CN106644178A - 一种热流传感器校准方法及装置 - Google Patents

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白庆星
张龙赐
何峰
曹勇全
陈伟
谢明
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Abstract

本发明公开了一种热流传感器校准方法，在真空环境下进行热流传感器的校准工作。本发明的热流传感器校准方法具有操作简便、提高校准准确性和能够长时间高温工作等优点。本发明还公开了一种热流传感器校准装置，包括热流传感器校准组件和真空腔体，所述热流传感器校准组件置于真空腔体内。本发明的热流传感器校准装置具有结构简单、提高校准准确性和能够长时间高温工作等优点。

Description

一种热流传感器校准方法及装置
技术领域
本发明主要涉及热流校准技术领域，特指一种热流传感器校准方法及装置。
背景技术
热流校准在航空航天武器装备热防护系统设计、气动热外形设计及热能工程窑炉传热设计等方面有广泛的应用，热流校准的应用趋向于长时间大热流校准的实际使用工况条件，现有的热流传感器校准装置利用高温石墨平板在空气中进行热流校准。在该装置中经过特殊加工的高温石墨平板两侧能提供对称的热流，对称位置放置标准热流传感器和实验热流传感器，通过对比标准热流传感器和实验热流传感器信号输出完成实验热流传感器的校准。该装置存在的问题是进行大热流校准时石墨平板工作在1500℃以上的高温空气中，石墨平板与空气发生反应使被氧化的石墨平板部分脱落，因此，该装置难以进行长时间的大热流校准，且由于石墨平板的表面状态变化给校准带来误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够长时间高温工作以及提高校准工作准确性的热流传感器校准方法，并相应提供一种结构简单的校准装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种热流传感器校准方法，在真空环境下进行热流传感器的校准工作。
作为上述技术方案的进一步改进：
在一密闭腔体中充入惰性气体，然后抽真空以达到真空环境。
所述惰性气体为氩气或氮气。
一种热流传感器校准装置，包括热流传感器校准组件，还包括一真空腔体，所述热流传感器校准组件置于真空腔体内。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述热流传感器校准组件包括控制单元、加热板以及用于对加热板进行加热的加热组件，所述加热板的两侧对称设有标准热流传感器和实验热流传感器，所述标准热流传感器和实验热流传感器的热流面均面向于所述加热板，所述加热组件、标准热流传感器和实验热流传感器均与所述控制单元相连。
还包括真空单元和气体控制单元，所述真空单元用于对真空腔体进行抽真空作业并监控其真空状态；所述气体控制单元用于对真空腔体内的气体成分进行控制；所述真空单元和气体控制单元均与所述控制单元相连。
所述加热组件包括两个水冷电极，分布在加热板的两端。
所述水冷电极内设置有冷却水管。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的热流传感器校准方法，在真空环境下进行热流传感器的校准工作，能够避免热流校准组件在高温环境下与空气反应而损坏，从而能够长时间进行大热流校准作业，同时提高了热流校准工作的准确性。另外先充惰性气体再进行抽真空以得到真空环境，能够进一步避免热流校准组件在高温环境下与空气进行反应，保证校准工作精准可靠。本发明的热流传感器校准装置，同样具有如上方法所述的优点，而且结构简单、操作简便、易于实现。
附图说明
图1为本发明的方框原理示意图。
图2为本发明的立体结构示意图。请提供图2的CAD电子图纸（线条图）
图中标号表示：1、石墨平板；2、水冷电极；3、标准热流传感器；4、实验热流传感器；5、腔体；6、冷却水管；7、控制单元；8、数字电压表；9、计算机；10、真空单元；11、气体控制单元。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
本实施例的热流传感器校准方法，在真空环境下进行热流传感器的校准工作，具体校准工作与现有的相同，在下文中有简要描述。本发明的热流传感器校准方法，在真空环境下进行热流传感器的校准工作，能够避免热流校准组件在高温环境下与空气反应而损坏，从而保证能够长时间进行大热流校准作业，同时提高了热流校准工作的准确性。
本实施例中，在一密闭腔体5中充入惰性气体，然后抽真空以达到真空环境，避免真空环境中存在空气，进一步提高热流校准工作的可靠精准的进行。其中惰性气体为氩气或氮气。
如图1和图2所示，本实施例的热流传感器校准装置，包括热流传感器校准组件，还包括一真空腔体5，热流传感器校准组件置于真空腔体5内。校准组件在真空腔体5中的真空环境下进行校准作业，能够避免校准组件在高温环境下与空气接触而氧化损坏，提高热流校准工作的准确性。
本实施例中，热流传感器校准组件包括控制单元7、加热板以及用于对加热板进行加热的加热组件，加热板的两侧对称设有标准热流传感器3和实验热流传感器4，标准热流传感器3和实验热流传感器4的热流面均面向于加热板，加热组件、标准热流传感器3和实验热流传感器4均与控制单元7相连。其中加热板为石墨平板1，即石墨平板1易在高温环境下与空气反应而脱落。
本实施例中，还包括真空单元10和气体控制单元11，真空单元10用于对真空腔体5进行抽真空作业并监控其真空状态；气体控制单元11用于对真空腔体5内的气体成分进行控制；真空单元10和气体控制单元11均与控制单元7相连。
本实施例中，加热组件包括两个水冷电极2，分布在加热板的两端，水冷电极2内设置有冷却水管6。
本实施例中，校准的原理如下：把实验热流传感器4与标准热流传感器3置于同等条件的热流环境下，根据标准热流传感器3的信号输出来标定实验热流传感器4。利用标准热流传感器3的系数C0和输出电压E0，就可以算出施加的对称热流密度q，根据实验热流传感器4的输出电压E，即可确定待校准热流传感器的系数C，即：
式中：C—实验热流传感器4的系数；C0—标准热流传感器3的系数；q—热流密度；E—实验热流传感器4的输出电压；E0—标准热流传感器3的输出电压。
通过对系数C的标定，即可判定实验热流传感器4的质量，完成标定工作。
下面结合一实例对本发明的校准工作做进一步描述：
如图1和2所示，本实施例的热流传感器校准装置，具体包括真空系统10、气体控制系统11、电气控制系统7、数字电压表8和计算机9，数字电压表8与计算机9的信号输入端口连接；还包括标准热流传感器3、实验热流传感器4、水冷电极2、高温石墨平板1、冷却水管6和外罩。石墨板1的上端面和下端面分别和两个水冷电极2相连；水冷电极2的内部设有冷却水管6；电气控制系统7和水冷电极2电连接。标准热流传感器3和实验热流传感器4分别放置于石墨板1两侧与石墨板1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3和实验热流传感器4均同数字电压表8连接同步采集数据，真空系统10、气体控制系统11与电气控制系统7连接，用于控制装置腔体5内的真空度和气体成分。
使用时，标准热流传感器3和实验热流传感器4放置于石墨板1的等距位置，使二者接受对称的施加热流。热流感知面正对石墨板1，通过安装孔将传感器固定在支架上，引线由传感器的背部引出。标准热流传感器3和实验热流传感器4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，真空系统10、气体控制系统11与电气控制系统7连接，用于对装置腔体5内的真空度和气体成分进行控制。
开启气体控制系统11和电气控制系统7，向腔体5内充入惰性气体（氮气或氩气），同时排出腔体5内的气体，数分钟后腔体5内主要成分为惰性气体，空气只占极少部分。开启真空系统10，对腔体5进行抽真空，使外罩内腔体5的真空度保持在0.1Pa左右。开通水冷电极2的冷却水进入冷却水管6，保证电极工作在允许的温度范围内，电气控制系统7对水冷电极2供电，通过控制输入的电压电流值，使石墨板1迅速升温至目标值，石墨板1两侧迅速形成等温区域。石墨平板1两侧的热流传感器处于对称的热流环境下。开启信号采集软件，用于同步采集标准热流传感器3和实验热流传感器4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3的灵敏度，可以得到实验热流传感器4的标准热流与电压信号输出的情况，通过电气控制系统7调整输入电压电流值可以获得实验热流传感器4的热流与电压的校准曲线，从而对传感器进行热流校准。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种热流传感器校准方法，其特征在于，在真空环境下进行热流传感器的校准工作。
2.根据权利要求1所述的热流传感器校准方法，其特征在于，在一密闭腔体（5）中充入惰性气体，然后抽真空以达到真空环境。
3.根据权利要求2所述的热流传感器校准方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气或氮气。
4.一种热流传感器校准装置，包括热流传感器校准组件，其特征在于，还包括一真空腔体（5），所述热流传感器校准组件置于真空腔体（5）内。
5.根据权利要求4所述的热流传感器校准装置，其特征在于，所述热流传感器校准组件包括控制单元（7）、加热板以及用于对加热板进行加热的加热组件，所述加热板的两侧对称设有标准热流传感器（3）和实验热流传感器（4），所述标准热流传感器（3）和实验热流传感器（4）的热流面均面向于所述加热板，所述加热组件、标准热流传感器（3）和实验热流传感器（4）均与所述控制单元（7）相连。
6.根据权利要求5所述的热流传感器校准装置，其特征在于，还包括真空单元（10）和气体控制单元（11），所述真空单元（10）用于对真空腔体（5）进行抽真空作业并监控其真空状态；所述气体控制单元（11）用于对真空腔体（5）内的气体成分进行控制；所述真空单元（10）和气体控制单元（11）均与所述控制单元（7）相连。
7.根据权利要求5或6所述的热流传感器校准装置，其特征在于，所述加热组件包括两个水冷电极（2），分布在加热板的两端。
8.根据权利要求7所述的热流传感器校准装置，其特征在于，所述水冷电极（2）内设置有冷却水管（6）。
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