CN202393503U - 圆箔热流传感器 - Google Patents

Abstract

圆箔热流传感器，包括箔片、第一热偶丝、第二热偶丝、第三热偶丝和热沉；箔片焊接在热沉上且箔片与热沉内孔同轴，第一热偶丝焊接于箔片中心点，第二热偶丝焊接于热沉纵向内壁与箔片的相叠处；第一热偶丝、箔片和第二热偶丝组成差分热电偶，用于感应热流；第三热偶丝焊接于第一热偶丝或第二热偶丝与圆箔热流传感器的连接点。本实用新型通过测量敏感元件箔片的温度，对热流灵敏度的温度漂移进行修正，从而提高热流测量的精度，同时可推算出对流换热系数和冷壁热流这两个重要热参数。

Description

圆箔热流传感器

技术领域

本实用新型涉及一种热流传感器，特别是涉及圆箔热流传感器。

背景技术

圆箔热流传感器用于测量辐射为主的总热流参数，根据冷却方式分为水冷式和储能式。水冷式圆箔热流传感器附属机构较复杂，一般用于地面热流试验使用。航天飞行器等只能使用储能式热流传感器，此时，对热流参数的测量精度提出了更高的要求。由于储能式圆箔热流传感器储能单元体积有限，随着测量时间的增加，热沉温度不断升高，若超过一定数值，热流灵敏度会漂移，会导致测量精度下降。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种提高热流测量精度的圆箔热流传感器。

本实用新型的技术解决方案是：圆箔热流传感器，包括箔片、第一热偶丝、第二热偶丝、第三热偶丝和热沉；箔片焊接在热沉上并与热沉同轴，第一热偶丝焊接于箔片中心点，第二热偶丝焊接于热沉纵向内壁与箔片的相叠处；第一热偶丝、箔片和第二热偶丝组成差分热电偶，用于感应热流；第三热偶丝焊接于第一热偶丝或第二热偶丝与圆箔热流传感器的连接点。

所述第三热偶丝的材料与箔片的材料相同，第一热偶丝与第二热偶丝的材料相同。

所述箔片的材料为康铜，所述第一热偶丝、第二热偶丝、热沉的材料均为铜。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

(1)本实用新型将热偶丝、箔片、热沉组合串联，形成一个测温热电偶和一对测热流用差分热电偶，通过测量敏感元件箔片的温度，对热流灵敏度的温度漂移进行修正，从而提高热流测量的精度；

(2)本实用新型通过测量箔片的温度，可推算出对流换热系数和冷壁热流这两个重要热参数；

(3)本实用新型采用康铜做箔片、铜做第一热偶丝，这样的组合精度高且工作温度也高，大大提升了仪器测量效果和工作时间；

(4)本实用新型采用铜作为热沉，利用铜热导率大，散热快的特点，减小仪器在工作时因温度升高而引起的误差。

附图说明

图1为本实用新型第一方案的结构示意图；

图2为本实用新型第二方案的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型将热偶丝、箔片、热沉组合串联，形成一对测温热电偶和一对测热流用差分热电偶，通过测量敏感元件箔片的温度，对热流灵敏度的温度漂移进行修正，从而提高热流测量的精度。

如图1所示，本实用新型主要包括箔片1、第一热偶丝2、第二热偶丝3、第三热偶丝4和热沉5。箔片1焊接在热沉5上并与热沉5同轴，第一热偶丝2焊接于箔片1中心点，第二热偶丝3焊接于热沉5纵向内壁与箔片1的相交点；仪器工作时，作用于箔片1吸收热流q沿箔片流向热沉，第一热偶丝2、箔片1和第二热偶丝3组成差分热电偶，第一热偶丝2的输出端口是V₂，第二热偶丝3的输出端口是V₃，V₂-V₃为热流差分电压，它除以灵敏度就可得热流值；箔片1材料为康铜，第一热偶丝2和第二热偶丝3材料为可选铜，这样的材料选择，可使差分热电偶线性好、精度高；第一热偶丝2和第二热偶丝3材料为亦可选镍铬，线性稍差，但工作温度高。箔片和热偶丝也可以选用镍铝等其它材料，但测量测量效果不佳。热沉5的材料为铜，因为铜的热导率大，散热快。在仪器工作时，随着测量时间的增加，热沉5的温度不断增高，选择散热快的材料做热沉，可减小因温度升高而引起的误差。另外，如果选用铜作为第一热偶丝2的材料，因为热沉的材料也是铜，则可用热沉兼做第二热偶丝3，在热沉上安装接线柱，代替第二热偶丝3的输出端口V₃。

本实用新型中，第三热偶丝4与箔片1的材料相同，使热电偶之间的电动势之值可以进行加减运算，第三热偶丝4的焊接点有两种方案：

如图1所示，第一种方案，第三热偶丝4焊接于箔片1中心点，也是第一热偶丝2与圆箔热流传感器的连接点。此时，第一热偶丝2与第二热偶丝3组成一对测温热电偶，输出端分别是V₂和V₄，第三热偶丝4的输出端为V₃；V₂-V₄为箔片1中心温度的热电动势E(T_c)，可通过查阅热电偶分度表得知箔片1中心的温度T_c；V₃-V₄为箔片1边缘的热电动势E(T_o)，可通过查阅热电偶分度表得知箔片1中心的温度T_o。

如图2所示，第二种方案，第三热偶丝4焊接于热沉5纵向的内壁与箔片1的相交点，即是第二热偶丝3与圆箔热流传感器的连接点。此时，第二热偶丝3与第三热偶丝4组成一对测温热电偶，输出端分别是V₃和V₅；V₂-V₅为箔片1中心温度的热电动势E(T_c)，可通过查阅热电偶分度表得知箔片1中心的温度T_c；V₃-V₅为箔片1边缘的热电动势E(T_o)，可通过查阅热电偶分度表得知箔片1边缘温度T_o。

传感器有效热流q可通过以下公式得到：

$\frac{E}{q}=k\·\frac{1+2\mathrm{\β}{T}_0}{1+\mathrm{\α}{T}_0}---\left(1\right)$

其中，E/q是热流灵敏度；q是圆箔传感器有效热流；k是实验室标定灵敏度，常数；α是箔片1材料热导率温度系数；β是热电偶分度表多项式二次项系数与一次项系数的比值。

对流换热系数h可通过以下公式得到：

$h=\frac{q}{T_f-T_e}---\left(2\right)$

其中，T_f是燃气回流温度，为已知参数，T_e是箔片1有效表面温度，

T_e＝T₀+0.75(T_c-T₀)    (3)

冷壁热流q₀可通过以下方式得到：

$q_0=\frac{q{T}_f}{T_f-T_e}---\left(4\right)$

本实用新型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 (3)

1.圆箔热流传感器，其特征在于：包括箔片(1)、第一热偶丝(2)、第二热偶丝(3)、第三热偶丝(4)和热沉(5)；箔片(1)焊接在热沉上并与热沉同轴，第一热偶丝(2)焊接于箔片(1)中心点，第二热偶丝(3)焊接于热沉纵向内壁与箔片(1)的相叠处；第一热偶丝(2)、箔片(1)和第二热偶丝(3)组成差分热电偶，用于感应热流；第三热偶丝(4)焊接于第一热偶丝(2)或第二热偶丝(3)与圆箔热流传感器的连接点。

2.根据权利要求1所述的圆箔热流传感器，其特征在于：所述第三热偶丝(4)的材料与箔片(1)的材料相同，第一热偶丝(2)与第二热偶丝(3)的材料相同。

3.根据权利要求1所述的圆箔热流传感器，其特征在于：所述箔片(1)的材料为康铜，所述第一热偶丝(2)、第二热偶丝(3)、热沉(5)的材料均为铜。

Images