CN103308214A - 一种热流实时检测装置及其热流实时检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于过程参数检测领域的涉及一种热流实时检测装置及其热流实时检测方法。该热流实时检测装置由热流传感器、信号处理系统、显示系统组成，在热流传感器电绝缘热阻板基底上、下两端面真空离子溅射高纯金属膜，经激光熔刻，在上、下两端面各形成一个薄膜、无感的金属热电阻，每个热电阻引出线均采用“三线制”接法；信号处理系统、将热流传感器输出的信号进行处理，得到两端面的温度差，从而求出热流密度，显示器显示该热流密度值。本发明中的热流传感器采用纯金属薄膜作为测温材料，从根本上避免了热电堆型热电偶热电特性无法保证为已知与校验，以及热电堆中热电偶热电特性非线性、热电堆测量回路输出热电势受交变电磁场影响的局限性。

Description

一种热流实时检测装置及其热流实时检测方法

技术领域

本发明属于过程参数检测技术领域，特别涉及一种热流实时检测装置及其热流实时检测方法。

技术背景

热流实时检测装置广泛应用于能源、化工、冶金、建筑、科研等领域。热流检测通常采用热电堆型热流计，其方法是在热阻板上用热电极材料A和B的金属丝绕制多对热电偶，形成所谓“热电堆”，绕制过程中令热电极A、B的连接点即热节点分别处于热阻板的两个受热端面。制造时使这些热电偶正向串联构成热电堆，热电堆的输出热电势E=N·E_AB(t₂,t₁)，E_AB(t₂,t₁)是单只热电偶的输出热电势，N是构成热电堆的热电偶数目，这样做的目的在于即使t₂、t₁相差很小时，热电堆输出的热电势也能足够大。热电堆输出的热电势表征热阻板的两受热端面的温度差，如果热阻板的厚度和材料的导热系数为已知，带入公式：

$q=-\frac{\mathrm{\λ}(t_2-t_1)}{d}---\left(1\right)$

便可求出通过热阻板的热流密度。（1）式中，q表示通过热阻板的热流密度，λ为热阻板材料的导热系数，t₁为热阻板热端面处的温度，t₂为热阻板冷端面处的温度，d为热阻板的厚度。

这类热流密度检测装置存在局限性有二：一是热电偶热电特性存在非线性，即使测出热电堆输出的热电势，也无法准确求出两端面的温度差；二是热电堆相当于一个N匝的线圈（N是热电堆中所串联的热电偶的数目），故热电堆输出的电动势易受周围交变电磁场影响。

在中国专利CN201010124574.1，“一种薄膜式热流密度传感器及其制造方法”中，公开了通过真空离子溅射的方式在热阻材料基底上制作出热电极A和热电极B，形成的热电偶构成热电堆，通过热电堆的输出热电势来表征热阻板两端面的温差。由于在制造热电偶的过程中，需至少溅射一种金属和一种金属合金，故在溅射过程中，很难达到合金金属的均匀溅射，导致在制成的热电堆中，每只热电偶的热电特性不能保证已知，并且无法进行单只校验，同时，如前所述的热电堆型热流计的两项局限性一、二也依然存在。

发明内容

本发明的目的是针对现有热电堆型热流计的热电特性非线性、热电堆测量回路易受周围交变电磁场影响以及无法保证已知每只热电偶的热电特性、且无法对其进行单只校验的局限性，提出一种热流实时检测装置及其热流实时检测方法，其特征在于，所述热流实时检测装置由薄膜式无感热电阻温度传感器，信号处理系统及显示系统组成；其中薄膜式无感热电阻温度传感器是在电绝缘热阻板基底3的上端面1和下端面4的有效区域内制成的薄膜式、无感绕法的上端面热电阻R_t2和下两端面热电阻R_t1；上端面热电阻R_t2和下两端面热电阻R_t1分别连接在信号处理系统的两个桥式电路的桥臂上，信号处理系统的单片机与显示系统连接；

所述薄膜式无感热电阻温度传感器是在热阻板基底3的上端面1、下端面4的有效区域内制成薄膜式、无感绕法的上端面热电阻R_t2和下两端面热电阻R_t1；上端面热电阻R_t2的引出线6、下两端面热电阻R_t1的引出线8均采用“三线制”接法引出；上端面热电阻R_t2用电绝缘薄膜2封装保护，下两端面热电阻R_t1用电绝缘薄膜5封装保护；热阻板基底3在下端面热电阻引线8处有一开孔9，下端面热电阻的引线8由热阻板上的开孔9引至上端面；热阻板基底3的四角各开一个螺栓固定安装孔7；

所述信号处理系统由测温电桥10、测差电桥11、放大器、A/D转换、单片机、可编程控制开关K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆组成，测温电桥10由R₁、R₂、R₃和与可编程控制开关K₄、K₅、K₆连接的上端面热电阻值R_t2构成，测差电桥11由R₄、R₅以及与可编程控制开关K₁、K₂、K₃连接的下两端面热电阻R_t1、与可编程控制开关K₄、K₅、K₆连接的下两端面热电阻R_t1连接组成；上端面热电阻R_t2相关的电压量ΔU₀的测温电桥10输出连接第一放大器和第一A/D转换，后与单片机连接；上、下端面热电阻阻值差R_t2-R_t1相关的电压量ΔU₁的测差电桥11输出与连接第二放大器和第二A/D转换，后与单片机连接。单片机输出与显示器连接。

所述薄膜式无感热电阻温度传感器的两端面热电阻采用真空离子溅射一种易得高纯的铂金属膜，经激光熔刻得到的无感热电阻，使热流测量不受周围交变电磁场的影响；两端面热电阻的引出线采用“三线制”接法，使两端面热电阻的输入输出特性分别校验，保证了温差测量的准确性。

一种热流实时检测装置的热流实时检测方法，其特征在于，包括：

一，检测原理，热流密度q，表示单位时间、单位面积截面上传输的热量，单位W/m²；热流密度_q与热阻板导热系数λ、厚度d以及热阻板上、下两端面的温差Δt=t₂-t₁的关系已由（1）式给出；热电阻温度传感器安装固定后，其导热系数λ以及厚度d均已知，故只需测出两端面温度差Δt=t₂-t₁，带入公式（1），便可得到通过热阻板的热流密度q；

其中铂金属热电阻的输出电阻值R_t随温度变化而变化，测温范围是-200-850℃，阻值与温度的关系：

R_t=R₀(1+At+Bt²)（0≤t≤850℃）               (2)

R_t=R₀[1+At+Bt²+C(t-100)t³]（-200≤t≤0℃）    (3)

其中：R_t表示温度t℃时铂金属热电阻的阻值即指上端面热电阻R_t2或下端面热电阻R_t1在测量时的阻值，R₀表示温度0℃时铂金属热电阻的阻值，A=3.9083×10^-3℃^-1、B=-5.775×10^-7℃^-2、C=-4.183×10^-12℃^-4，均为常数，由于工业生产过程中的温度值一般均高于0℃，热电阻的阻值R_t与温度值t之间的一一对应关系可由（2）式确定；故在温度已知的情况下，可通过测量上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的阻值，由（2）式对上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的阻值进行校验，以确认上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的阻值在测量范围内是否合格；当传感器与被测对象接触时，上端面1、下端面4所处的环境温度不同，上端面热电阻R_t2和下端面热电阻R_t1的阻值也不同；

二.将上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1接入信号处理电路，其中R_w1、R_w2、R_w3是下端面热电阻R_t1的连接导线的等效电阻，R_w4、R_w5、R_w6是上端面热电阻R_t2的连接导线的等效电阻；由于上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的六根引线均引至热阻板的上端面，材质、长度、横截面积、所处温度均相同，故有R_w1=R_w2=R_w3=R_w4=R_w5=R_w6=R_w，且R_w的大小由通过改变引线材质、长度、横截面积进行事先选定；

三.热流密度q的自动检测过程如下：

1）测量开始，单片机控制测温电桥10中的可编程控制开关K₄、K₅、K₆闭合，测差电桥11中的可编程控制开关K₁、K₂、K₃断开，上端面热电阻R_t2接入测温电桥10中，根据电路原理可求得：

${\mathrm{\ΔU}}_0=\frac{(R_{t2}+R_{w6})R_1-(R_3+R_{w4})R_2}{R_1+R_2+R_3+R_{t2}+R_{w4}+R_{w6}}{\mathrm{Is}}_1---\left(4\right)$

（4）式中Is₁为测温电桥10的恒流源电流，R_t2为上端面热电阻的阻值，R₁、R₂、R₃为固定电阻阻值，R₁=R₂=R₃=R为已知，（4）式可化简为：

${\mathrm{\ΔU}}_0=\frac{(R_{t2}-R)R}{3R+R_{t2}+{2R}_w}{\mathrm{Is}}_1---\left(5\right)$

（5）式中，R、R_w、Is₁为定值，ΔU₀表征R_t2，经放大后转换成1-5VDC电压U₀。

2）U₀表征R_t2的值，单片机经计算求得R_t2的值后，根据（2）式，求得R_t2对应的温度值t₂。

3）单片机控制测差电桥11中的可编程控制开关K₁、K₂、K₃闭合，测温电桥10中的可编程控制开关K₄、K₅、K₆断开，上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1被接入测差电桥11相邻的桥臂，桥路输出电压为ΔU₁，根据电路原理有：

${\mathrm{\ΔU}}_1=\frac{(R_{t1}+R_{w1}+R_{w3})R_5-(R_{t2}+R_{w4}+R_{w6})R_4}{R_4+R_5+R_{t1}+R_{t2}+R_{w1}+R_{w3}+R_{w4}+R_{w6}}{\mathrm{Is}}_2---\left(6\right)$

式（6）中，Is₂为测差电桥11的恒流源电流，R_t1为下端面热电阻的阻值，R₄、R₅为固定电阻阻值，R₄=R₅=R为已知，（6）式可化简为：

${\mathrm{\ΔU}}_1=\frac{-(R_{t2}-R_{t1})R}{2R+R_{t1}+R_{t2}+{4R}_w}{\mathrm{Is}}_2---\left(7\right)$

（7）式中，R、R_w、Is₂为定值，ΔU₁表征ΔR=R_t2-R_t1，ΔU₁经放大后，转换成1-5VDC电压U₁。

4）U₁表征上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的阻值R_t2、R_t1之差，即U₁=f(R_t2-R_t1)，用单片机计算求出该阻值差ΔR=R_t2-R_t1的值后，把已求得的R_t2值代入，便求得R_t1=R_t2-ΔR的值，再根据（2）式，可得R_t1对应的温度值t₁，从而求出热流传感器热阻板上、下两端面的温度差Δt=t₂-t₁；

需要指出，由于热电阻输入输出特性非线性，即使测出了两热电阻之差ΔR=R_t2-R_t1，也不能准确获得对应温度差Δt=t₂-t₁的数量值。如果通过独立测取R_t1、R_t2的值，再通过经验公式得到两热电阻阻值对应的温度值t₁、t₂，进而求得温差Δt=t₂-t₁的方法，称为“绝对差法”，存在的问题是温差测量的误差过大，尤其是当温度差t₂-t₁不大时，允许误差可能会淹没了温差信号，使测量失效；

为解决这一问题，本最佳实施案例采用的上述方法称为“相对差法”，即在测得R_t2值的基础上，再测得ΔR=R_t2-R_t1的值，带入R_t2，求出R_t1=R_t2-ΔR的值，通过带入（2）式求得R_t1、R_t2对应的温度值t₁、t₂，进而求出温度差Δt=t₂-t₁，即使Δt很小，也能保证很高的准确度。

5）由于碳化硅陶瓷基底的厚度d与导热系数λ已知，带入公式（1），便得到通过热阻板的热流密度值q，送显示器输出显示。单片机通过控制可编程控制开关K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆通断，使测温电桥10、测差电桥11周期性地交替工作，得到不同时刻的热流密度，实现了对被测对象热流密度的实时检测。

所述热流实时检测装置的热流传感器采用纯金属薄膜式无感绕法热电阻测温差，只需溅射一种高纯物质金属，从根本上避免了合金金属溅射不均匀导致的热电堆中单热电偶热电特性无法保证已知与校验，以及热电堆中热电偶热电特性非线性、热电堆测量回路输出热电势受交变电磁场影响的局限性。

本发明的有益效果是：

1.热流传感器的电绝缘热阻板基底上通过真空离子溅射、激光熔刻制成纯金属薄膜式无感绕法热电阻，测量准确性高，热惯性小，响应速度快，可实现热流密度的实时检测，且输出信号不受交变电磁场影响；

2.热阻板上、下两端面热电阻引线均采用“三线制”接法，其输入输出特性可分别校验，保证了温差测量的准确性；

3.采用螺栓连接热流传感器和被测对象，实现热流传感器与被测对象紧密接触，消除了接触热阻的影响；

4.只需溅射一种易得高纯物质的金属膜，且初始阻值可以事先设定，使得热流检测装置检测的灵敏度、分辨率可以根据实际工程测量要求确定，同时也克服了热电堆型热流计中的热电偶输入输出特性无法单只校验的局限性。

附图说明

图1为热流实时检测装置的信号处理部分电路原理图。

图2为热流实时检测装置的热流传感器上端面俯视示意图。

图3为热流实时检测装置的热流传感器下端面俯视示意图。

图4为热流实时检测装置的热流传感器沿A-A剖面示意图。

具体实施方式

本发明提出一种热流实时检测装置及其热流实时检测方法。下面结合附图及最佳实施案例对本发明作进一步说明。

图1所示的热流实时检测装置由薄膜式无感热电阻温度传感器，信号处理系统及显示系统组成。所述信号处理系统由测温电桥10、测差电桥11、两个放大器、两个A/D转换、单片机、可编程控制开关K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆组成，其中测温电桥10由R₁、R₂、R₃、测温电桥10的恒流源电流Is₁和与可编程控制开关K₄、K₅、K₆连接上端面热电阻值R_t2构成（图中R_w4、R_w5、R_w6是上端面热电阻R_t2的三线连接导线的等效电阻）；测差电桥11由R₄、R₅以及与可编程控制开关K₁、K₂、K₃连接的下两端面热电阻R_t1、与可编程控制开关K₄、K₅、K₆连接的下两端面热电阻R_t1连接组成；其中测差电桥11的恒流源电流Is₂一端与可编程控制开关K₄、K₃连接在一起（图中R_w4、R_w5、R_w6是上端面热电阻R_t2的三线连接导线的等效电阻），测差电桥11的恒流源电流Is₂的另一端与R₄、R₅的公共点连接在一起（图中R_w1、R_w2、R_w3是下端面热电阻R_t1的三线连接导线的等效电阻）；上端面热电阻R_t2相关的电压量ΔU₀的测温电桥10输出连接第一放大器和第一A/D转换，后与单片机连接；上、下端面热电阻阻值差R_t2-R_t1相关的电压量ΔU₁的测差电桥11输出与连接第二放大器和第二A/D转换，后与单片机连接。单片机输出与显示器连接。

图2所示为热流实时检测装置的热流传感器上端面俯视示意图，图3所示为热流实时检测装置的热流传感器下端面俯视示意图。图中所示的薄膜式无感热电阻温度传感器是在电绝缘热阻板基底3的上端面1、下端面4的有效区域内制成薄膜式、无感绕法的上端面热电阻R_t2和下两端面热电阻R_t1；上端面热电阻R_t2的引出线6、下两端面热电阻R_t1的引出线8均采用“三线制”接法引出；上端面热电阻R_t2用电绝缘薄膜2封装保护，下两端面热电阻R_t1用电绝缘薄膜5封装保护；热阻板基底3在下端面热电阻引线8处有一开孔9，下端面热电阻的引线8由热阻板上的开孔9引至上端面；热阻板基底3的四角各开一个螺栓固定安装孔7；其中，热阻板基底3选用电绝缘良好的碳化硅陶瓷材料，易得高纯物质金属采用金属铂，电绝缘封装保护膜选用聚酰亚胺材料。在热阻板基底3上、下两端面有效区域真空离子溅射高纯铂金属镀膜（如图4所示）。上端面热电阻R_t2的引出线6、下两端面热电阻R_t1的引出线8均采用“三线制”接法引出的六根引线材质相同，且截面积、长度均相等，由于上、下两端面热电阻引出线均采用“三线制”，每个热电阻均可单独校验，通过带入热电阻的经验公式，便可求出R_t1、R_t2对应的温度值t₁、t₂。碳化硅陶瓷基底的厚度d与导热系数λ已知，带入公式（1），求出热流密度q，送显示器输出显示。单片机通过控制可编程控制开关K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆通断，使得电桥10、11周期性交替工作，实现了热流密度的实时检测。

式（1）中热流密度q，表示单位时间、单位面积截面上传输的热量，单位W/m²。热流密度_q与热阻板导热系数λ、厚度d以及热阻板两端面的温差Δt=t₂-t₁的关系已由（1）式给出。传感器安装固定后，其导热系数λ以及厚度d均已知，故只需测出两端面温度差Δt=t₂-t₁，带入公式（1），便可得到通过热阻板的热流密度q。

其中铂金属热电阻的输出电阻值R_t随温度变化而变化，测温范围是-200-850℃，阻值与温度的关系：

R_t=R₀(1+At+Bt²)（0≤t≤850℃）               (2)

R_t=R₀[1+At+Bt²+C(t-100)t³]（-200≤t≤0℃）    (3)

其中：R_t表示温度t℃时铂金属热电阻的阻值即指上端面热电阻R_t2或下端面热电阻R_t1在测量时的阻值，R₀表示温度0℃时铂金属热电阻的阻值，A=3.9083×10^-3℃^-1、B=-5.775×10^-7℃^-2、C=-4.183×10^-12℃^-4，均为常数，由于工业生产过程中的温度值一般均高于0℃，热电阻的阻值R_t与温度值t之间的一一对应关系可由（2）式确定；故在温度已知的情况下，可通过测量上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的阻值，由（2）式对上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的阻值进行校验，以确认上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的阻值在测量范围内是否合格；当传感器与被测对象接触时，上端面1、下端面4所处的环境温度不同，上端面热电阻R_t2和下端面热电阻R_t1的阻值也不同；

.将上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1接入信号处理电路，其中R_w1、R_w2、R_w3是下端面热电阻R_t1的连接导线的等效电阻，R_w4、R_w5、R_w6是上端面热电阻R_t2的连接导线的等效电阻；由于上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的六根引线均引至热阻板的上端面，材质、长度、横截面积、所处温度均相同，故有R_w1=R_w2=R_w3=R_w4=R_w5=R_w6=R_w，且R_w的大小由通过改变引线材质、长度、横截面积进行事先选定；

为解决这一问题，本最佳实施案例采用的上述方法称为“相对差法”，即在测得R_t2值的基础上，再测得ΔR=R_t2-R_t1的值，带入R_t2，求出R_t1=R_t2-ΔR的值，通过带入（2）式求得R_t1、R_t2对应的温度值t₁、t₂，进而求出温度差Δt=t₂-t₁，即使Δt很小，也能保证很高的准确度。

由于碳化硅陶瓷基底的厚度d与导热系数λ已知，带入公式（1），便得到通过热阻板的热流密度值q，送显示器输出显示。单片机通过控制可编程控制开关K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆通断，使电桥10、11周期性地交替工作，得到不同时刻的热流密度，实现了对被测对象热流密度的实时检测。

所述热流实时检测装置的热流传感器采用纯金属薄膜式无感绕法热电阻测温差，只需溅射一种高纯物质金属，从根本上避免了合金金属溅射不均匀导致的热电堆中单热电偶热电特性无法保证已知与校验，以及热电堆中热电偶热电特性非线性、热电堆测量回路输出热电势受交变电磁场影响的局限性。

Claims (5)

1.一种热流实时检测装置，其特征在于，所述热流实时检测装置由薄膜式无感热电阻温度传感器，信号处理系统及显示系统组成；其中薄膜式无感热电阻温度传感器是在电绝缘热阻板基底3的上端面1和下端面4的有效区域内制成的薄膜式、无感绕法的上端面热电阻R_t2和下两端面热电阻R_t1；上端面热电阻R_t2和下两端面热电阻R_t1分别连接在信号处理系统的两个桥式电路的桥臂上，信号处理系统的单片机与显示系统连接； 

2.根据权利要求1所述热流实时检测装置，其特征在于，所述薄膜式无感热电阻温度传感器是在热阻板基底3的上端面1、下端面4的有效区域内制成薄膜式、无感绕法的上端面热电阻R_t2和下两端面热电阻R_t1；上端面热电阻R_t2的引出线6、下两端面热电阻R_t1的引出线8均采用“三线制”接法引出；上端面热电阻R_t2用电绝缘薄膜2封装保护，下两端面热电阻R_t1用电绝缘薄膜5封装保护；热阻板基底3在下端面热电阻引线8处有一开孔9，下端面热电阻的引线8由热阻板上的开孔9引至上端面；热阻板基底3的四角各开一个螺栓固定安装孔7。 

3.根据权利要求1所述热流实时检测装置，其特征在于，所述信号处理系统由测温电桥10、测差电桥11、放大器、A/D转换、单片机、可编程控制开关K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆组成，测温电桥10由R₁、R₂、R₃和与可编程控制开关K₄、K₅、K₆连接的上端面热电阻值R_t2构成，测差电桥11由R₄、R₅以及与可编程控制开关K₁、K₂、K₃连接的下两端面热电阻R_t1、与可编程控制开关K₄、K₅、K₆连接的下两端面热电阻R_t1连接组成；上端面热电阻R_t2相关的电压量ΔU₀的测温电桥10输出连接第一放大器和第一A/D转换，后与单片机连接；上、下端面热电阻阻值差R_t2-R_t1相关的电压量ΔU₁的测差电桥11输出与连接第二放大器和第二A/D转换，后与单片机连接。单片机输出与显示器连接。 

4.根据权利要求1所述热流实时检测装置，其特征在于，所述薄膜式无感热电阻温度传感器的两端面热电阻采用真空离子溅射一种易得高纯的铂金属膜，经 激光熔刻得到的无感热电阻，使热流测量不受周围交变电磁场的影响；两端面热电阻的引出线采用“三线制”接法，使两端面热电阻的输入输出特性分别校验，保证了温差测量的准确性。 

5.一种热流实时检测装置的热流实时检测方法，其特征在于，包括： 

一，检测原理，热流密度q，表示单位时间、单位面积截面上传输的热量，单位W/m²；热流密度q与热阻板导热系数λ、厚度d以及热阻板上、下两端面的温差Δt=t₂-t₁的关系已由（1）式给出；热电阻温度传感器安装固定后，其导热系数λ以及厚度d均已知，故只需测出两端面温度差Δt=t₂-t₁，带入公式（1），便可得到通过热阻板的热流密度q； 

其中铂金属热电阻的输出电阻值R_t随温度变化而变化，测温范围是-200-850℃，阻值与温度的关系： 

R_t=R₀(1+At+Bt²)（0≤t≤850℃）                       (2) 

R_t=R₀[1+At+Bt²+C(t-100)t³]（-200≤t≤0℃）            (3) 

其中：R_t表示温度t℃时铂金属热电阻的阻值即指上端面热电阻R_t2或下端面热电阻R_t1在测量时的阻值，R₀表示温度0℃时铂金属热电阻的阻值，A=3.9083×10^-3℃^-1、B=-5.775×10^-7℃^-2、C=-4.183×10^-12℃^-4，均为常数，由于工业生产过程中的温度值一般均高于0℃，热电阻的阻值R_t与温度值t之间的一一对应关系可由（2）式确定；故在温度已知的情况下，可通过测量上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的阻值，由（2）式对上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的阻值进行校验，以确认上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的阻值在测量范围内是否合格；当传感器与被测对象接触时，上端面1、下端面4所处的环境温度不同，上端面热电阻R_t2和下端面热电阻R_t1的阻值也不同； 

二.将上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1接入信号处理电路，其中R_w1、R_w2、R_w3是下端面热电阻R_t1的连接导线的等效电阻，R_w4、R_w5、R_w6是上端面热电阻R_t2的连接导线的等效电阻；由于上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的六根引线均引至热阻板的上端面，材质、长度、横截面积、所处温度均相同，故有 R_w1=R_w2=R_w3=R_w4=R_w5=R_w6=R_w，且R_w的大小由通过改变引线材质、长度、横截面积进行事先选定； 

三.热流密度q的自动检测过程如下： 

1）测量开始，单片机控制测温电桥10中的可编程控制开关K₄、K₅、K₆闭合，测差电桥11中的可编程控制开关K₁、K₂、K₃断开，上端面热电阻R_t2接入测温电桥10中，根据电路原理可求得： 

（4）式中Is₁为测温电桥10的恒流源电流，R_t2为上端面热电阻的阻值，R₁、R₂、R₃为固定电阻阻值，R₁=R₂=R₃=R为已知，（4）式可化简为： 

（5）式中，R、R_w、Is₁为定值，ΔU₀表征R_t2，经放大后转换成1-5VDC电压U₀。 

2）U₀表征R_t2的值，单片机经计算求得R_t2的值后，根据（2）式，求得R_t2对应的温度值t₂。 

3）单片机控制测差电桥11中的可编程控制开关K₁、K₂、K₃闭合，测温电桥10中的可编程控制开关K₄、K₅、K₆断开，上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1被接入测差电桥11相邻的桥臂，桥路输出电压为ΔU₁，根据电路原理有： 

式（6）中，Is₂为测差电桥11的恒流源电流，R_t1为下端面热电阻的阻值，R₄、R₅为固定电阻阻值，R₄=R₅=R为已知，（6）式可化简为： 

（7）式中，R、R_w、Is₂为定值，ΔU₁表征ΔR=R_t2-R_t1，ΔU₁经放大后，转换成1-5VDC电压U₁。 

4）U₁表征上端面热电阻R_t2、下端面热电阻R_t1的阻值R_t2、R_t1之差，即 U₁=f(R_t2-R_t1)，用单片机计算求出该阻值差ΔR=R_t2-R_t1的值后，把已求得的R_t2值代入，便求得R_t1=R_t2-ΔR的值，再根据（2）式，可得R_t1对应的温度值t₁，从而求出热流传感器热阻板上、下两端面的温度差Δt=t₂-t₁； 

需要指出，由于热电阻输入输出特性非线性，即使测出了两热电阻之差ΔR=R_t2-R_t1，也不能准确获得对应温度差Δt=t₂-t₁的数量值。如果通过独立测取R_t1、R_t2的值，再通过经验公式得到两热电阻阻值对应的温度值t₁、t₂，进而求得温差Δt=t₂-t₁的方法，称为“绝对差法”，存在的问题是温差测量的误差过大，尤其是当温度差t₂-t₁不大时，允许误差可能会淹没了温差信号，使测量失效； 

为解决这一问题，本最佳实施案例采用的上述方法称为“相对差法”，即在测得R_t2值的基础上，再测得ΔR=R_t2-R_t1的值，带入R_t2，求出R_t1=R_t2-ΔR的值，通过带入（2）式求得R_t1、R_t2对应的温度值t₁、t₂，进而求出温度差Δt=t₂-t₁，即使Δt很小，也能保证很高的准确度。 

5）由于碳化硅陶瓷基底的厚度d与导热系数λ已知，带入公式（1），便得到通过热阻板的热流密度值q，送显示器输出显示。单片机通过控制可编程控制开关K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆通断，使测温电桥10、测差电桥11周期性地交替工作，得到不同时刻的热流密度，实现了对被测对象热流密度的实时检测。 

所述热流实时检测装置的热流传感器采用纯金属薄膜式无感绕法热电阻测温差，只需溅射一种高纯物质金属，从根本上避免了合金金属溅射不均匀导致的热电堆中单热电偶热电特性无法保证已知与校验，以及热电堆中热电偶热电特性非线性、热电堆测量回路输出热电势受交变电磁场影响的局限性。 

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