CN111272314A - 一种简易同轴量热计 - Google Patents

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程奂哲
杨忠凯
林国胜
朱旭
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Abstract

一种同轴量热计，同轴量热计外壳选用高导热性的无氧铜材料，带有绝缘层的康铜丝置于无氧铜外壳中心引线孔内，康铜丝前端通过斜孔铆接在外壳受热端面附近，构成铜—康铜热偶节点，另一根铜丝作为热电偶引线连接在无氧铜外壳。该同轴量热计具有结构简单、响应时间短、耐高温气体冲刷、热接点可重新修复、外径小、易和模型表面匹配等优点。

Description

一种简易同轴量热计
技术领域
本发明涉及一种同轴量热计，属于高热流密度测量装置。
背景技术
随着现代飞行器的发展，飞行器热防护系统的结构和性能与地面试验中热流密度的测量精度密切相关，目前国内的热流传感器研制工作远远不能满足飞行器发展的要求。对于高热流量热计而言，如定态量热计和扫描式的零点量热计，定态量热计很难长时间承受这种恶劣的热环境而不被烧坏，而依靠快速响应实现长寿命的零点量热计加工要求高，采用高温真空加料焊接，焊料易形成寄生热容。
同轴量热计是一种适合瞬态大热流测量的传感器，一般由外电极、内电极组成，内外电极选择不同的热电极材料。将一种电极材料制作成中心轴线有一通孔的管状外壳，另一种电极材料制成细丝作为内芯插入外壳中，并与外壳之间填充绝缘材料，形成类似铅笔的套芯复合柱状结构,研磨内外金属电极的测试端，使两者互相连接，形成热节点，如图1所示。
同轴量热计具有响应时间短，一般可达50μs，最理想可达1μs，耐高温气体冲刷，热接点可重新修复、外径小而容易和模型表面匹配等优点。国外在上世纪70年代就提出用同轴量热计来代替零点量热计，而且在美国VKF气动设备上得到了应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种同轴量热计，确保热流密度的测量精度、重复性以及同轴量热计的安全。
本发明的技术方案：一种同轴量热计，包括同轴量热计外壳、带有绝缘层的康铜丝和铜丝；外壳的受热端面有斜孔和中心线处的直孔相连接，用于康铜丝穿过；同轴量热计外壳选用高导热性的无氧铜材料，带有绝缘层的康铜丝置于通过直孔和斜孔铆接在同轴量热计外壳受热端面上；铜丝作为热电偶引线铆接在无氧铜外壳，构成铜—康铜测温节点。
所述斜孔的角度为30～45°。
本发明的有益效果：
本发明为满足高热流密度的精准测量需求，创新研发一种同轴量热计，将康铜丝通过预先加工直孔和斜孔，铆接在同轴量热计外壳受热端面上，与铆接在无氧铜外壳的铜丝，构成铜—康铜测温节点，得到受热端面处的热流密度。该结构与传统的同轴量热计有显著区别，，基于半无限大平板假设的测试原理条件下，对于尖化前缘和小尺寸的特殊形状的热流密度测试环境，有着更好的精度和兼容性。
该同轴量热计具有结构简单、响应时间短、耐高温气体冲刷、热接点可重新修复、外径小、易和模型表面匹配等优点，可广泛应用于气动热试验的高精度热流密度的测量。
附图说明
图1为传统同轴量热计结构示意图。
图2为本发明装置示意图。
图3为同轴量热计使用原理图。
具体实施方式
如图2所示，本发明一种新型同轴量热计，主要包括同轴量热计外壳 1、带有绝缘层的康铜丝2和铜丝3三部分组成，外壳1的受热端面有斜孔和中心线处的直孔相连接,用于康铜丝2穿过；同轴量热计外壳1选用高导热性的无氧铜材料，带有绝缘层的康铜丝2置于通过直孔和斜孔铆接在同轴量热计外壳1受热端面上；铜丝3作为热电偶引线铆接在无氧铜外壳，构成铜—康铜测温节点，通过高速测量采集系统，得到外壳的温度数据，结合传热学的相关公式，可计算出同轴量热计的热流密度数值。
同轴量热计是基于半无限大平板假设，对于实际有限厚度的测量对象而言，从测量原理上必须保证在较短测量时间内，才符合半无限大平板假设。因此对于具体的测量过程中，必须保证采用高速送进装置将同轴量热计送入到高温流场中，送进速度不小于0.4m/s，量热计在流场停留时间不超过0.5s，测量系统的采集频率不低于800HZ。
在实际测量过程中，如图3所示，一般采用电弧加热器产生高温高压热空气，经过超声速喷管后的高温流场建立后，采用送进支架将同轴量热计高速送进流场中，可得到同轴量热计的热流密度数值。
所述斜孔的角度应在30～45°，角度的选取是在实践过程中便于走线和防
止热气流泄露，通过研究发现此角度范围内同轴量热计的测量精度较好。
本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.一种同轴量热计，其特征在于：包括同轴量热计外壳(1)、带有绝缘层的康铜丝(2)和铜丝(3)；外壳(1)的受热端面有斜孔和中心线处的直孔相连接，用于康铜丝(2)穿过；同轴量热计外壳(1)选用高导热性的无氧铜材料，带有绝缘层的康铜丝(2)置于通过直孔和斜孔铆接在同轴量热计外壳(1)受热端面上；铜丝(3)作为热电偶引线铆接在无氧铜外壳，构成铜—康铜测温节点。
2.根据权利要求1所述的同轴量热计，其特征在于：所述斜孔的角度为30～45°。
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