CN210180553U - 一种集热电势效应的动态热流传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集热电势效应的动态热流传感器，包括：T型封装外壳体，其上连接有T型尾部热沉体，所述T型封装外壳体和T型尾部热沉体内均设置有容纳通腔；镍铬合金传热体，其位于容纳通腔内且其一端连接有金云母隔热套，所述镍铬合金传热体内有容纳通孔；刚玉管，其固定在容纳通孔内；端露型单芯镍硅合金丝，其固定在刚玉管内，且端面与镍铬合金传热体前端面齐平；纯银柱塞，其位于容纳通孔的出口位置，且与端露型单芯镍硅合金丝头部相连。本实用新型的集热电势效应的动态热流传感器具有加工与装配工艺简单、生产成本低、容易实现质量控制，提高传感器热响应速度、测试精确度和延长有效测试时间的优点。

Description

一种集热电势效应的动态热流传感器

技术领域

本实用新型属于高超声速器地面防热试验技术和飞行试验测试领域，具体涉及一种集热电势效应的动态热流传感器。

背景技术

高超声速飞行器在大气层内飞行时，与周围空气相互作用会在飞行器表面形成高温边界层，给飞行器的结构、材料施加巨大的气动热载荷，严重影响飞行器的结构安全和寿命。为了有效筛选、评估与鉴定飞行器防热材料及结构防热特性,电弧风洞和电弧加热器常作为重要的气动热与热防护地面模拟试验平台，根据轨道模拟要求，往往需要模拟热流动态变化的气动加热环境；另外，在高超声速飞行器飞行测试试验过程中，由于涉及再入轨道参数实时变化、飞行器边界层转捩以及飞行器姿态变化等因素影响，也会导致测热位置面临动态气动加热过程，因此需要发展一种测试动态热流的热流传感器。目前，地面防热试验中动态热流常采用水冷戈登计，飞行测试环境则初步采用基于微型电子机械系统(MEMS)加工的热电堆热阻层式热流传感器。这些动态热流传感器结构复杂，加工成本高，影响了广泛应用。本实用新型针对上述情况，提出了一种新型结构的动态热流传感器。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种集热电势效应的动态热流传感器，包括：

T型封装外壳体，其内部设置有容纳通腔I，所述T型封装外壳体较小端的外壁上设置有螺纹I；

金云母隔热环，其通过高温环氧树脂粘结剂固定连接在T型封装外壳体较大端的容纳通腔I内，所述金云母隔热环为中空圆形金云母隔热环，且所述金云母隔热环底面的边缘上开设有通孔；

T型尾部热沉体，其内部设置有容纳通腔II，所述T型封装外壳体的较大端位于容纳通腔II内，且所述金云母隔热环与T型尾部热沉体相互不接触，所述T型尾部热沉体与T型封装外壳体可拆卸连接，且所述T型尾部热沉体较大端的侧壁上设置有螺纹孔II，所述螺纹孔II内设置有与螺纹孔II相匹配的螺钉；

镍铬合金传热体，其设置在容纳通腔I内，所述镍铬合金传热体的中心位置开有容纳通孔，所述镍铬合金传热体底部的侧壁上设置有凹槽，所述镍铬合金传热体底部固定连接在金云母隔热环内，所述镍铬合金传热体顶端的端部与T型封装外壳体较小端的端面齐平；

K型热电偶丝，其一端穿过凹槽被固定焊接在镍铬合金传热体表面内，且所述K型热电偶丝位于凹槽中的部分通过高温环氧树脂粘结剂被固于凹槽内，另一端穿过T型尾部热沉体较小端的容纳通腔II，位于T型尾部热沉体的外部；

单孔刚玉管，其通过高温环氧树脂粘结剂固定在镍铬合金传热体中心的容纳通孔内，且所述单孔刚玉管顶端的端部距离容纳通孔的出口位置具有一定的间距；

端露型单芯镍硅合金丝，其一部分设置在单孔刚玉管内并通过在刚玉管后端涂抹高温环氧树脂粘结剂固定，所述端露型单芯镍硅合金丝一端的端部与镍铬合金传热体顶端端面齐平，另一端穿过穿过T型尾部热沉体较小端的容纳通腔II，位于T型尾部热沉体的外部；

纯银柱塞，其通过浇铸或熔焊融接在单孔刚玉管顶端的端部与容纳通孔的出口位置形成的间距内，且所述纯银柱塞与端露型单芯镍硅合金丝的头部相连。

优选的是，所述T型尾部热沉体与T型封装外壳体可拆卸连接方式为：所述T型尾部热沉体较大端的内壁与所述T型封装外壳体较大端的外壁上设置有相互匹配的螺纹III。

优选的是，所述T型尾部热沉体较大端的内壁与所述T型封装外壳体较大端外壁上的相互匹配的螺纹III为标准M12螺纹。

优选的是，所述T型封装外壳体较小端外壁上的螺纹I为标准M6外螺纹，所述T型尾部热沉体较大端侧壁上的螺钉和螺纹孔II为标准M2紧固螺钉和螺纹通孔。

优选的是，所述的镍铬合金传热体为顶端和底端的直径分别为Φ3mm和Φ6mm、总长15mm的圆柱体形的结构，所述镍铬合金传热体中心位置的容纳通孔的内径为Φ1mm。

优选的是，所述单孔刚玉管的外径为Φ1mm，内径为Φ0.5mm；所述单孔刚玉管顶端的端部与镍铬合金传热体容纳通孔出口位置的距离为0.3mm。

优选的是，所述端露型单芯镍硅合金丝的外径为Φ0.3mm。

优选的是，所述K型热电偶丝焊接在镍铬合金传热体距离顶端端面11mm的位置处。

本实用新型至少包括以下有益效果：

本实用新型适用于电弧风洞、电弧加热器试验环境以及飞行试验环境模型表面动态热流测试，装置结构简单，能够有效降低制备工艺难度，能够减少生产成本、容易实现质量控制，并且具有提高传感器热响应速度、测试精确度和延长有效测试时间的优点。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本实用新型提供的装置结构剖面图；

图2为本实用新型提供的镍铬合金传热体剖面图；

图3为本实用新型提供的镍铬合金传热体俯视图；

图4为本实用新型提供的动态热流传感器响应时间检测结果。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-4示出的一种集热电势效应的动态热流传感器，包括：

T型封装外壳体1，其内部设置有容纳通腔I11，所述T型封装外壳体1较小端的外壁上设置有螺纹I13；

金云母隔热环3，其通过高温环氧树脂粘结剂4固定连接在T型封装外壳体较大端的容纳通腔I11内，所述金云母隔热环3为中空圆形金云母隔热环，且所述金云母隔热环3底面的边缘上开设有通孔31；

T型尾部热沉体5，其内部设置有容纳通腔II 51，所述T型封装外壳体1的较大端位于容纳通腔II 51内，且所述金云母隔热环3与T型尾部热沉体5相互不接触，所述尾部热沉体5与T型封装外壳体1可拆卸连接，且所述T型尾部热沉体5较大端的侧壁上设置有螺纹孔II 14，所述螺纹孔II 14内设置有与螺纹孔II 14相匹配的螺钉12；

镍铬合金传热体21，其设置在容纳通腔I11内，所述镍铬合金传热体21的中心位置开有容纳通孔22，所述镍铬合金传热体21底部221的侧壁上设置有凹槽222，所述镍铬合金传热体底部221固定连接在金云母隔热环3内，所述镍铬合金传热体21顶端的端部与T型封装外壳体1较小端的端面齐平；

K型热电偶丝26，其一端穿过凹槽222被固定焊接在镍铬合金传热体21表面内211，且所述K型热电偶丝26位于凹槽222中的部分通过高温环氧树脂粘结剂4被固于凹槽222内，另一端穿过T型尾部热沉体5较小端的容纳通腔II 51，位于T型尾部热沉体5的外部；

单孔刚玉管23，其通过高温环氧树脂粘结剂4固定在镍铬合金传热体21中心的容纳通孔22内，且所述单孔刚玉管23顶端的端部距离容纳通孔22的出口位置具有一定的间距；

端露型单芯镍硅合金丝24，其一部分设置在单孔刚玉管23内并通过在单孔刚玉管23后端涂抹高温环氧树脂粘结剂4固定，所述端露型单芯镍硅合金丝24一端的端部与镍铬合金传热体21顶端端面齐平，另一端穿过T型尾部热沉体5较小端的容纳通腔II 51，位于T型尾部热沉体5的外部；

纯银柱塞25，其通过浇铸或熔焊融接在单孔刚玉管23顶端的端部与容纳通孔22的出口位置形成的间距内，且所述纯银柱塞25与端露型单芯镍硅合金丝24的头部相连。

在这种技术方案中，通过所述T型封装外壳体1较小端的外壁上设置有螺纹I13与待测模型固定相连，进行测量，能够保证接触紧密；采用浇铸或熔焊的方式，将纯银熔接在端露型单芯镍硅合金丝24接头上，形成纯银柱塞25并与周围的镍铬合金传热体21熔接成一体，从而保证导热体与热电偶具有良好的连接，确保镍铬合金传热体21与单芯镍硅合金丝24之间传热良好，能有效降低接触热阻，提高热响应速度和降低加工难度；同时可以形成表面热电偶接点，实现热流传感器前表面温度测试。

在上述技术方案中，所述T型尾部热沉体5与T型封装外壳体1可拆卸连接方式为：所述T型尾部热沉体5较大端的内壁与所述T型封装外壳体1较大端的外壁上设置有相互匹配的螺纹III 52。采用这种方式，方便装配与拆卸，降低生产的难度。

在上述技术方案中，所述T型尾部热沉体5较大端的内壁与所述T型封装外壳体1较大端外壁上的相互匹配的螺纹III 52为标准M12螺纹。

在上述技术方案中，所述T型封装外壳体1较小端外壁上的螺纹I13为标准M6外螺纹，所述T型尾部热沉体5较大端侧壁上的螺钉12和螺纹孔II14为标准M2紧固螺钉和螺纹通孔。采用这种方式，封装外壳上的标准螺纹，用于将传感器通过螺纹固定在待测模型上，连接紧密，保证两者之间接触良好，且拆卸方便，能够提高效率；在T型尾部热沉体上设置螺纹通孔和紧固螺钉，可以通过螺钉将封装外壳顶紧，避免封装外壳转动。

在上述技术方案中，所述的镍铬合金传热体21为顶端和底端的直径分别为Φ3mm和Φ6mm、总长15mm的圆柱体形的结构，所述镍铬合金传热体21中心位置的容纳通孔的内径为Φ1mm。

在上述技术方案中，所述单孔刚玉管23的外径为Φ1mm，内径为Φ0.5mm；所述单孔刚玉管23顶端的端部与镍铬合金传热体21容纳通孔22出口位置的距离为0.3mm。采用这种方式，在镍铬合金传热体容纳通孔出口位置处预留一定的距离，用于纯银柱塞的安装，保证纯银柱塞与端露型单芯镍硅合金丝接触紧密。

在上述技术方案中，所述端露型单芯镍硅合金丝24的外径为Φ0.3mm。

在上述技术方案中，所述K型热电偶丝26焊接在镍铬合金传热体21距离顶端端面11mm的位置处。采用这种方式，将K型热电偶丝焊接在镍铬合金传热体壁内，可以增加使用寿命，使焊点的接触更紧密，避免焊点脱落。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的集热电势效应的动态热流传感器的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种集热电势效应的动态热流传感器，其特征在于，包括：

T型封装外壳体，其内部设置有容纳通腔I，所述T型封装外壳体较小端的外壁上设置有螺纹I；

金云母隔热环，其通过高温环氧树脂粘结剂固定连接在T型封装外壳体较大端的容纳通腔I内，所述金云母隔热环为中空圆形金云母隔热环，且所述金云母隔热环底面的边缘上开设有通孔；

T型尾部热沉体，其内部设置有容纳通腔II，所述T型封装外壳体的较大端位于容纳通腔II内，且所述金云母隔热环与T型尾部热沉体相互不接触，所述T型尾部热沉体与T型封装外壳体可拆卸连接，且所述T型尾部热沉体较大端的侧壁上设置有螺纹孔II，所述螺纹孔II内设置有与螺纹孔II相匹配的螺钉；

镍铬合金传热体，其设置在容纳通腔I内，所述镍铬合金传热体的中心位置开有容纳通孔，所述镍铬合金传热体底部的侧壁上设置有凹槽，所述镍铬合金传热体底部固定连接在金云母隔热环内，所述镍铬合金传热体顶端的端部与T型封装外壳体较小端的端面齐平；

K型热电偶丝，其一端穿过凹槽被固定焊接在镍铬合金传热体表面内，且所述K型热电偶丝位于凹槽中的部分通过高温环氧树脂粘结剂被固于凹槽内，另一端穿过T型尾部热沉体较小端的容纳通腔II，位于T型尾部热沉体的外部；

单孔刚玉管，其通过高温环氧树脂粘结剂固定在镍铬合金传热体中心的容纳通孔内，且所述单孔刚玉管顶端的端部距离容纳通孔的出口位置具有一定的间距；

端露型单芯镍硅合金丝，其一部分设置在单孔刚玉管内并通过在刚玉管后端涂抹高温环氧树脂粘结剂固定，所述端露型单芯镍硅合金丝一端的端部与镍铬合金传热体顶端端面齐平，另一端穿过穿过T型尾部热沉体较小端的容纳通腔II，位于T型尾部热沉体的外部；

纯银柱塞，其通过浇铸或熔焊融接在单孔刚玉管顶端的端部与容纳通孔的出口位置形成的间距内，且所述纯银柱塞与端露型单芯镍硅合金丝的头部相连。

2.如权利要求1所述的集热电势效应的动态热流传感器，其特征在于，所述T型尾部热沉体与T型封装外壳体可拆卸连接方式为：所述T型尾部热沉体较大端的内壁与所述T型封装外壳体较大端的外壁上设置有相互匹配的螺纹III。

3.如权利要求2所述的集热电势效应的动态热流传感器，其特征在于，所述T型尾部热沉体较大端的内壁与所述T型封装外壳体较大端外壁的上的相互匹配的螺纹III为标准M12螺纹。

4.如权利要求1所述的集热电势效应的动态热流传感器，其特征在于，所述T型封装外壳体较小端外壁上的螺纹I为标准M6外螺纹，所述T型尾部热沉体较大端侧壁上的螺钉和螺纹孔II为标准M2紧固螺钉和螺纹通孔。

5.如权利要求1所述的集热电势效应的动态热流传感器，其特征在于，所述的镍铬合金传热体为顶端和底端的直径分别为Φ3mm和Φ6mm、总长15mm的圆柱体形的结构，所述镍铬合金传热体中心位置的容纳通孔的内径为Φ1mm。

6.如权利要求1所述的集热电势效应的动态热流传感器，其特征在于，所述单孔刚玉管的外径为Φ1mm，内径为Φ0.5mm；所述单孔刚玉管顶端的端部与镍铬合金传热体容纳通孔出口位置的距离为0.3mm。

7.如权利要求1所述的集热电势效应的动态热流传感器，其特征在于，所述端露型单芯镍硅合金丝的外径为Φ0.3mm。

8.如权利要求1所述的集热电势效应的动态热流传感器，其特征在于，所述K型热电偶丝焊接在镍铬合金传热体距离顶端端面11mm的位置处。

Images