RU72062U1 - HEAT FLOW DENSITY SENSOR - Google Patents
HEAT FLOW DENSITY SENSOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU72062U1 RU72062U1 RU2007145685/22U RU2007145685U RU72062U1 RU 72062 U1 RU72062 U1 RU 72062U1 RU 2007145685/22 U RU2007145685/22 U RU 2007145685/22U RU 2007145685 U RU2007145685 U RU 2007145685U RU 72062 U1 RU72062 U1 RU 72062U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carrier base
- heat flux
- density sensor
- battery
- thermocouple
- Prior art date
Links
Abstract
1. Сенсор плотности теплового потока, содержащий несущую основу и батарею термопар, отличающийся тем, что в него введен концентратор, расположенный на центральной части несущей основы, которая выполнена в виде кремниевой профилированной мембраны, на которой расположена указанная батарея термопар, выполненных в виде поликремний-алюминиевых мезоструктур и покрытых сверху слоем защитного диэлектрического окисла.1. A heat flux density sensor containing a carrier base and a thermocouple battery, characterized in that a concentrator is inserted in it, located on the central part of the carrier base, which is made in the form of a silicon profiled membrane on which the indicated thermocouple battery made in the form of polysilicon aluminum mesostructures and coated with a layer of protective dielectric oxide.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в устройствах для определения плотности теплового потока.The proposed utility model relates to the field of measurement technology and can be used in devices for determining the density of the heat flux.
Известен сенсор плотности теплового потока фирмы Rdf (http://www.rdfcorp.com/products/hflux/hfs-c_01.shtml), содержащий несущую основу, которая позволяет преобразовывать плотность теплового потока в разность температур, а также батарею термопар в качестве термопреобразователя разности температур в электрический сигнал.A known heat flux density sensor company Rdf (http://www.rdfcorp.com/products/hflux/hfs-c_01.shtml), containing a carrier base that allows you to convert the heat flux density to a temperature difference, as well as a thermocouple battery as a thermocouple temperature difference in an electrical signal.
Однако в указанном сенсоре используются металлические термопары с относительно небольшим коэффициентом термоЭДС, а также данное устройство обладает малым тепловым сопротивлением, что ведет к уменьшению чувствительности устройства.However, this sensor uses metal thermocouples with a relatively small coefficient of thermoEMF, and this device also has low thermal resistance, which leads to a decrease in the sensitivity of the device.
Кроме того, известен сенсор плотности теплового потока фирмы hukseflux (http://www.hukseflux.com/heat%20flux/hfp01sc.pdf), являющийся прототипом предлагаемого сенсора и содержащий несущую основу диаметром 80 мм и толщиной 5 мм, которая изготавливается из теплоизоляционного материала (например, резины) и благодаря этому позволяет преобразовывать плотность теплового потока в разность температур. Также имеется батарея металлических термопар (200 шт.), с коэффициентом термоЭДС порядка 40 мкВ/К, в качестве термопреобразователя разности температур в электрический сигнал. Термопары находятся в несущей основе перпендикулярно, то есть концы термопреобразователя подключены к верхней и нижней сторонам основы (приложение). Под действием теплового потока в несущей основе возникает разность температур, которую можно определить по формуле:In addition, the known heat flux density sensor company hukseflux (http://www.hukseflux.com/heat%20flux/hfp01sc.pdf), which is the prototype of the proposed sensor and contains a carrier base with a diameter of 80 mm and a thickness of 5 mm, which is made of heat-insulating material (for example, rubber) and due to this allows you to convert the density of the heat flux into a temperature difference. There is also a battery of metal thermocouples (200 pcs.), With a coefficient of thermoEMF of the order of 40 μV / K, as a thermoconverter of the temperature difference into an electrical signal. Thermocouples are perpendicular to the carrier base, that is, the ends of the thermocouple are connected to the upper and lower sides of the base (application). Under the action of the heat flux in the carrier base, a temperature difference occurs, which can be determined by the formula:
Где р - плотность теплового потока, Вт/м2;Where p is the heat flux density, W / m 2 ;
λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К).λ is the coefficient of thermal conductivity, W / (m · K).
ΔT - разность температур между горячей и холодной сторонами несущей основы, К;ΔT is the temperature difference between the hot and cold sides of the carrier base, K;
ΔХ - толщина несущей основы, м.ΔХ - thickness of the bearing base, m
Возникшая разность температур преобразуется в выходной электрический сигнал при помощи батареи термопар по формуле:The resulting temperature difference is converted into an output electrical signal using a thermocouple battery according to the formula:
где ΔЕ - величина термо-ЭДС, В;where ΔЕ is the value of thermo-EMF, V;
αT - коэффициент термо-ЭДС, В/К;α T - coefficient of thermo-EMF, V / K;
ΔТ - разность температур спаев термопар, К.Δ T is the temperature difference of thermocouple junctions, K.
n - количество термопар.n is the number of thermocouples.
Температурный диапазон устройства-прототипа от -30° до +70°С.The temperature range of the prototype device from -30 ° to + 70 ° C.
Однако указанное устройство имеет несущую основу, с металлическими термопарами, расположенными параллельно падающему тепловому потоку, и обладающими малым коэффициентом термоЭДС. Поэтому данное устройство обладает небольшой чувствительностью 50 мкВ·м2/Вт и узким температурным диапазоном от -30° до +70°С.However, this device has a supporting base, with metal thermocouples parallel to the incident heat flux and having a low coefficient of thermoEMF. Therefore, this device has a small sensitivity of 50 μV · m 2 / W and a narrow temperature range from -30 ° to + 70 ° C.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение чувствительности сенсора и расширение температурного диапазона.The task of the invention is to increase the sensitivity of the sensor and expand the temperature range.
Поставленная задача достигается тем, что в известный сенсор плотности теплового потока, содержащий несущую основу и батарею термопар введен концентратор, располагающийся на центральной части несущей основы, которая выполнена в виде кремниевой профилированной мембраны, на которой расположена указанная батарея термопар, выполненных в виде поликремний-алюминиевых мезоструктур и покрытых сверху слоем защитного диэлектрического окисла.This object is achieved by the fact that a concentrator located on the central part of the carrier base, which is made in the form of a silicon profiled membrane on which the indicated thermocouple battery made in the form of polysilicon-aluminum is placed, is introduced into the known heat flux density sensor containing a bearing base and a thermocouple battery mesostructures and coated with a layer of protective dielectric oxide.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.The drawing shows a structural diagram of the proposed device.
Предлагаемое устройство содержит несущую основу 1, батарею поликремний-алюминиевых термопар 2, концентратор 3, теплоизоляционное кольцо 4. На несущей основе 1 расположены батарея термопар 2 и теплоизоляционное кольцо 4, а также концентратор 3, располагающийся на центральной части несущей основы.The proposed device contains a carrier base 1, a battery of polysilicon-aluminum thermocouples 2, a hub 3, a heat-insulating ring 4. On a carrier base 1 are a battery of thermocouples 2 and a heat-insulating ring 4, as well as a hub 3 located on the central part of the carrier.
Устройство работает следующим образом: под действием теплового потока в несущей основе 1 возникает разность температур между центральной частью и бортиком. В свою очередь батарея поликремний-алюминиевых термопар 2 преобразует возникшую разность температур в выходной электрический сигнал по формуле 2. Для электрической изоляции друг от друга поликремниевые ветви термопар 2 выполнены в виде мезостуктур и покрыты сверху слоем защитного окисла. Это дает увеличение верхней границы температурного диапазона до 250°С.The device operates as follows: under the action of the heat flux in the carrier base 1, a temperature difference arises between the central part and the side. In turn, the battery of polysilicon-aluminum thermocouples 2 converts the resulting temperature difference into an output electrical signal according to formula 2. For electrical isolation from each other, the polysilicon branches of thermocouples 2 are made in the form of mesostructures and are coated on top with a layer of protective oxide. This gives an increase in the upper limit of the temperature range to 250 ° C.
Концентратор 3 позволяет передать тепловой поток непосредственно на центральную часть несущей основы 1. Плотность теплового потока p1, передаваемая концентратором 3 на центральную область несущей основы 1, равнаThe concentrator 3 allows you to transfer the heat flux directly to the central part of the carrier base 1. The heat flux density p 1 transmitted by the concentrator 3 to the central region of the carrier base 1 is
; ;
Где p2 - плотность падающего теплового потока;Where p 2 is the density of the incident heat flux;
S1 - площадь контакта концентратора 3 с центральной частью несущей основы.S 1 - the contact area of the hub 3 with the Central part of the carrier base.
S2 - площадь основания концентратора 3, на которую падает измеряемый тепловой поток.S 2 - the area of the base of the concentrator 3, which falls the measured heat flux.
Кольцо 4 необходимо для фиксации концентратора 3 относительно несущей основы 1.Ring 4 is necessary for fixing the hub 3 relative to the carrier base 1.
Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый сенсор теплового потока имеет более высокую чувствительность порядка 160 мкВ*м2/Вт. Это связано с тем, что, во-первых, в качестве несущей основы используется кремниевая профилированная мембрана, которая совместно с концентратором позволяет создавать разность температур в направлении перпендикулярном измеряемому тепловому потоку. Во-вторых, материалами термопар, которые расположены на несущей основе, таким образом, что их спаи находятся на центральной и боковой частях мембраны, являются поликремний и алюминий, что обеспечивает коэффициент термоЭДС порядка 120 мкВ/К.Thus, in comparison with the prototype, the proposed heat flux sensor has a higher sensitivity of the order of 160 μV * m2 / W. This is due to the fact that, firstly, a silicon profiled membrane is used as the supporting base, which together with the concentrator allows you to create a temperature difference in the direction perpendicular to the measured heat flux. Secondly, the materials of thermocouples, which are located on a carrier basis, so that their junctions are on the central and lateral parts of the membrane, are polysilicon and aluminum, which provides a thermoelectric coefficient of about 120 μV / K.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007145685/22U RU72062U1 (en) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | HEAT FLOW DENSITY SENSOR |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007145685/22U RU72062U1 (en) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | HEAT FLOW DENSITY SENSOR |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU72062U1 true RU72062U1 (en) | 2008-03-27 |
Family
ID=48234490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007145685/22U RU72062U1 (en) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | HEAT FLOW DENSITY SENSOR |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU72062U1 (en) |
-
2007
- 2007-12-10 RU RU2007145685/22U patent/RU72062U1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Glosch et al. | A thermoelectric converter for energy supply | |
Ashauer et al. | Thermal flow sensor for liquids and gases based on combinations of two principles | |
Kaltsas et al. | Novel C-MOS compatible monolithic silicon gas flow sensor with porous silicon thermal isolation | |
Yuan et al. | A planar micro thermoelectric generator with high thermal resistance | |
JP5062753B2 (en) | Method and apparatus for measuring the Seebeck coefficient and thermal conductivity of thin film samples | |
US8441093B2 (en) | Shared membrane thermopile sensor array | |
Sarhan et al. | Experimental investigation on the effect of vertical vibration on thermal performances of rectangular flat plate | |
CN110988530A (en) | Device and method for measuring equivalent thermoelectric parameters of thermoelectric power generation piece | |
Min | ZT measurements under large temperature differences | |
US11639877B2 (en) | Calorimeter with multiple heat sinks and an amplifier | |
Pullins et al. | Direct measurement of hot-wall heat flux | |
CN110375890A (en) | Passive wireless acoustic surface wave high-temperature heat flux sensor | |
RU72062U1 (en) | HEAT FLOW DENSITY SENSOR | |
Dillner et al. | Low power consumption thermal gas-flow sensor based on thermopiles of highly effective thermoelectric materials | |
Ziouche et al. | Quasi-monolithic heat flux microsensor based on porous silicon boxes | |
Goncalves et al. | Thermoelectric microstructures of Bi2Te3/Sb2Te3 for a self-calibrated micro-pyrometer | |
CN103267773B (en) | Double-ring thermal protection transient radiation heatflowmeter and measuring method | |
Sion et al. | Unpackaged infrared thermoelectric microsensor realised on suspended membrane by silicon technology | |
KR20170024456A (en) | Infrared detector and infrared thermal sensor having thereof | |
Haras et al. | Fabrication of integrated micrometer platform for thermoelectric measurements | |
RU108612U1 (en) | HEAT FLOW DENSITY SENSOR | |
KR101072290B1 (en) | thermoelectric sensor using Ge material | |
CN211013312U (en) | Passive wireless surface acoustic wave high-temperature heat flow sensor | |
Immonen et al. | Development of a vertically configured mems heat flux sensor | |
RU28771U1 (en) | Heat flow sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB1K | Licence on use of utility model |
Effective date: 20101029 |