CN220380652U - 一种复杂传热场景热学传感器时间常数测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种复杂传热场景热学传感器时间常数测量装置，属于传感器测温技术领域。该装置包括恒温热板、检定室、数据采集模块和计算机。其中恒温热板置于检定室下方，用于向检定室提供持续稳定的辐射热流；检定室的底部开有透光窗，顶部与侧面开有小孔，热学传感器可通过小孔进入检定室中进行时间常数测量；热学传感器与数据采集模块输入端连接，数据采集模块输出端与计算机连接，向计算机中传输测量数据。本实用新型可实现多种传热方式叠加的环境，适用于各种热学传感器的时间常数测试。

Description

一种复杂传热场景热学传感器时间常数测量装置

技术领域

本实用新型属于传感器测温技术领域，涉及一种复杂传热场景热学传感器时间常数测量装置。

背景技术

热量传递通常通过传导、对流和辐射三种形式进行。热学(温度、热流)传感器是测量热量传递的关键元件，广泛应用于钢铁冶金、航空航天、能源环保等各个领域。在采用热学传感器测温时，由于传感器敏感单元本身具有一定热惯性，不能立即测出当前实际温度，而是需要一定的响应时间，时间常数常被用于作为传感器响应时间的评价指标，它直接反映出其对温度捕捉的灵敏度。对于瞬态高温测量或环境温度波动较快的场景，时间常数是决定测温准确性的重要指标，其不但与传感器本身的材料、构造有关，而且还与被测环境、换热方式有关。中北大学赵学敏等人对同一热电偶分别进了水浴法和火焰法的对比测试，测试结果分别为9.7ms和847ms。这两种条件下时间常数相差近两个数量级，说明不同传热条件下温度电阻时间常数有极大差异。因此，对于不同的换热环境，要想得到在该环境下的热电偶动态特性，就要在与该环境相同或近似的校准环境中进行动态校准。而目前对于不同的换热环境，有多种校准方法如恒温油槽、热风洞、激光加热等。但这些方法通常只能针对单一传热过程进行动态校准，难以同时应对多种传热方式叠加的复杂传热环境。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种复杂传热场景热学传感器时间常数测量装置，实现多种传热场景下热学传感器的时间常数测量。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种复杂传热场景热学传感器时间常数测量装置，该装置包括恒温热板、检定室、数据采集模块。其中恒温热板置于检定室下方，用于向检定室提供持续稳定的幅射热流；检定室的底部开有透光窗，顶部或侧面开有小孔，热学传感器可通过小孔进入检定室中进行时间常数测量；数据采集模块与热学传感器连接，用于采集热学传感器的温升曲线。

可选地，该装置还包括绝热板，绝热板置于恒温热板和检定室之间，用于支撑所述检定室。绝热板的支撑高度可根据需要随时调整。

可选地，该装置还包括进给装置，进给装置通过检定室上的小孔将热学传感器送入或取出检定室的温度场中，并且进给装置可以在抽拉过程中的任意位置固定。该进给装置既可通过步进电机控制动作，也可人工手动操作

可选地，透光窗设有能够抽拉的遮光板，用于控制所述恒温热板进入检定室的幅射热流。该遮光板可以左右抽拉，并可以随时固定在抽拉过程中的任意位置。当遮光板完全遮蔽时，热学传感器热结点仅通过空气对流储热；当遮光板打开时，热学传感器热结点通过空气对流和恒温热板辐射储热。

可选地，在检定室表面或内部还设有热电偶，用于监控检定室表面或内部的温度。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型有效解决了现有时间常数测试装置无法适用于复杂换热环境的问题，适用于多种传热方式叠加的复杂传热环境，适用于各种热学传感器的时间常数测试，尤其适用于在辐射换热和对流换热相叠加环境下的各种热学传感器的时间常数测试，且装置操作简便，测量结果可靠。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型热学传感器时间常数测量装置；

图2为本实用新型具体实施例的结构示意图。

附图标记：1-恒温热板；2-绝热板；3-透光窗；4-小孔；5-检定室；6-进给装置；7-热学传感器；8-数据采集模块；9-计算机。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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实用新型和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，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的具体含义。

如图1所示为一种用于复杂传热场景的热学传感器时间常数测量装置，该装置包括恒温热板1、绝热板2、检定室5、进给装置6、数据采集模块8和计算机9。其中恒温热板1通过绝热板2来支撑检定室5；在标记名称检定室5的下部开有一透光窗3，检定室5顶部或侧面开有小孔4；进给装置6用于将热学传感器7送入或取出检定室5的温度场中；数据采集模块8的输入端与热学传感器7连接，其输出端与计算机9连接。

本实施例中，检定室5采用50mm直径的圆柱，其底面开设的透光窗3采用圆形的透光蓝宝石窗，直径为40mm，检定室5在右侧开设小孔4，小孔4直径为5mm，如图2所示。恒温热板1通过透光窗3向热学传感器7提供持续稳定的幅射热流，其控温范围可达到20℃～1000℃。绝热板2可采用云母片、石棉、气凝胶毡等耐高温绝热材料，本实施例中选择10mm厚度的云母片。可测量的热学传感器7包括裸露热电偶、薄膜热电偶、铠装热电偶等，本实施例中选用薄膜热电偶进行测量。

本实施例还提供了时间常数测量装置的操作方法，具体如下：

S1、启动恒温热板1，设置一系列梯度温度(350/400/450/500/550℃)，恒温热板1产生恒定幅射热流，对流传热则通过检定室5内热空气实现；然后根据设置在检定室5内部或表面的热电偶的温度信号判断检定室5是否达到热平衡；

S2、热学传感器7通过进给装置6进入检定室5中的温度场，通过数据采集模块8实时记录热学传感器7的温升曲线；

S3、待热学传感器7输出的温度值达到稳态后，通过进给装置6将其从检定室5中取出，并等待热学传感器7冷却至室温；

S4、数据采集模块8将记录的数据传输至计算机9中。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种复杂传热场景热学传感器时间常数测量装置，其特征在于：该装置包括恒温热板(1)、检定室(5)和数据采集模块(8)；所述恒温热板(1)置于所述检定室(5)下方；所述检定室(5)的底部开有透光窗(3)，顶部或侧面开有小孔(4)，热学传感器(7)通过所述小孔(4)进入所述检定室(5)中；所述数据采集模块(8)与所述热学传感器(7)连接，用于采集热学传感器的温升曲线。

2.根据权利要求1所述的时间常数测量装置，其特征在于：该装置还包括绝热板(2)，绝热板(2)置于所述恒温热板(1)和检定室(5)之间，用于支撑所述检定室(5)。

3.根据权利要求1所述的时间常数测量装置，其特征在于：该装置还包括进给装置(6)，用于将所述热学传感器(7)送入或取出检定室(5)中。

4.根据权利要求1所述的时间常数测量装置，其特征在于：所述透光窗(3)设有能够抽拉的遮光板，用于控制所述恒温热板(1)进入检定室(5)的幅射热流。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的时间常数测量装置，其特征在于：在检定室(5)表面或内部设有热电偶，用于监控所述检定室(5)表面或内部的温度。