CN104111269A

CN104111269A - 一种用于高温大热流环境的热流传感器标定装置

Info

Publication number: CN104111269A
Application number: CN201410285620.4A
Authority: CN
Inventors: 白庆星; 景涛; 张龙赐; 谷晨; 龚星
Original assignee: CETC 48 Research Institute
Current assignee: CETC 48 Research Institute
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2014-10-22

Abstract

本发明提出了一种用于高温大热流环境的热流传感器标定装置，包括电源控制系统、数字电压表和计算机，所述数字电压表和所述计算机的信号输入端口连接；还包括标准热流传感器、测试热流传感器、铜电极、石墨板、电极水冷装置和外部水冷装置；所述石墨板的两板端分别和铜电极相连；所述铜电极内部设有电极水冷装置，边缘和外部水冷装置连接；所述电源控制系统和铜电极电连接；所述标准热流传感器和测试热流传感器放置于石墨板的等距位置保证同样的热流条件，且均和数字电压表连接同步采集数据。本发明热流传感器标定装置具有能够用于高温大热流环境的传感器标定，能够达到达到3MW/m²热流密度的传感器标定。

Description

一种用于高温大热流环境的热流传感器标定装置

技术领域

本发明涉及热流传感器领域，特别涉及一种用于高温大热流环境的热流传感器标定装置。

背景技术

热流传感器在科学研究、航空航天、动力工程等方面有广泛的应用，热流传感器的应用趋向于高温大热流的应用条件，传统的热流传感器标定系统采用冷热板温度梯度形成的热流进行标定，该标定系统包括加热器、均热器、绝缘材料等组成，由于标定装置加热器的原理设计及加热功率的限制，使该装置不能产生热流密度达到3MW/m²的大热流，同时受限于装置材料的选择，该装置也不能满足大热流环境下高温条件工作的要求，因此该标定热流量程不能满足大热流量程的传感器标定。同时，由于传统标定装置包括主加热器、保护加热器、主均热板、保护均热板、绝缘材料和冷板等部分构成，整套设备构造复杂、造价昂贵，也不利于设备的应用推广。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明要解决的问题是是针对传统的热流传感器标定系统测试热流量程小、设备复杂造价高的问题，提供一种用于高温大热流环境的热流传感器标定装置,使该装置达到满足目前科研领域大热流标定的需求，且设备结构简单，造价合理。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于高温大热流环境的热流传感器标定装置，包括电源控制系统、数字电压表和计算机，所述数字电压表和所述计算机的信号输入端口连接；还包括标准热流传感器、测试热流传感器、铜电极、石墨板、电极水冷装置和外部水冷装置；所述石墨板的上端面和下端面分别和两个铜电极相连；所述铜电极的内部设有电极水冷装置，所述铜电极的边缘同外部水冷装置连接；所述电源控制系统同铜电极电连接；所述标准热流传感器和测试热流传感器分别放置于石墨板相对两侧且位于与石墨板等距位置以保证处于同样的热流条件下，且所述标准热流传感器和测试热流传感器均同数字电压表连接同步采集数据。

作为上述技术方案的进一步改进：所述电源控制系统为高直流电流和低电压系统，利于控制加热的石墨板迅速升温和降温。

本发明工作时，加热装置通过电源控制铜电极加热石墨板产生热流，铜电极通水冷冷却防止过热破坏电极，在电极边缘热流出射的部位加装冷却装置，由于铜电极导电效果好，石墨板能够达到很高的温度，这样使高温石墨板与冷却部分形成较大的温差，从而形成较大的标定热流，同时冷却部分也起到了调节热流平行度的作用。标准热流传感器和测试热流传感器置于石墨板两侧的等距位置，保证二者处于对称热流条件下。标定过程的标准热流传感器和测试热流传感器的测试信号输出由数字电压表同步数据采集，并经过计算机进行数据分析比对。

本发明热流传感器标定装置的工作原理为，把待标定的热流传感器与标准热流传感器置于同等条件的热流环境下，根据标准热流传感器的信号输出标定待测的热流传感器。利用标准热流传感器的系数C ₀和输出电压E ₀，就可以算出施加的对称热流密度q，根据待标定热流传感器的输出电压E从而能够确定待标定热流传感器的系数C，即：

式中：C——被标定热流传感器的系数

C ₀——标准热流传感器的系数

q——热流密度

E ——被标定热流传感器的输出电压

E ₀ ——标准热流传感器的输出电压

本发明所具有的有益效果为：本发明热流传感器标定装置具有能够用于高温大热流环境的传感器标定，能够达到3MW/m²热流密度的传感器标定；标准热流传感器和测试热流传感器在对称热流下同步信号采集比对，提高了标定的准确性；另外，整套标定装置结构简单，造价合理，利于装置产业化。

下面结合附图详细说明本发明,其作为本说明书的一部分,通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明热流传感器标定装置示意图；

图2为本发明中热流传感器的示意图。

图中：1-标准热流传感器；2-测试热流传感器；3-铜电极；4-石墨板；5-电极水冷装置；6-外部水冷装置；7-电源控制系统；8-数字电压表；9-计算机；10-热流感知面；11-底座；12-引线；13-安装孔；14-高温空气区域。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1-2所示，本实施例的用于高温大热流环境的热流传感器标定装置，包括电源控制系统7、数字电压表8和计算机9，数字电压表8和计算机9的信号输入端口连接；还包括标准热流传感器1、测试热流传感器2、铜电极3、石墨板4、电极水冷装置5和外部水冷装置6；石墨板4的上端面和下端面分别和两个铜电极3相连；铜电极3的内部设有电极水冷装置5，铜电极3的边缘同外部水冷装置6连接；电源控制系统7和铜电极3电连接；标准热流传感器1和测试热流传感器2分别放置于石墨板4相对两侧且位于与石墨板4等距位置以保证处于同样的热流条件下，且标准热流传感器1和测试热流传感器2均同数字电压表8连接同步采集数据。

使用时，标准热流传感器1和测试热流传感器2放置于石墨板4的等距位置，使二者接受对称的施加热流。以测试热流传感器2安装为例，热流感知面10正对石墨板4，通过安装孔13将传感器底座11固定在支架上，引线12由传感器的背部引出。标准热流传感器1和测试热流传感器2与数字电压表8连接，用于同步采集两路热流信号的输出，数字电压表8与计算机9接连，用于测试程序的控制及测试数据的比对分析。

开通铜电极3的冷却水，进入电极水冷装置5，保证电极工作在允许的温度范围内。开通铜电极3边缘的外部水冷装置6，开启电源控制系统7用于铜电极3供电，通过控制输入的电压电流值，使石墨板4迅速升温至目标值，石墨板4两侧迅速形成高温空气区域14，两侧的热流传感器处于对称热流环境下。开启信号采集软件，用于同步采集标准热流传感器1和测试热流传感器2的信号输出，利用计算机9对输出信号进行比对分析。结合标准热流传感器1的灵敏度，可以得到测试热流传感器2的标准热流与电压信号输出的情况，通过电源控制系统7调整输入电压电流值可以获得测试热流传感器2的热流与电压的标定曲线，从而对传感器进行热流标定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims

1.一种用于高温大热流环境的热流传感器标定装置，包括电源控制系统（7）、数字电压表（8）和计算机（9），所述数字电压表（8）和所述计算机（9）的信号输入端口连接；其特征在于：还包括标准热流传感器（1）、测试热流传感器（2）、铜电极（3）、石墨板（4）、电极水冷装置（5）和外部水冷装置（6）；所述石墨板（4）的上端面和下端面分别和两个铜电极（3）相连；所述铜电极（3）的内部设有电极水冷装置（5），所述铜电极（3）的边缘同外部水冷装置（6）连接；所述电源控制系统（7）和铜电极（3）电连接；所述标准热流传感器（1）和测试热流传感器（2）分别放置于石墨板（4）相对两侧且位于与石墨板（4）等距位置以保证处于同样的热流条件下，且所述标准热流传感器（1）和测试热流传感器（2）均同数字电压表（8）连接同步采集数据。

2.根据权利要求1所述的用于高温大热流环境的热流传感器标定装置，其特征在于：所述电源控制系统（7）为高直流电流和低电压系统。