CN113588137B - 热流传感器标定装置和标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热流传感器标定装置和标定方法，热流传感器标定装置中，热流源设在真空腔体中且支承于热流传感器以产生一维方向上的热流，第一测温铜片层叠于主加热片上，第二测温铜片层叠于中心隔热块上，第二测温铜片侧面打孔以放置测量保护加热片温度的第二铂电阻以及其下端设有用于穿过主加热片导线的容纳槽，压力气缸设在真空腔体中且施加预定压力于上端隔热块；信号采集设备连接第三铂电阻和第四铂电阻以采集下端均热铜片温度和上端均热铜片温度以及连接主加热片以获取等效热流数据，温控仪连接第一铂电阻和第二铂电阻以获得主加热片温度和保护加热片温度，温控仪以主加热片温度为目标值控制保护加热片温度实时跟踪。

Description

热流传感器标定装置和标定方法

技术领域

本发明涉及于温差发电器件测试技术领域，尤其涉及一种热流传感器标定装置和标定方法。

背景技术

基于温差发电技术，通过余热回收来提高能源的综合利用率，是解决能源问题的一个重要手段。温差发电器件是温差发电技术研究中的核心环节，在器件测试时精准的测量流入温差发电器件的热流，进而获取发电效率，对指导器件进行改进优化，提升输出性能具有重要意义。

对于热流测量的方式，应用最普遍的热阻式薄膜热流传感器(热电堆式热流传感器或称温度梯度型热流传感器)将众多的热电偶串联起来形成热电堆，当有热流通过热流传感器时，在传感器的热阻层上产生了温度梯度，根据傅里叶定律就可以得到通过传感器的热流密度，具有较高的精度和灵敏度。但是一般的热阻式热流传感器由于采用薄膜结构，在承受较大压力时，内部热电堆很容易损坏，无法应用于需要施加较大压力的场景下的热流测量；同时由于制造工艺复杂，热阻式薄膜热流传感器通常成本较高，很难用于温差发电器件测试时的热流测量。此外，还有一种使用已知导热系数的参考材料测量流入热电器件的热流，通常采用一个很长的铜块，测量铜块上的温度分布，根据铜的热导率来获得热流。但该方法需要的铜块长度高，体积大，造成使用上的不便；测量小热流时，铜块上的温差小，测试结果往往不精确。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种热流传感器标定装置和标定方法，相较于现有热流传感器标定装置，热流传感器能够承受最大1Mpa压强，满足温差发电器件施加压力条件下的测量，根据传感器两端温差，得到热流数据，同时制作方式简单，价格低。相较于传统的用铜块测量热量的方法，其体积小，且两端温差大，精度高。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种热流传感器标定装置包括，

真空腔体；

水冷底板，其设在所述真空腔体中；

热流传感器，其设在所述真空腔体中且支承于所述水冷底板，

下端均热铜片，其侧面打孔以放置测量下端均热铜片温度的第三铂电阻，

钠钙玻璃层，其层叠于所述下端均热铜片，

上端均热铜片，其层叠于所述钠钙玻璃层，其侧面打孔以放置测量上端均热铜片温度的第四铂电阻；

热流源，其设在所述真空腔体中且支承于所述热流传感器以产生一维方向上的热流，所述热流源包括，

主加热片，其层叠于所述热流传感器上，

第一测温铜片，其层叠于所述主加热片上，所述第一测温铜片侧面打孔以放置测量主加热片温度的第一铂电阻，

中心隔热块，其层叠于所述第一测温铜片上，中心隔热块为框架结构，

第二测温铜片，其层叠于所述中心隔热块上，所述第二测温铜片侧面打孔以放置测量保护加热片温度的第二铂电阻以及其下端设有用于穿过主加热片导线的容纳槽，

热辐射屏蔽罩，其覆盖所述第二测温铜片、中心隔热块、第一测温铜片和主加热片，所述热辐射屏蔽罩的侧面设有容纳主加热片电源线、第一铂电阻和第二铂电阻的缝隙，

保护加热片，其层叠于所述热辐射屏蔽罩上，

上端隔热块，其层叠于所述保护加热片上；

压力气缸，其设在所述真空腔体中且施加预定压力于所述上端隔热块；

第一直流电源，其电连接所述主加热片；

第二直流电源，其电连接所述保护加热片；

信号采集设备，其连接第三铂电阻和第四铂电阻以采集下端均热铜片温度和上端均热铜片温度以及连接所述主加热片以获取等效热流数据，

温控仪，其连接所述第一铂电阻和第二铂电阻以获得主加热片温度和保护加热片温度，温控仪以所述主加热片温度为目标值控制保护加热片温度实时跟踪。

所述的一种热流传感器标定装置中，所述热流传感器标定装置包括处理器，其连接所述压力气缸、信号采集设备和温控仪，处理器基于所述预定压力、等效热流数据、下端均热铜片温度和上端均热铜片温度进行热流测定。

所述的一种热流传感器标定装置中，所述处理器基于下端均热铜片温度和上端均热铜片温度生成温差数据，以及拟合等效热流数据及温差数据曲线并确定拟合函数。

所述的一种热流传感器标定装置中，所述钠钙玻璃层上下表面分别粘贴上端均热铜片和下端均热铜片。

所述的一种热流传感器标定装置中，所述热流源的每个接触面涂有导热硅脂。

所述的一种热流传感器标定装置中，所述预定压力对应的压强为1Mpa，所述热流传感器的温差范围为20K-100K。

所述的一种热流传感器标定装置中，第一直流电源或第二直流电源的电压电流分辨率为1mA，最大电压为300V，最大电流为5A。

所述的一种热流传感器标定装置中，主加热片和保护加热片菌为陶瓷加热片，最大功率为200W，长为40mm，宽为40mm，厚度为2mm。

所述的一种热流传感器标定装置中，中心隔热块为框架结构，其长为40mm，宽为40mm，厚度为5mm。

一种利用所述的热流传感器标定装置的标定方法包括以下步骤，

将热流传感器两端涂抹导热硅脂，放置于真空腔体中的水冷底板之上，热流源置于热流传感器之上，

第一至第四铂电阻分别放置到第一测温铜片、第二测温铜片一级热流传感器上端均热铜片和下端均热铜片的孔内，用第一铂电阻测得的主加热片温度作为目标值，控制第二铂电阻测得的温度实现对第一铂电阻测得的温度的实时跟踪，采集第三和第四铂电阻测得的下端均热铜片温度和上端均热铜片温度，

第一直流电源供电主加热片，设置主加热片电流值使其保持恒定输出功率，信号采集设备获得电压电流值，第二直流电源供电保护加热片，

封闭真空腔体，压力气缸对热流源上端施加1000N的力，将真空腔体内的气压抽至10Pa以下，打开水冷机制冷使得温度全部降至15度以下，

设定第一直流电源的电流值，等待热流传感器热端温度每十分钟变化千分之一时，记录此时的电功率和热流传感器两端的下端均热铜片温度和上端均热铜片温度，

计算每组数据的温差、电功率，拟合功率-温差对应曲线，确定拟合函数，完成数据标定。

在上述技术方案中，本发明提供的一种热流传感器标定装置和标定方法，具有以下有益效果：本发明结构简单，制作方便，能够承受较大压力；体积小，测温温差大，标定装置标定精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是热流传感器标定装置的热流传感器的结构示意图；

图2是热流传感器标定装置的结构示意图；

图3是热流传感器标定装置的热流源的示意图；

图4是热流传感器标定装置的温差热流拟合示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图1至图4，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

在一个实施例中，如图1至图4所示，一种热流传感器标定装置包括，

真空腔体10；

水冷底板8，其设在所述真空腔体10中；

热流传感器6，其设在所述真空腔体10中且支承于所述水冷底板8，

下端均热铜片3，其侧面打孔以放置测量下端均热铜片3温度的第三铂电阻，

钠钙玻璃层2，其层叠于所述下端均热铜片3，

上端均热铜片1，其层叠于所述钠钙玻璃层2，其侧面打孔以放置测量上端均热铜片1温度的第四铂电阻；

热流源7，其设在所述真空腔体10中且支承于所述热流传感器6以产生一维方向上的热流，所述热流源7包括，

主加热片14，其层叠于所述热流传感器6上，

第一测温铜片15，其层叠于所述主加热片14上，所述第一测温铜片侧面打孔以放置测量主加热片14温度的第一铂电阻，

中心隔热块16，其层叠于所述第一测温铜片15上，中心隔热块16为框架结构，

第二测温铜片17，其层叠于所述中心隔热块16上，所述第二测温铜片17侧面打孔以放置测量保护加热片19温度的第二铂电阻以及其下端设有用于穿过主加热片14导线的容纳槽，

热辐射屏蔽罩18，其覆盖所述第二测温铜片17、中心隔热块、第一测温铜片15和主加热片14，所述热辐射屏蔽罩18的侧面设有容纳主加热片14电源线、第一铂电阻和第二铂电阻的缝隙，

保护加热片19，其层叠于所述热辐射屏蔽罩18上，

上端隔热块20，其层叠于所述保护加热片19上；

压力气缸9，其设在所述真空腔体10中且施加预定压力于所述上端隔热块20；

第一直流电源13，其电连接所述主加热片14；

第二直流电源14，其电连接所述保护加热片19；

信号采集设备12，其连接第三铂电阻和第四铂电阻以采集下端均热铜片3温度和上端均热铜片1温度以及连接所述主加热片14以获取等效热流数据，

温控仪11，其连接所述第一铂电阻和第二铂电阻以获得主加热片14温度和保护加热片19温度，温控仪11以所述主加热片14温度为目标值控制保护加热片19温度实时跟踪。

所述的一种热流传感器标定装置的优选实施例中，所述热流传感器标定装置包括处理器，其连接所述压力气缸9、信号采集设备12和温控仪11，处理器基于所述预定压力、等效热流数据、下端均热铜片3温度和上端均热铜片1温度进行热流测定。

所述的一种热流传感器标定装置的优选实施例中，所述处理器基于下端均热铜片3温度和上端均热铜片1温度生成温差数据，以及拟合等效热流数据及温差数据曲线并确定拟合函数。

所述的一种热流传感器标定装置的优选实施例中，所述钠钙玻璃层2上下表面分别粘贴上端均热铜片1和下端均热铜片3。

所述的一种热流传感器标定装置的优选实施例中，所述热流源7的每个接触面涂有导热硅脂。

所述的一种热流传感器标定装置的优选实施例中，所述预定压力对应的压强为1Mpa，所述热流传感器6的温差范围为20K-100K。

所述的一种热流传感器标定装置的优选实施例中，第一直流电源13或第二直流电源14的电压电流分辨率为1mA，最大电压为300V，最大电流为5A。

所述的一种热流传感器标定装置的优选实施例中，主加热片14和保护加热片19菌为陶瓷加热片，最大功率为200W，长为40mm，宽为40mm，厚度为2mm。

所述的一种热流传感器标定装置的优选实施例中，中心隔热块16为框架结构，其长为40mm，宽为40mm，厚度为5mm。

热流传感器6的应用对象为温差发电器件测试的热流检测，通过标定装置对热流传感器6进行标定，建立热流传感器6两端温差与热流的对应关系。热流传感器6由两端铜片和钠钙玻璃粘贴组成，根据钠钙玻璃两端的温差得到通过传感器的热流。标定装置热流源7设计有热辐射屏蔽罩18和保护加热片19，保证主加热片14产生的热流一维流动，完全通过热流传感器6；采用电功率等效热功率方法，根据热流传感器6冷热端温度实现温差与热流对应，标定热流传感器6。该热流传感器6结构简单，制作方便，能够承受测试时施加的压力，满足温差发电器件热流测试要求；标定装置简单易实现，标定结果精度高。

热流传感器包括上端均热铜片1，钠钙玻璃2，下端均热铜片3，均热铜片侧面中心处打孔4a、4b，用于放置铂电阻进行测温。热流传感器制作简单，体积小，成本低；铜片和钠钙玻璃均能承受承受温差发电器件测试过程中施加的压力，坚实耐用。

所述热流传感器的均热铜片与钠钙玻璃通过结构胶5进行粘贴，以此实现热流传感器一体化，并在结构胶固化过程中施加1Mpa压力。牢固性强，减小结构胶造成的热阻，同时避免在热流传感器使用时施加的压力造成热流测量的不准确。

所述热流传感器钠钙玻璃2的厚度可根据实际需要的热流测量范围进行选择，具体的厚度选择原则如下：为了保证测量时的精准度，同时避免热流传感器引起很大的温升，将需要测量的最大热流值对应热流传感器100K温差，温差20K对应此时热流传感器能够测量的最小热流值。

热流传感器得到的结果为两端温度与热流的对应关系，为了获得精准的测量结果，必须对其标定后才能够使用。

一种适用于本发明所述的热流传感器的标定装置分为8部分，分别为标定装置热流源7、水冷底板8、压力气缸9、真空腔体10、温控仪11、信号采集设备12、第一直流电源13和第二直流电源14。

所述标定装置的热流源分为7部分，分别为主加热片14，第一测温铜片15，中心隔热块16，保护加热片19，第二测温铜片17，热辐射屏蔽罩18，上端隔热块20。

所述标定装置温度用铂电阻进行测量，分别测量热流传感器6两铜片的温度，用信号采集设备12获取温度值温度；标定装置热流源7主加热片的电流值由第一直流电源13提供，用信号采集设备12获取主加热片电流电压值，用电功率等效热流；标定装置热流源7用铂电阻获取第一测温铜片15和第二测温铜片17温度，用温控仪实现第二测温铜片17对第一测温铜片15温度的实时跟踪。

所述标定装置热流源7的第一测温铜片15、主加热片部分隔热保护套14、第二测温铜片18和保护加热片部分隔热保护套20于侧面打孔，铂电阻穿过孔放置于测温铜片内部进行测温。热辐射屏蔽罩对应测温孔的侧面切出3mm宽的缝隙，提供铂电阻放置的通道。

所述的标定装置热流源7的主加热片14导线向上穿过上端第二测温铜片18与中心隔热块16之间。热辐射屏蔽罩对应加热片电源线的侧面各切出1.2mm宽的缝隙，提供主加热片电源线通道。

所述标定装置热流源7的中心绝热块10为框架结构，热流源各接触面涂有导热硅脂。

钠钙玻璃2的厚度可根据实际需要测量的热流范围进行选择，具体的厚度选择原则如下：为了保证测量时的精准度，同时避免热流传感器引起很大的温升，将需要测量的最大热流值对应热流传感器100K温差，温差20K对应此时热流传感器能够测量的最小热流值。

在一个实施例中，所述标定装置包括标定装置热流源7、水冷底板8、压力气缸9、真空腔体10、温控仪11、信号采集设备12、第一直流电源13和第二直流电源14。真空条件下的测试消除了空气对流和传导的影响，结果精准；压力气缸9施加压力，保证各界面接触良好，减小接触热阻造成的误差。标定装置热流源分为7部分，分别为主加热片14，第一测温铜片15，中心隔热块16，保护加热片19，第二测温铜片17，热辐射屏蔽罩18，上端隔热块20。保护加热片用于保证主加热片产生的热流一维向下流动，热辐射屏蔽罩由保护加热片进行加热，阻挡热辐射。温度用铂电阻进行测量，分别测量热流传感器6两铜片的温度，用信号采集设备12获取温度值；标定装置热流源7主加热片的电流值由第一直流电源13提供，用信号采集设备12获取主加热片电流电压值，用电功率等效热流；用铂电阻获取标定装置热流源7中第一测温铜片15和第二测温铜片17温度，用温控仪实现第二测温铜片17对第一测温铜片15温度的实时跟踪，保证主加热片热流一维向下流动，保护加热片热流不对标定装置产生影响；铂电阻测温最大误差为0.8℃，具有高精度的特点。第一测温铜片15和第二测温铜片18于侧面打孔，铂电阻放置于测温铜片内部测温。热辐射屏蔽罩对应测温孔的侧面切出3mm宽的缝隙，提供铂电阻放置的通道。主加热片14导线从第二测温铜片18与中心隔热块16之间穿过，用于消除导线温度差异造成的热流损失。热辐射屏蔽罩对应导线穿出的侧面切出各1.2mm宽的缝隙，提供主加热片导线通道。中心隔热块16为框架结构，其作用为阻隔保护加热片19和主加热片14存在的微小温度差异造成的热流流动；框架结构能够减小中心隔热块热容，减少标定装置达到稳态所需要的时间。

以下通过一实施例详细描述本发明：

首先是热流传感器的制作过程。

加工制作长宽为45*45mm，厚度5mm的铜片；加工制作长宽为45*45mm，厚度10mm的钠钙玻璃。

用结构胶5按铜片、钠钙玻璃和铜片的顺序将其粘贴在一起，粘贴完成后，放置于千斤顶反力架上，施加200kg的力保持压紧，维持24h。

将粘贴好的物体取出，用线切割机从上面切割40*40mm长宽的物体，然后分别在两个铜片的侧面中心处打孔4a、4b，直径2.2mm，用于放置2mm直径的铂电阻测温。

下面是标定装置的具体组成。

标定装置分为8部分，分别为标定装置热流源、水冷底板、压力气缸、真空腔体、温控仪、信号采集设备、第一直流电源和第二直流电源。

水冷底板由水冷机提供制冷，最低冷却温度为-15℃；压力气缸能够施加的最大压力为1600N；温控仪具备将一路采集信号当作设定值的功能，实现另一路温度对设定温度的实时跟踪；第一直流电源和2的电压电流分辨率为1mA，最大电压300V，最大电流5A。

标定装置热流源由7部分构成，分别为主加热片，第一测温铜片，中心隔热块，保护加热片，第二测温铜片，热辐射屏蔽罩，上端隔热块。

主加热片和保护加热片为陶瓷加热片，最大功率200W，长宽分别为40*40mm，厚度2mm。

第一测温铜片和第二测温铜片于侧面打孔，用于放置2mm直径的铂电阻进行测温，孔的直径为2.2mm。测温铜片长宽为40*40mm，厚度6mm。第二测温铜片下端切出两条宽度和深度均为1.5mm的槽，用于主加热片导线穿过。热辐射屏蔽罩对应测温孔的侧面切出3mm宽的缝隙，提供铂电阻放置的通道。热辐射屏蔽罩对应加热片电源线的侧面各切出1.2mm宽的缝隙，提供主加热片电源线通道。

标定装置中心隔热块为框架结构，长宽为40*40mm，厚度为5mm，中心切除长宽为36*32mm，厚度5mm的长方体。

标定装置温度用铂电阻进行测量，热流传感器分别测量两铜片的温度，用Fluke-2638A获取温度值；主加热片的电流值由第一直流电源提供，型号为IT6942B，用Fluke2638A获取主加热片电压值，用电源电流值和监测的电压值获得电功率用来等效热流。保护加热片用第二直流电源供电。

以下通过一实施例详细描述本发明：

首先是热流传感器的制作过程。

加工制作长宽为45*45mm，厚度5mm的铜片；加工制作长宽为45*45mm，厚度10mm的钠钙玻璃。

用结构胶按铜片、钠钙玻璃和铜片的顺序将其粘贴在一起，粘贴完成后，放置于千斤顶反力架上，施加200kg的力保持压紧，维持24h。

将粘贴好的物体取出，用线切割机从上面切割40*40mm长宽的物体，然后分别在两个铜片的侧面中心处打孔，直径2.2mm，用于放置2mm直径的铂电阻测温。

下面是标定装置的具体组成。标定装置分为8部分，分别为标定装置热流源、水冷底板、压力气缸、真空腔体、温控仪、信号采集设备、第一直流电源和第二直流电源。

水冷底板由水冷机提供制冷，最低冷却温度为-15℃；压力气缸能够施加的最大压力为1600N；温控仪具备将一路采集信号当作设定值的功能，实现另一路温度对设定温度的实时跟踪；第一直流电源和2的电压电流分辨率为1mA，最大电压300V，最大电流5A。

标定装置热流源由7部分构成，分别为主加热片，第一测温铜片，中心隔热块，保护加热片，第二测温铜片，热辐射屏蔽罩，上端隔热块。

主加热片和保护加热片为陶瓷加热片，最大功率200W，长宽分别为40*40mm，厚度2mm。

第一测温铜片和第二测温铜片于侧面打孔，用于放置2mm直径的铂电阻进行测温，孔的直径为2.2mm。测温铜片长宽为40*40mm，厚度6mm。第二测温铜片下端切出两条宽度和深度均为1.5mm的槽，用于主加热片导线穿过。热辐射屏蔽罩对应测温孔的侧面切出3mm宽的缝隙，提供铂电阻放置的通道。热辐射屏蔽罩对应加热片电源线的侧面各切出1.2mm宽的缝隙，提供主加热片电源线通道。

标定装置中心隔热块为框架结构，长宽为40*40mm，厚度为5mm，中心切除长宽为36*32mm，厚度5mm的长方体。

标定装置温度用铂电阻进行测量，热流传感器分别测量两铜片的温度，用Fluke-2638A获取温度值；主加热片的电流值由第一直流电源提供，型号为IT6942B，用Fluke2638A获取主加热片电压值，用电源电流值和监测的电压值获得电功率用来等效热流。保护加热片用第二直流电源供电。

一种利用所述的热流传感器标定装置的标定方法包括以下步骤，

将热流传感器6两端涂抹导热硅脂，放置于真空腔体10中的水冷底板8之上，热流源7置于热流传感器6之上，

第一至第四铂电阻分别放置到第一测温铜片15、第二测温铜片17一级热流传感器6上端均热铜片1和下端均热铜片3的孔内，用第一铂电阻测得的主加热片14温度作为目标值，控制第二铂电阻测得的温度实现对第一铂电阻测得的温度的实时跟踪，采集第三和第四铂电阻测得的下端均热铜片3温度和上端均热铜片1温度，

第一直流电源13供电主加热片14，设置主加热片14电流值使其保持恒定输出功率，信号采集设备12获得电压电流值，第二直流电源14供电保护加热片19，

封闭真空腔体10，压力气缸9对热流源7上端施加1000N的力，将真空腔体10内的气压抽至10Pa以下，打开水冷机制冷使得温度全部降至15度以下，

设定第一直流电源13的电流值，等待热流传感器6热端温度每十分钟变化千分之一时，记录此时的电功率和热流传感器6两端的下端均热铜片3温度和上端均热铜片1温度，

计算每组数据的温差、电功率，拟合功率-温差对应曲线，确定拟合函数，完成数据标定。

在一个实施方式中，标定方法包括，

A.将热流传感器两端涂抹导热硅脂，放置于真空腔体的水冷底板之上，按照顺序组装热流传感器标定装置热流源，将标定装置置于热流传感器之上。

B.测温铂电阻分别放置到第二测温铜片，第一测温铜片，热流传感器上端均热铜片和下端均热铜片的孔内，铂电阻编号分别为T1、T2、T3和T4，T1和T2测温信号给温控仪，用T2测得的主加热片温度作为目标值，控制T1测得的温度实现对2测的温度的实时跟踪。铂电阻T3和T4测得的温度值由Fluke-2638A进行记录。

C.主加热片由高精度第一直流电源供电，用采Fluke-2638A获得电压电流值，设置功率；保护加热片由第二直流电源进行供电。

D.完成标定装置安装后，封闭真空腔体，用压力气缸对标定装置上端施加1000N的力，将真空腔体气压抽至10Pa以下，打开水冷机制冷，设置水冷温度为-5℃，当铂电阻温度全部降至15度以下时，冷却准备工作完成。

E.上述准备工作完成后，设定高精度直流电源电流值。首先设置电流值为0.52A，等待热流传感器热端温度每十分钟变化千分之一时，认为温度已经稳定，记录此时的电功率和热流传感器两端温度值。按照上述步骤，分别设置0.72、0.82、0.92、1.02A，待稳定后记录相应数据。

F.计算每组数据的温差、功率，拟合功率-温差对应曲线，确定拟合函数，完成数据标定。后续热流传感器的使用可根据拟合函数进行热流测定。

G.重复上述标定步骤EF两次，得出标定结果的分散性，判断精准度，标定结果取其平均值。

H.两次标定结果拟合曲线和平均值见图4，拟合的热流-温度曲线结果为Q＝0.1444*ΔT+0.2366，对数据进行重复性误差分析：

式中：n为实际测量次数，xi为每次测试的结果；

x为多次测量的平均值，σ为标准差。重复性误差根据

计算，根据拟合结果平均值，重复性误差最大值为0.6％，标定结果具有良好的重复性。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (9)

1.一种热流传感器标定装置，其特征在于，其包括，

真空腔体；

水冷底板，其设在所述真空腔体中；

热流传感器，其设在所述真空腔体中且支承于所述水冷底板，

下端均热铜片，其侧面打孔以放置测量下端均热铜片温度的第三铂电阻，

钠钙玻璃层，其层叠于所述下端均热铜片，

上端均热铜片，其层叠于所述钠钙玻璃层，其侧面打孔以放置测量上端均热铜片温度的第四铂电阻；

热流源，其设在所述真空腔体中且支承于所述热流传感器以产生一维方向上的热流，所述热流源包括，

主加热片，其层叠于所述热流传感器上，

第一测温铜片，其层叠于所述主加热片上，所述第一测温铜片侧面打孔以放置测量主加热片温度的第一铂电阻，

中心隔热块，其层叠于所述第一测温铜片上，中心隔热块为框架结构，

第二测温铜片，其层叠于所述中心隔热块上，所述第二测温铜片侧面打孔以放置测量保护加热片温度的第二铂电阻以及其下端设有用于穿过主加热片导线的容纳槽，

热辐射屏蔽罩，其覆盖所述第二测温铜片、中心隔热块、第一测温铜片和主加热片，所述热辐射屏蔽罩的侧面设有容纳主加热片电源线、第一铂电阻和第二铂电阻的缝隙，

保护加热片，其层叠于所述热辐射屏蔽罩上，

上端隔热块，其层叠于所述保护加热片上；

压力气缸，其设在所述真空腔体中且施加预定压力于所述上端隔热块；

第一直流电源，其电连接所述主加热片；

第二直流电源，其电连接所述保护加热片；

信号采集设备，其连接第三铂电阻和第四铂电阻以采集下端均热铜片温度和上端均热铜片温度以及连接所述主加热片以获取等效热流数据，

温控仪，其连接所述第一铂电阻和第二铂电阻以获得主加热片温度和保护加热片温度，温控仪以所述主加热片温度为目标值控制保护加热片温度实时跟踪，

所述热流传感器标定装置包括处理器，其连接所述压力气缸、信号采集设备和温控仪，处理器基于所述预定压力、等效热流数据、下端均热铜片温度和上端均热铜片温度进行热流测定，第一铂电阻和第二铂电阻测温最大误差为0.8℃。

2.根据权利要求1所述的一种热流传感器标定装置，其特征在于，所述处理器基于下端均热铜片温度和上端均热铜片温度生成温差数据，以及拟合等效热流数据及温差数据曲线并确定拟合函数。

3.根据权利要求1所述的一种热流传感器标定装置，其特征在于，所述钠钙玻璃层上下表面分别粘贴上端均热铜片和下端均热铜片。

4.根据权利要求1所述的一种热流传感器标定装置，其特征在于，所述热流源的每个接触面涂有导热硅脂。

5.根据权利要求1所述的一种热流传感器标定装置，其特征在于，所述预定压力对应的压强为1Mpa，所述热流传感器的温差范围为20K-100K。

6.根据权利要求1所述的一种热流传感器标定装置，其特征在于，第一直流电源或第二直流电源的电压电流分辨率为1mA，最大电压为300V，最大电流为5A。

7.根据权利要求1所述的一种热流传感器标定装置，其特征在于，主加热片和保护加热片均为陶瓷加热片，最大功率为200W，长为40mm，宽为40mm，厚度为2mm。

8.根据权利要求7所述的一种热流传感器标定装置，其特征在于，中心隔热块为框架结构，其长为40mm，宽为40mm，厚度为5mm。

9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的热流传感器标定装置的标定方法，其特征在于，其包括以下步骤，

将热流传感器两端涂抹导热硅脂，放置于真空腔体中的水冷底板之上，热流源置于热流传感器之上，

第一至第四铂电阻分别放置到第一测温铜片、第二测温铜片一级热流传感器上端均热铜片和下端均热铜片的孔内，用第一铂电阻测得的主加热片温度作为目标值，控制第二铂电阻测得的温度实现对第一铂电阻测得的温度的实时跟踪，采集第三和第四铂电阻测得的下端均热铜片温度和上端均热铜片温度，

第一直流电源供电主加热片，设置主加热片电流值使其保持恒定输出功率，信号采集设备获得电压电流值，第二直流电源供电保护加热片，

封闭真空腔体，压力气缸对热流源上端施加1000N的力，将真空腔体内的气压抽至10Pa以下，打开水冷机制冷使得温度全部降至15度以下，

设定第一直流电源的电流值，等待热流传感器热端温度每十分钟变化千分之一时，记录此时的电功率和热流传感器两端的下端均热铜片温度和上端均热铜片温度，

计算每组数据的温差、电功率，拟合功率-温差对应曲线，确定拟合函数，完成数据标定。

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