CN106525288A - 一种纯辐射热流传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明一种纯辐射热流传感器，涉及热流、温度测量领域；包括滤光片、表面涂黑的康铜圆箔片、金属丝、热沉、绝缘瓷管、压套、螺钉、壳体、进气管、引线、接线套、高温胶。先将绝缘瓷管与热沉用高温胶粘接，康铜箔片的中心与一根金属丝焊接，另一根金属丝焊接于康铜箔片与热沉之间，将康铜箔片与热沉沿箔片外沿焊接，用螺钉将滤光片固定在压套和热沉之间，然后将热沉与壳体焊接密封。将金属丝分别与引线焊接，在热沉尾端装上接线套，然后在接线套内填充高温胶。本发明传感器采用滤光片和风冷设计，具有工作时间长、能测量辐射热流、抗对流热扰动、防烟尘等优点。

Description

一种纯辐射热流传感器
技术领域
本发明涉及一种热流、温度测量领域，特别是一种纯辐射热流传感器。
背景技术
随着科学技术的不断发展，能源问题的日益突出，节能降耗工作的不断开展，热流检测的理论和技术越来越受到重视，热流传感器得到了广泛应用。
经典的热流传感器原理结构如图1所示，采用该原理结构的热流传感器又称GARDON计(戈登计)。其测量原理：作为敏感元件的康铜圆箔，其表面上涂黑以利于吸收热通量。圆柱形传感器内部铜热沉与康铜圆箔构成T型(铜-康铜)热电偶，康铜圆箔与其中心的铜引线构成另一对T型(铜-康铜)热电偶，上述两对热电偶构成差分T型热电偶。入射的热流被康铜圆箔吸收后，沿圆箔径向铜热沉传导热量。康铜圆箔因其薄而导热快，铜热沉因其尺寸厚而导热慢，从而在康铜圆箔中心与铜热沉之间建立起与入射热流成正比的温差，此时差分T型热电偶信号与热通量成正比。传感器的热流值可通过式(1)计算。
q＝K×V (1)
式中：q为测量热流；K为热流值灵敏度，K值可通过校准试验得到；V为差分T型热电偶信号。
平板型热流传感器也得到了广泛的应用，该传感器用热导率材料已知的平板为敏感元件，当有热流通过该平板时，在平板的两面有一定温差，通过测量该温差，得到热流值。
传统热流传感器在测量时，其测量面直接与被测热流接触，测量值为总热流值，无法测量辐射热流，而且其测量端面不具备防烟尘功能，在烟尘中测量时，其敏感端面容易积灰导致其精度下降，再者，传统的热流传感器不具备自冷却功能，无法在大热流下长时间工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种纯辐射热流传感器，采用滤光片和风冷设计，具有工作时间长、能测量辐射热流、抗对流热扰动、防烟尘等优点。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种纯辐射热流传感器，包括滤光片、表面涂黑的康铜圆箔片、第一金属丝、第二金属丝、热沉、绝缘瓷管、压套、螺钉、壳体、引线、接线套和高温胶；其中绝缘瓷管轴向竖直固定在热沉的竖直中心位置；康铜圆箔片固定安装在热沉的上端；第一金属丝的一端固定安装在康铜圆箔片下表面的中心位置；第二金属丝的一端固定安装在热沉与绝缘瓷管的连接处；滤光片固定安装在热沉的顶端；压套固定安装在滤光片的边缘处；壳体套装在热沉的外部；第一金属丝的另一端、第二金属丝的另一端分别与引线连接；绝缘瓷管的下端固定安装接线套；接线套为中空结构，内部填充高温胶。
在上述的一种纯辐射热流传感器，所述绝缘瓷管外壁与热沉内壁通过高温胶粘接固定。
在上述的一种纯辐射热流传感器，所述绝缘瓷管中部设置有两条竖直的通孔，第一金属丝和第二金属丝分别穿过通孔伸出绝缘瓷管，与引线连接。
在上述的一种纯辐射热流传感器，所述滤光片为单晶硅片。
在上述的一种纯辐射热流传感器，所述热沉沿竖直方向设置有多个水平的散热装置，其中散热装置为直肋片或环肋片结构。
在上述的的一种纯辐射热流传感器，所述热沉的下底面设置有进风管，进风管穿过热沉的下底面与壳体内部空腔相通；热沉与壳体的顶端空隙形成出风口；压缩空气从进风管进入，热沉和壳体之间的空腔体循环后，从顶端的出风口排出。
在上述的一种纯辐射热流传感器，所述第一金属丝材料为铜丝或镍铬丝；所述第二金属丝材料为铜丝或镍铬丝。
在上述的一种纯辐射热流传感器，测量敏感端面由康铜圆箔片、第一金属丝、第二金属丝组成，第一金属丝与康铜圆箔片的中心焊接，构成第一热电偶；第二金属丝与康铜圆箔片的边缘接触，构成第二热电偶，第一热电偶和第二热电偶构成一对温差热电偶；该温差热电偶测量敏感端康铜圆箔片的中心与边缘的温度差V，从而得到测量康铜圆箔片端面的热流值q。
在上述的一种纯辐射热流传感器，所述端面热流值的计算方法为：
q＝K×V
其中，q为康铜圆箔片端面的热流值；
K为热流值灵敏度；
V为康铜圆箔片的中心与边缘的温度差。
在上述的一种纯辐射热流传感器，所述绝缘瓷管为氧化铝瓷管；所述热沉的材料为不锈钢、铜或者其它金属材料。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明传感器采用滤光片设计，滤光片固定在压套和热沉之间，具有滤除对流热的能力，能测量纯辐射热流，而且抗对流热扰动能力强；
(2)本发明传感器采用风冷设计，进风管穿过热沉的下底面与壳体内部空腔相通；热沉与壳体的顶端空隙形成出风口；压缩空气从进风管进入，热沉和壳体之间的空腔体循环后，从顶端的出风口排出，能利用气流带走热沉体和滤光片的热量，极大地延长了传感器的工作时间；
(3)本发明的测量端面有气流保护，具备抗防烟尘能力，能在烟尘中使用。
附图说明
图1为本发明传感器的结构示意图。
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详细的描述：
如图1所示为传感器的结构示意图，由图可知，一种纯辐射热流传感器，包括滤光片1、表面涂黑的康铜圆箔片2、第一金属丝3、第二金属丝4、热沉5、绝缘瓷管6、压套7、螺钉8、壳体9、引线11、接线套12和高温胶13；安装过程为：先将绝缘瓷管6与热沉5用高温胶13粘接，康铜箔片2的中心与第一金属丝3焊接，第二金属丝4焊接于康铜箔片2与热沉5之间，将康铜箔片2与热沉5沿箔片外沿焊接，用螺钉将滤光片1固定在压套7和热沉5之间，然后将热沉5与壳体9焊接密封。将金属丝分别与引线11焊接，在热沉5尾端装上接线套12，然后在接线套内填充高温胶13。
其中，滤光片1为单晶硅片；绝缘瓷管6轴向竖直固定在热沉5的竖直中心位置，绝缘瓷管6外壁与热沉5内壁通过高温胶13粘接固定；康铜圆箔片2固定安装在热沉5的上端；第一金属丝3的一端固定安装在康铜圆箔片2下表面的中心位置；第二金属丝4的一端固定安装在热沉5与绝缘瓷管6的连接处，缘瓷管6为氧化铝瓷管；所述热沉5的材料为不锈钢、铜或者其它金属材料；滤光片1固定安装在热沉5的顶端；压套7固定安装在滤光片1的边缘处；壳体9套装在热沉5的外部；第一金属丝3的另一端、第二金属丝4的另一端分别与引线11连接；第一金属丝3材料为铜丝或镍铬丝；所述第二金属丝4材料为铜丝或镍铬丝；绝缘瓷管6的下端固定安装接线套12；接线套12为中空结构，内部填充高温胶13。
其中，缘瓷管6中部设置有两条竖直的通孔，第一金属丝3和第二金属丝4分别穿过通孔伸出绝缘瓷管6，与引线11连接。
热沉5沿竖直方向设置有多个水平的散热装置，其中散热装置为直肋片或环肋片结构，热沉5的下底面设置有进风管10，进风管10穿过热沉5的下底面与壳体9内部空腔相通；热沉5与壳体9的顶端空隙形成出风口；压缩空气从进风管10进入，热沉5和壳体9之间的空腔体循环后，从顶端的出风口排出，该结构能对热沉5、滤光片1进行散热降温，且能防止滤光片1积灰。
第一金属丝3与康铜圆箔片2的中心焊接，构成第一热电偶；第二金属丝4与康铜圆箔片1的边缘接触，构成第二热电偶，第一热电偶和第二热电偶构成一对温差热电偶；该温差热电偶测量敏感端康铜圆箔片2的中心与边缘的温度差V，从而得到测量康铜圆箔片2端面的热流值q。
端面热流值的计算方法为：
q＝K×V
其中，q为康铜圆箔片2端面的热流值；
K为热流值灵敏度；
V为康铜圆箔片1的中心与边缘的温度差。
第一热电偶可以分为E型热电偶或T型热电偶，E型热电偶为镍铬-康铜材料，T型热电偶为铜-康铜材料；第二热电偶可以分为E型热电偶或T型热电偶，E型热电偶为镍铬-康铜材料，T型热电偶为铜-康铜材料。
实施例
本实施例中传感器采用滤光片为单晶硅片，具有能透过辐射热射线，滤除对流热的能力，而且能消除对流热扰动对测量的影响。
本实施例中传感器的热沉具有散热的结构，其散热结构为环肋结构设计，其肋片的厚度为0.5mm，肋片的间距为1mm，肋片的外径为Ф40。
本实施例中传感器具有风冷、防烟尘结构设计，设计方法为：传感器内部为空腔体设计，压套7和壳体9之间的间隙构成出风口，压缩空气从进风管10进入，经传感器内部的空腔体循环后，由顶端的出风口排出，该结构能对热沉5、滤光片1进行散热降温，且能防止滤光片1积灰，本实施例中绝缘瓷管6为双孔氧化铝瓷管，热沉5的材料为铜。
本是实例中第一金属丝3和第二金属丝4为铜丝，测量敏感端面由康铜圆箔片1、铜丝a2、铜丝b3组成，铜丝a2与康铜圆箔片1的中心焊接，构成T型铜-康铜热电偶1，铜丝b3与康铜圆箔片1的边缘接触，构成T型铜-康铜热电偶2，热电偶1和热电偶2构成一对温差热电偶；铜丝a2、铜丝b3分别与引线11焊接，由引线输出的电压差可得到康铜圆箔片1的中心与边缘的温度差，即式1中的V值，通过校准试验可得到式1的K值，可计算得到被测辐射热流值。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种纯辐射热流传感器，其特征在于：包括滤光片(1)、表面涂黑的康铜圆箔片(2)、第一金属丝(3)、第二金属丝(4)、热沉(5)、绝缘瓷管(6)、压套(7)、螺钉(8)、壳体(9)、引线(11)、接线套(12)和高温胶(13)；其中绝缘瓷管(6)轴向竖直固定在热沉(5)的竖直中心位置；康铜圆箔片(2)固定安装在热沉(5)的上端；第一金属丝(3)的一端固定安装在康铜圆箔片(2)下表面的中心位置；第二金属丝(4)的一端固定安装在热沉(5)与绝缘瓷管(6)的连接处；滤光片(1)固定安装在热沉(5)的顶端；压套(7)固定安装在滤光片(1)的边缘处；壳体(9)套装在热沉(5)的外部；第一金属丝(3)的另一端、第二金属丝(4)的另一端分别与引线(11)连接；绝缘瓷管(6)的下端固定安装接线套(12)；接线套(12)为中空结构，内部填充高温胶(13)。
2.根据权利要求1所述的一种纯辐射热流传感器，其特征在于：所述绝缘瓷管(6)外壁与热沉(5)内壁通过高温胶(13)粘接固定。
3.根据权利要求1所述的一种纯辐射热流传感器，其特征在于：所述绝缘瓷管(6)中部设置有两条竖直的通孔，第一金属丝(3)和第二金属丝(4)分别穿过通孔伸出绝缘瓷管(6)，与引线(11)连接。
4.根据权利要求1所述的一种纯辐射热流传感器，其特征在于：所述滤光片(1)为单晶硅片。
5.根据权利要求1所述的一种纯辐射热流传感器，其特征在于：所述热沉(5)沿竖直方向设置有多个水平的散热装置，其中散热装置为直肋片或环肋片结构。
6.根据权利要求1所述的的一种纯辐射热流传感器，其特征在于：所述热沉(5)的下底面设置有进风管(10)，进风管(10)穿过热沉(5)的下底面与壳体(9)内部空腔相通；热沉(5)与壳体(9)的顶端空隙形成出风口；压缩空气从进风管(10)进入，热沉(5)和壳体(9)之间的空腔体循环后，从顶端的出风口排出。
7.根据权利要求1所述的一种纯辐射热流传感器，其特征在于：所述第一金属丝(3)材料为铜丝或镍铬丝；所述第二金属丝(4)材料为铜丝或镍铬丝。
8.根据权利要求1所述的一种纯辐射热流传感器，其特征在于：第一金属丝(3)与康铜圆箔片(2)的中心焊接，构成第一热电偶；第二金属丝(4)与康铜圆箔片(1)的边缘接触，构成第二热电偶，第一热电偶和第二热电偶构成一对温差热电偶；该温差热电偶测量敏感端康铜圆箔片(2)的中心与边缘的温度差V，从而得到测量康铜圆箔片(2)端面的热流值q。
9.根据权利要求8所述的一种纯辐射热流传感器，其特征在于：所述端面热流值的计算方法为：
q＝K×V
其中，q为康铜圆箔片(2)端面的热流值；
K为热流值灵敏度；
V为康铜圆箔片(1)的中心与边缘的温度差。
10.根据权利要求1所述的一种纯辐射热流传感器，其特征在于：所述绝缘瓷管(6)为氧化铝瓷管；所述热沉(5)的材料为不锈钢、铜或者其它金属材料。
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