号之间执行减法。

电流反射镜安装使得可具有通过参考电阻的稳定信号，以及通过探针2的稳定电流。

已经在风洞中的试验活动的范围内使用这种装置，探针是具有用作冷线的引线的探针。

然后，注意到平均温度测量的偏移，根据测量条件和设备的由铂制成的参考探针112而反常。其表明，此偏移仅可来自电路。事实上，部件对周围环境的温度敏感，并且，校准室和风洞之间的环境温度差完全能解释所观察到的差异。

在第一种情况中，用金属电阻代替参考电阻112，其随着温度变化的系数非常低(0.6ppm/℃)，并且是可忽略的。

通过将电路放在炉中，获得所调动的不同电压的读数，监测炉的温度。这样，可验证，电压调节器看不到其产生的电压的值随着温度变化(5μV.℃^-1的偏移)。参考电阻的端子处和第二电阻的端子处的两个电压旨在模拟探针表现出的偏移，该偏移完美地协调，为250μV.℃^-1的等级(对于670Ω的电阻器)。因此，这表示，电流以同时且相同的方式在电流反射镜的两个分支中变化。

因此，对确定此电流的电压Vbe的值感兴趣。相同条件下的读数表明此电压的2.4mV.℃^-1的偏移。此偏移的起因在于，此电压所涉及的晶体管116安装有二极管的事实；但是，通常在二极管的端子处观察到的电压偏移大约是2.5mV.℃^-1，其非常符合我们的读数。

为了消除此偏移，将温度计的部件(探针及其供电和测量装置)保持在恒定的温度处。此恒定温度不仅是探针的温度，而且是参考探针112的温度和装置120的温度，以实现探针引线的端子处的信号与参考电阻的端子处的信号之间的差异。

例如，电子地调节放在风力计箱中的加热毯的功率。

因此，将温度计的电路保持在高于其所在的房间的温度。将电路所保持的温度调节大约1/10度。因此，不仅组成风力计的部件不会偏移，而且其在可再现的条件下操作。

此装置使得，可在整个风力测定链的单次校准之后，不仅测量流动中的温度波动，而且测量其平均值，该平均值为原始结果。事实上，即使是在对计量和测量特别关注的已知装置中(特别是射流的输出处的温度测量的情况下，其由Andreopoulos在“Experimental investigation of jets in a crossflow”(Journal of Fluid Mechanics，1983)中报告)，通过冷线测量温度波动，然而用另一装置(例如热敏电阻或热电偶)给出平均值。

在此部分中描述的电路可应用于具有几条引线的探针。可能形成所需的许多电路。

现在将给出一个校准和使用的实例。

在风洞中执行校准。空气相继地通过加热箱和水交换器，可独立地调节其功率和流动，以获得在环境温度与大约150℃之间的期望的温度水平。

将冷线探针2放在校准气流中(由热保护环包围)，在喷气喷嘴的出口的中心处。通过与电子测量箱(参考：Sfere DGN75T)相联的参考探针Pt100，以1/10度的精度给出外壳的温度。

对于每个校准点，选择加热箱和交换器的操作点。然后，在空气与风洞的壁之间建立热平衡，这是花费几个小时(典型地，4个小时)的操作。然后，用大约30秒的时间得到温度计所传递的电压的读数，此值足够大，以获得测量结果的收敛。

重复此操作五次，以根据流体的温度获得温度计的输出电压的线性相关的校准系数：

E＝A+B·T    (4)

图12中示出了校准的一个典型实例。在此图中可以观察到，线性回归给出非常好的结果。

在图13中，画出了从风洞上的温度波动的测量得出的能谱密度(曲线I)。通过探针2，在射流的外包围层(混合层)上、射流下游的3个水力直径处，以50kHz执行此测量10秒，探针2的引线20具有0.5μm的直径。流动条件如下：Re＝55000，Reject＝60000(基于管道的水力直径)。流动之间的温差是13℃。

曲线II代表具有连接在引线探针的位置中的电阻器的温度计的输出处的电压信号的能谱密度。因此，此密度代表温度计的噪声。

在温度计所捕获的最大标度与所述温度计的噪声之间，可以在此线上观察到70的差异，即，在此情况中，在可辨别的大标度与小标度之间的3000的量级的比值。换句话说，在此情况中，温度计的分辨率是大约5×10^-3℃。

这种分辨率和具有大标度与小标度之间的这种大振幅的能谱密度，构成原始性能。

对于不确定的情况中的测量(热射流冲击在壁上)，根据本发明的探针使得可不需要校正地执行测量。

此外，本发明提出了对温度计的改进，以使得其稳定从而明显增加其灵敏度。因此，具有这样的温差式风力计，当其与根据本发明的具有小直径的引线的探针相联时，其具有几千的确定的信噪比(对于温度计是3500，对于恒压风力计是10000)。

本发明使得能无需热电偶来执行冷线风力计的操作，以测量平均温度。所提出的调节电路使得可补偿偏移，并不用热电偶来进行。

这里，可将所提出的调节电路应用于以上参考图2A至图10描述的根据本发明的探针，或应用于另一类型的风力计探针。

Claims (13)

1.用于以恒定电流调节引线风力计（2）的装置，包括：

-用于供电的装置（110）和用于调节探针的引线和参考电阻（112）的供应电流的装置（114、116），

-用于确定所述探针的所述引线的端子处的信号与所述参考电阻的端子处的信号之间的差异的装置（120），

-用于维持所述用于以恒定电流调节引线风力计的装置的恒温的装置。

2.根据权利要求1所述的用于以恒定电流调节引线风力计（2）的装置，所述引线和所述参考电阻是以电流反射镜方式安装的。

3.根据权利要求1或2所述的用于以恒定电流调节引线风力计（2）的装置，所述用于调节供应电流的装置（114、116）包括安装有二极管的调节晶体管（116）和一电位计（114）。

4.具有冷线的温差式风力计，包括：

-引线风力计（2），

-根据权利要求1至3中的一项所述的用于以恒定电流调节引线风力计（2）的装置。

5.根据权利要求4所述的具有冷线的温差式风力计，所述引线风力计（2）包括：

a）用于将所述引线保持就位的两个引脚（4、6），每个引脚的端部包括用于定位并紧固所述引线的平坦区（43），

b）引线（2）的笔直部分，钎焊至用于定位并紧固所述引线的所述平坦区（43）上。

6.根据权利要求5所述的具有冷线的温差式风力计，其中，所述引脚的端部隔开至少等于4mm的距离。

7.根据权利要求5所述的具有冷线的温差式风力计，所述引线包括直径d在0.35与0.6μm之间的中央芯线（20）、和长度在0.4mm与0.5mm之间的护套（22），所述护套在所述引线的一部分上被去除，该部分称作敏感区。

8.根据权利要求5所述的具有冷线的温差式风力计，其中，所述引线（2）通过铅基钎料或锡-铅合金钎焊至所述引脚（4、6）上。

9.根据权利要求5所述的具有冷线的温差式风力计，其中，所述引线具有弯曲轮廓。

10.根据权利要求5所述的具有冷线的温差式风力计，其中，所述引脚紧固至设置有减振包覆层（12）的探针本体（10）。

11.用于测量流动流体中的温度的方法，包括使用根据权利要求5至10中的一项所述的具有冷线的温差式风力计，所述具有冷线的温差式风力计维持恒温。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在没有热敏电阻或热电偶类型的附加装置的情况下来执行所述测量。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，通过所述具有冷线的温差式风力计测量温度变化和平均温度。

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