CN211978277U - 一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计，包括镍电阻薄膜、特型基底、银浆填充引线和导线，特型基底为圆形截面陶瓷柱，在烧制过程中其上预留两个小孔；镍电阻薄膜为一字形膜；银浆填充引线为填充进预留小孔的银浆浆料烧结后的引线；镍电阻薄膜两端分别覆盖填充在小孔上的银浆烧结面上，将两条银浆填充引线连接起来，形成通路；圆柱陶瓷柱端面上的两条银浆填充引线各自的另一端分别引出导线，导线与银浆填充引线焊接，从而组成串联电路，形成一个完整的热敏元件。本实用新型可以作为一种高分辨的热流传感器，应用于脉冲风洞热环境试验中，具有分辨率高，测量结果稳定的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种激波风洞试验模型表面热流测量元件，特别涉及一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计。
背景技术
随着激波风洞热环境测量技术的发展和航天飞行器外形的优化，热防护技术发展迅速，尤其是对于特殊区域的热环境预测精度越来越高。对传统的金属薄膜热流计而言，单位温度所引起的金属薄膜阻值变化太小，对于飞行器迎风面，缝隙和肩部测量效果较好，但是对于温度变化不大的区域，传统铂金属效果不好，背风面区域测量结果往往是10kw/m2范围波动，分辨率不高。造成飞行器设计偏保守，且设计余量过大造成飞行器总体性能下降，满足不了设计指标。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计，通过提高银浆的附着力、改变热敏金属膜的材料，实现灵敏度的提高，在飞行器风洞试验的低热流区精确测量当地的热环境，为高超声速飞行器热环境预测提供准确、有效的热流数据。
本实用新型解决技术的方案是：
一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计，包括镍电阻薄膜、特型基底、银浆填充引线和导线，
特型基底为圆形截面陶瓷柱，在烧制过程中其上预留两个小孔；
镍电阻薄膜为一字形膜；
银浆填充引线为填充进预留小孔的银浆浆料烧结后的引线；
镍电阻薄膜两端分别覆盖填充在小孔上的银浆烧结面上，将两条银浆填充引线连接起来，形成通路；
圆柱陶瓷柱端面上的两条银浆填充引线各自的另一端分别引出导线，导线与银浆填充引线焊接，从而组成串联电路，形成一个完整的热敏元件。
进一步的，镍电阻薄膜为溅射的镍金属材料。
进一步的，特型基底材料为石英或耐热玻璃。
进一步的，镍电阻薄膜的电阻值为50±5欧姆。
进一步的，镍电阻薄膜标定完成后电阻温度系数在4.0-5.0×10-3/℃之间。
进一步的，特型基底为不规则圆形，不规则部分被银浆填充，形成完整的圆形截面。
进一步的，特型基底直径为2mm±0.05mm。
进一步的，两个小孔的孔径为0.1-0.3mm。
进一步的，镍电阻薄膜厚度不大于100μm。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
(1)本实用新型设计采用内埋式的引线设计，利用异性基底的两个小孔作为内埋通道，与传统圆柱体外刷银浆后固结的工艺相比，提高了银浆填充引线电阻的一致性，另外，在传感器安装过程中，不需要传感器圆柱面再进行绝缘处理；
(2)本实用新型选用的热敏金属为镍，与传统的金属铂相比，镍的电阻温度系数更高，能够对低热流进行响应；
(3)本实用新型的热敏元件薄膜厚度不大于100μm，电阻值50±5欧姆，标定完成后电阻温度系数在4.0-5.0×10-3/℃之间。厚度影响传感器的响应时间，因为脉冲风洞的实验时间在毫秒量级，因此传感器的响应时间应该在微秒量级；电阻值影响热敏元件薄膜的生热情况，电阻太大，生热严重造成传感器灵敏度下降；电阻温度系数表征传感器对温度的敏感程度，系数越大，代表传感器对单位温度输出的信号越大；
(4)本实用新型可以作为一种高分辨的热流传感器，应用于脉冲风洞热环境试验中，用于测量试验模型的背风面热流数据，以及一些热流偏小的区域，具有分辨率高，测量结果稳定的特点。
附图说明
图1为本实用新型示意图；
图2为模型与热流计安装示意图；
图3为某试验模型背风区的三次热流重复性曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步阐述。
一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计，如图1所示，包括镍电阻薄膜1、特型基底2、银浆填充引线3和导线4，
特型基底2为圆形截面陶瓷柱，在烧制过程中其上预留两个小孔；
镍电阻薄膜1为一字形膜；
银浆填充引线3为填充进预留小孔的银浆浆料烧结后的引线；
镍电阻薄膜1两端分别覆盖填充在小孔上的银浆烧结面上，将两条银浆填充引线3连接起来，形成通路；
圆柱陶瓷柱端面上的两条银浆填充引线3各自的另一端分别引出导线4，导线4与银浆填充引线3焊接，从而组成串联电路，形成一个完整的热敏元件。
具体实现上，首先通过基底玻璃加工出特型基底2，并在圆形截面上预留小孔；通过银浆的填充，将特型基底2异形槽填充，并形成圆形截面和银浆填充引线3；利用溅射镀膜技术对陶瓷柱一个圆形端面进行镀膜，即通过离子束溅射沉积方法将在基底端面上沉积一层镍电阻薄膜1，通过采用一定的镀膜参数和时间，并利用550℃马福炉烘烤2小时后，使镍薄膜性能稳定。
通过激光切割卡具，将端面整体镀膜的陶瓷柱装卡在切割卡具上，利用激光加工设备对镍电阻薄膜进行修型切割，在与两条银浆填充引线3搭接的两点之间，留下宽度为0.05mm的“一”字形线条的镀膜，从而形成镍电阻薄膜1，再将激光加工得到的半成品继续利用现有的传感器制作工艺进行成品制作。
镍电阻薄膜1电阻值应保持在50±5欧姆，镍电阻薄膜1与两条银浆填充引线3各自的另一端分别引出导线4，导线4与银浆填充引线3焊接，从而组成串联电路，形成一个完整的热敏元件。
具体的，实现方法包括：
步骤1，通过基底玻璃加工出特型基底2，并在圆形截面上预留走线槽，因此截面变为不规则圆形；
步骤2，通过银浆的填充，将特型基底2异形槽填充，并形成圆形截面；
步骤3，热处理固化银浆；
步骤4，在其中一个端面镀上镍膜；
步骤5，用激光加工的方法去掉端面多余的镍膜，仅留下0.05mm的镍线，用于连接两个银浆填充引线；
步骤6，热处理镍膜，用550℃马福炉烘烤2小时后，取出在另一端头焊导线；
步骤7，用水浴法进行标定，得到电阻温度系数；
步骤8，按照电阻温度系数筛选，优选标定后的电阻温度系数为4.0-5.0×10-3/℃的热流计为合格品。
本实用新型设计采用内埋式的引线设计，利用异性基底的两个小孔作为内埋通道，与传统圆柱体外刷银浆后固结的工艺相比，提高了银浆填充引线电阻的一致性，另外，在传感器安装过程中，不需要传感器圆柱面再进行绝缘处理；
本实用新型选用的热敏金属为镍，与传统的金属铂相比，镍的电阻温度系数更高，能够对低热流进行响应；
本实用新型的热敏元件薄膜厚度不大于100μm，电阻值50±5欧姆，标定完成后电阻温度系数在4.0-5.0×10-3/℃之间。厚度影响传感器的响应时间，因为脉冲风洞的实验时间在毫秒量级，因此传感器的响应时间应该在微秒量级；电阻值影响热敏元件薄膜的生热情况，电阻太大，生热严重造成传感器灵敏度下降；电阻温度系数表征传感器对温度的敏感程度，系数越大，代表传感器对单位温度输出的信号越大；
本实用新型可以作为一种高分辨的热流传感器，应用于脉冲风洞热环境试验中，用于测量试验模型的背风面热流数据，以及一些热流偏小的区域，具有分辨率高，测量结果稳定的特点。
如图2、3所示，在激波风洞热环境试验过程中，在测量模型背风面等区域小热流时，高分辨率热流计使得测量10kw/m2的热流精度到达小数点后两位，模型背风面区域热流测量精度提高。
本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计，其特征在于，包括镍电阻薄膜(1)、特型基底(2)、银浆填充引线(3)和导线(4)，
特型基底(2)为圆形截面陶瓷柱，在烧制过程中其上预留两个小孔；
镍电阻薄膜(1)为一字形膜；
银浆填充引线(3)为填充进预留小孔的银浆浆料烧结后的引线；
镍电阻薄膜(1)两端分别覆盖填充在小孔上的银浆烧结面上，将两条银浆填充引线(3)连接起来，形成通路；
圆柱陶瓷柱端面上的两条银浆填充引线(3)各自的另一端分别引出导线(4)，导线(4)与银浆填充引线(3)焊接，从而组成串联电路，形成一个完整的热敏元件。
2.如权利要求1所述的一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计，其特征在于，镍电阻薄膜(1)为溅射的镍金属材料。
3.如权利要求1所述的一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计，其特征在于，特型基底(2)材料为石英或耐热玻璃。
4.如权利要求1所述的一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计，其特征在于，镍电阻薄膜(1)的电阻值为50±5欧姆。
5.如权利要求1所述的一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计，其特征在于，镍电阻薄膜(1)标定完成后电阻温度系数在4.0-5.0×10-3/℃之间。
6.如权利要求1所述的一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计，其特征在于，特型基底(2)为不规则圆形，不规则部分被银浆填充，形成完整的圆形截面。
7.如权利要求6所述的一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计，其特征在于，特型基底(2)直径为2mm±0.05mm。
8.如权利要求1所述的一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计，其特征在于，两个小孔的孔径为0.1-0.3mm。
9.如权利要求1所述的一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计，其特征在于，镍电阻薄膜(1)厚度不大于100μm。
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| CN202020448346.9U CN211978277U (zh) | 2020-03-31 | 2020-03-31 | 一种用于激波风洞热环境试验的高分辨率薄膜热流计 |
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| CN (1) | CN211978277U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116380402A (zh) * | 2023-05-26 | 2023-07-04 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 用于高焓膨胀风洞的瞬态辐射热流传感器及安装制作方法 |
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2020
- 2020-03-31 CN CN202020448346.9U patent/CN211978277U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116380402A (zh) * | 2023-05-26 | 2023-07-04 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 用于高焓膨胀风洞的瞬态辐射热流传感器及安装制作方法 |
| CN116380402B (zh) * | 2023-05-26 | 2023-08-18 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 用于高焓膨胀风洞的瞬态辐射热流传感器的安装制作方法 |
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