CN212059189U - 校准装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种校准装置，涉及热流计技术领域，传导式热流计形成有彼此背对的第一表面和第二表面，第一表面形成为平面；校准装置包括：功率输出机构，用于提供产生热流的功率；数据采集机构，与功率输出机构和传导式热流计二者均通讯连接，以进行数据采集；校准装置包括：加热机构，设置于传导式热流计的第一表面侧，并与功率输出机构电连接，加热机构用于对第一表面进行加热，使得传导式热流计的第二表面开放；数据采集机构能够对采集到的数据进行黎曼积分计算。本申请采用单热板以及冷侧开放式设计，并采用黎曼积分方法进行偏差修正，进而能够在传导式热流计的背面为非平面的情况下也能够进行校准，因此具备良好的适用性。

Description

校准装置

技术领域

本申请涉及热流计技术领域，尤其是涉及一种校准装置。

背景技术

热流计是一种测量单位面积热通量的仪器，用于量化热能传递或者转移。由于热流计生产企业制造水平及检测标定手段不同，造成了热流计测量精度差别较大，因此热流计需要校准。现有的传导式热流计校准装置主要分为绝对法和相对法。

绝对法例如包括保护热板法和箔加热法，其中保护热板法采用热板和冷板将热流传感器夹在中间，通过控制热板和冷板的温度及功率来获得稳定的热流，通过测量主加热器的功率来计算热流计。箔加热法与保护热板法原理相似，主要区别是采用加热箔代替保护热板法中的热板，通过测量加热箔的功率来计算热流。相对法则采用热板和冷板将热流传感器夹在中间产生稳定的热流，将相同形状大小的标准热流计与被测热流计叠放在一起或对称放置，通过标准热流计和被检热流计的比较来测量误差。

然而，无论是绝对法还是相对法，均采用热板和冷板配合的校准方式，对于仅一侧表面不是平面的热流计难以准确检测。此外，保护热板法结构较为复杂，特别是低热流条件下，温度波动对测量结果影响较大，校准时热板、冷板、保护板温度精度要求高，因此平衡时间长；箔加热器自身热容极小，校准时易受保护板温度波动影响；相对法则需要有相同形状大小的热流计，在实际校准中，热流传感器形状多种多样，因此相对法具有明显的局限性。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供一种传校准装置，目的在于，一定程度上解决现有技术中无论是绝对法还是相对法，均采用热板和冷板配合的校准方式，对于仅一侧表面不是平面的热流计难以准确检测的技术问题。

本申请提供一种校准装置，用于对传导式热流计进行校准，所述传导式热流计形成有彼此背对的第一表面和第二表面，所述第一表面形成为平面；所述校准装置包括：

功率输出机构，用于提供产生热流的功率；

数据采集机构，与所述功率输出机构和所述传导式热流计二者均通讯连接，以进行数据采集；

所述校准装置包括：

加热机构，设置于所述传导式热流计的第一表面侧，并与所述功率输出机构电连接，所述加热机构用于对所述第一表面进行加热，使得所述传导式热流计的第二表面开放；

所述数据采集机构能够对采集到的数据进行黎曼积分计算。

优选地，所述加热机构包括主加热组件，所述主加热组件包括：

主加热构件，形成有彼此背对的第三表面和第四表面，以及在所述第三表面和第四表面之间延伸的侧表面，所述主加热构件与所述功率输出机构电连接，所述第三表面与所述第一表面彼此完全贴合，使得所述主加热构件对所述第一表面进行加热；

第一绝热构件，设置于所述主加热构件的第四表面侧，并包覆于所述侧表面的外部，所述第一绝热构件由绝热材料形成。

优选地，所述加热机构还包括保护加热组件，所述保护加热组件设置于所述第一绝热构件的背对所述主加热构件的一侧，并包覆于所述第一绝热构件的除靠近所述传导式热流计的表面的其余外表面，所述保护加热组件对所述第一绝热构件进行加热，使得所述主加热构件经由所述第四表面和所述侧表面损失的热量为零。

优选地，所述保护加热组件包括：

保护加热构件，设置于所述第一绝热构件的背对所述主加热构件的一侧，并包覆于所述第一绝热构件的除靠近所述传导式热流计的表面的其余外表面；

第二绝热构件，设置于所述保护加热构件的背对所述第一绝热构件的一侧，并包覆于所述保护加热构件的除靠近所述传导式热流计的表面的其余外表面。

优选地，所述校准装置还包括：

温度控制机构，与所述保护加热构件电连接，并用于调节所述保护加热构件的温度，使得所述保护加热构件的温度与所述主加热构件的温度一致。

优选地，所述校准装置还包括：

第一温度传感器，设置于所述第四表面与所述第一绝热构件之间，并向所述温度控制机构输送第一温度信号；

第二温度传感器，设置于所述第一绝热构件与所述保护加热构件之间，并向所述温度控制机构输送第二温度信号；

所述温度控制机构比对所述第一温度信号和所述第二温度信号，以控制使得所述保护加热构件的温度与所述主加热构件的温度一致。

优选地，所述第一绝热构件和所述第二绝热构件均形成为多层结构。

优选地，所述主加热构件和所述保护加热构件包括以下结构：导热部，用于对外释放热量，并由金属材料形成；

所述主加热构件的导热部在所述主加热构件内均匀分布；

所述保护加热构件的导热部在所述保护加热构件内均匀分布。

优选地，所述功率输出机构由电能驱动，且所述功率输出机构以反馈调节的方式被供电，使得所述功率输出机构输出恒定功率；

所述功率输出机构还以预定噪声和预定波纹的方式被供电，使得数据采集机构对数据采集的不确定度小于或者等于3％。

优选地，所述加热机构能够以大于500摄氏度的温度对所述传导式热流计进行加热；

所述传导式热流计的热流密度能够达到10000W/m²。

本申请提供的校准装置采用单热板以及冷侧开放式设计，并采用黎曼积分方法进行偏差修正，进而能够在传导式热流计的一侧表面为非平面的情况下也能够进行校准，因此具备良好的适用性。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了校准装置对传导式热流计进行校准操作的示意图。

附图标记：

1-被测热流计；2-主加热板；3-第一绝热构件；4-保护加热器；5-第二绝热构件；6a-第一温度传感器；6b-第二温度传感器；7-功率输出机构；8-温度控制机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

图1示出了校准装置对传导式热流计进行校准操作的示意图。参见图1，本申请提供的校准装置包括：被测热流计、主加热板、第一绝热构件、保护加热器、第二绝热构件、第一温度传感器、第二温度传感器、功率输出机构和温度调节机构，以及图中未示出的数据采集机构。以下将具体描述上述部件的关系和工作原理。

需要事先说明的是，本实施例中，以上被测热流计1形成为传导式热流计；图1中示出的各部件之间的间隙(即被测热流计1与主加热板2之间的间隙、主加热板2与第一绝热构件3之间的间隙、第一绝热构件3与保护加热器4之间的间隙、第二绝热构件5与保护加热器4之间的间隙)均是为了清楚地示出各部件的位置关系而示意性给出的，实际上，各部件之间形成的是紧密接触。此外，为了便于以下的描述，以图1中示出的方位为例，被测热流计1的上表面可以被定义为背面，被测热流计1的下表面可以被定义为正面。

正如以上描述中所提及的，被测热流计1的正面和背面彼此背对，虽然图1中示出的正面和背面均为平面，但实际上，被测热流计1的被面也可以不是平面，即在正面为平面的情况下，本实施例中对校准装置针对的被测热流计1的背面形状并不作具体限定，这使得本实施例中的校准装置具有更广泛的适用性。

在实施例中，被测热流计1的背面开放(即背面完全暴露在外界环境中)，主加热板2的上表面与被测热流计1的正面完全地紧密贴合(即主加热板2的上表面与被测热流计1的正面的面积相同)，以对被测热流计1进行快速加热。主加热板2对外输出的热功率由与该主加热板2电连接的功率输出机构7实现，即功率输出机构7提供了产生热流的功率，功率输出机构7的工作方式将在随后的描述中给出。

主加热板2形成有对外释放热量，以用于加热的导热部。导热部可以由金属材料形成，作为一种较优的选择，可以例如由紫铜形成，由于紫铜的高导热性质，可以有效调高校准过程中的温度范围以及校准过程中的热流密度范围。进一步地，导热部可以在主加热板2内均匀分布，例如由丝状的紫铜经过往复折叠而在主加热板2内形成分布，以确保主加热板2的上表面释放的热量均匀，有利于加快被测热流计1的平衡速度。

功率输出机构7可以由电能驱动，且功率输出机构7可以以反馈调节的方式为主加热板2供电，如此能够确保功率输出机构7输出恒定功率，以便于加快被测热流计1的平衡速度，同时便于以下的数据采集操作和校准计算。进一步地，功率输出机构7还以低噪声和低波纹的方式为主加热板2供电，因此减小了数据采集过程中的不确定度，作为一种较优的选择，下述数据采集机构对数据采集的不确定度被限定为小于或者等于3％，如此在被测热流计1的背面开放的情况下，尽可能将其他造成数据采集不确定度增加的可能削减到最低，确保校准计算的结果可靠。

在实施例中，主加热板2的下方可以设置有第一绝热构件3，第一绝热构件3可以形成为多层结构，这些多层结构可以分别由多种绝热材料形成。如图1所示，第一绝热构件3包覆于主加热板2的除上表面以外的其他表面(即第一绝热构件3形成有容纳主加热板2的槽部)，如此配合第一绝热构件3的绝热性质，尽可能地降低了主加热板2经由其侧表面和下表面流失的热量，同样有利于加快被测热流计1的平衡速度。

进一步地，在第一绝热构件3的下方，还可以设置有保护加热器4，保护加热器4的形状可以与第一绝热构件3相似，即保护加热器4也可以形成有用于容纳第一绝热构件3的槽部，因此，第一绝热构件3的除上表面以外的其他表面均可以被保护加热器4包覆并进行加热(此外，保护加热构件也包括上述导热部，设置方式也大致与以上导热部相同，区别在于保护加热构件的槽部的内侧部也同样均匀分布用导热部)。这样设置的目的在于，第一绝热构件3的下表面和侧表面在主加热板2提供较高的加热温度时，难免会与外界环境存在温差，而出现换热的情况，这仍然会导致主加热板2的热量损失。

因此，当保护加热器4的槽部的内部的温度与主加热板2的下表面的温度相同时，上述热量损失为零，如此同样有利于有效缩短平衡时间，提高校准效率。这里所说的“热量损失为零”是一种理想状态，实际上由于不可避免的仪器误差以及加热设备之间可能存在的装配误差等原因，热量损失只能够趋近于零，因此“热量损失趋近于零”同样可以视为“热量损失为零”。

以上保护加热器4的加热方式，可以通过以下设置方式实现。在实施例中，第一温度传感器6a可以设置于主加热板2的下表面与第一绝热构件3之间，并向温度控制机构8输送第一温度信号，第一温度信号即为以上所提及的主加热板2的下表面的温度的信号。第二温度传感器6b可以设置于第一绝热构件3与保护加热构件之间，并向温度控制机构8输送第二温度信号，第二温度信号即为保护加热器4的槽部的内部的温度。温度控制机构8可以比对第一温度信号和第二温度信号，以控制使得保护加热构件的温度与主加热构件的温度一致。

在以上设置方式的基础上，保护加热器4的下侧还设置有第二绝热构件5，第二绝热构件5同样包覆于保护加热器4的除其上表面以外的其他表面，进一步减少热量损失。此外，第二绝热构件5可以采用与上述第一绝热构件3相同的层结构，在此不再赘述。

在实施例中，校准装置还包括图1中未示出的数据采集机构。数据采集机构可以与功率输出机构7和被测热流计1二者均通讯连接，以进行数据采集。即数据采集机构采集功率输出机构7所输出的恒定功率和被测热流计1输出的电动势。在以上的描述的特征的基础上，当被测热流计1输出的电动势稳定在标准范围内时，即可视为被测热流计1达到平衡状态，此时以数据采集机构通过预定的数据采集频率采集前述数据，利用恒定功率计算出热流密度，再通过黎曼积分的方法对偏差进行修正，得到热流计系数，完成被测热流计1的校准。

作为一种较优的选择，本实施例中的加热机构能够以大于500摄氏度的温度对传导式热流计进行加热，并且传导式热流计的热流密度能够达到10000W/m²，如此特别有利于提高校准的温度范围和热流范围，从而增加校准装置的适用性。

本实施例提供的校准装置采用单热板以及冷侧开放式设计，并采用黎曼积分方法进行偏差修正，进而能够在传导式热流计的背面为非平面的情况下也能够进行校准，因此具备良好的适用性。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是在本申请的创新构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种校准装置，用于对传导式热流计进行校准，所述传导式热流计形成有彼此背对的第一表面和第二表面，所述第一表面形成为平面；所述校准装置包括：

功率输出机构，用于提供产生热流的功率；

数据采集机构，与所述功率输出机构和所述传导式热流计二者均通讯连接，以进行数据采集；

其特征在于，所述校准装置包括：

加热机构，设置于所述传导式热流计的第一表面侧，并与所述功率输出机构电连接，所述加热机构用于对所述第一表面进行加热，使得所述传导式热流计的第二表面开放；

所述数据采集机构能够对采集到的数据进行黎曼积分计算。

2.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于，所述加热机构包括主加热组件，所述主加热组件包括：

主加热构件，形成有彼此背对的第三表面和第四表面，以及在所述第三表面和第四表面之间延伸的侧表面，所述主加热构件与所述功率输出机构电连接，所述第三表面与所述第一表面彼此完全贴合，使得所述主加热构件对所述第一表面进行加热；

第一绝热构件，设置于所述主加热构件的第四表面侧，并包覆于所述侧表面的外部，所述第一绝热构件由绝热材料形成。

3.根据权利要求2所述的校准装置，其特征在于，

所述加热机构还包括保护加热组件，所述保护加热组件设置于所述第一绝热构件的背对所述主加热构件的一侧，并包覆于所述第一绝热构件的除靠近所述传导式热流计的表面的其余外表面，所述保护加热组件对所述第一绝热构件进行加热，使得所述主加热构件经由所述第四表面和所述侧表面损失的热量为零。

4.根据权利要求3所述的校准装置，其特征在于，所述保护加热组件包括：

保护加热构件，设置于所述第一绝热构件的背对所述主加热构件的一侧，并包覆于所述第一绝热构件的除靠近所述传导式热流计的表面的其余外表面；

第二绝热构件，设置于所述保护加热构件的背对所述第一绝热构件的一侧，并包覆于所述保护加热构件的除靠近所述传导式热流计的表面的其余外表面。

5.根据权利要求4所述的校准装置，其特征在于，所述校准装置还包括：

温度控制机构，与所述保护加热构件电连接，并用于调节所述保护加热构件的温度，使得所述保护加热构件的温度与所述主加热构件的温度一致。

6.根据权利要求5所述的校准装置，其特征在于，所述校准装置还包括：

第一温度传感器，设置于所述第四表面与所述第一绝热构件之间，并向所述温度控制机构输送第一温度信号；

第二温度传感器，设置于所述第一绝热构件与所述保护加热构件之间，并向所述温度控制机构输送第二温度信号；

所述温度控制机构比对所述第一温度信号和所述第二温度信号，以控制使得所述保护加热构件的温度与所述主加热构件的温度一致。

7.根据权利要求4所述的校准装置，其特征在于，

所述第一绝热构件和所述第二绝热构件均形成为多层结构。

8.根据权利要求4所述的校准装置，其特征在于，

所述主加热构件和所述保护加热构件包括以下结构：导热部，用于对外释放热量，并由金属材料形成；

所述主加热构件的导热部在所述主加热构件内均匀分布；

所述保护加热构件的导热部在所述保护加热构件内均匀分布。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的校准装置，其特征在于，

所述功率输出机构由电能驱动，且所述功率输出机构以反馈调节的方式被供电，使得所述功率输出机构输出恒定功率；

所述功率输出机构还以预定噪声和预定波纹的方式被供电，使得数据采集机构对数据采集的不确定度小于或者等于3％。

10.根据权利要求9所述的校准装置，其特征在于，

所述加热机构能够以大于500摄氏度的温度对所述传导式热流计进行加热；

所述传导式热流计的热流密度能够达到10000W/m²。

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