[實用新型]帶溫度補償的熱流傳感器

無效

• 申請號: 200820179123.6
• 申請日: 2008-11-21
• 公開（公告）號: CN201327417Y
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 王文革
• 申請（專利權）人: 北京航天計量測試技術研究所
• 主分類號: G01J5/16
• 分類號: G01J5/16
• 代理公司: 核工業專利中心
• 代理人: 高尚梅

技術領域

本實用新型屬于熱流測量技術領域，具體涉及一種帶溫度補償的熱流傳感器。

背景技術

熱流傳感器主要用于環境熱輻射強度測量、節能控制中熱流的測量，既可進行輻射熱流測量，也可進行包括輻射、對流的總熱流的測量。傳統熱流傳感器原理結構如圖1所示，該原理熱流傳感器又稱為GARDON計(戈登計)。它由表面涂黑的康銅圓箔片和熱沉體組成，熱沉體材料為無氧銅，康銅圓箔片外周與熱沉體接觸，在康銅圓箔片的背面中心與熱沉體上分別引出銅導線作為信號輸出。

表面涂黑的康銅圓箔片在吸收輻射熱和對流熱之后，會產生溫升，因其四周與熱沉體接觸，康銅圓箔片吸收的熱量便會向四周傳導，康銅圓箔片中心與周邊會產生溫差。根據理論推導，在康銅圓箔片厚度、直徑確定后，該溫差與圓箔片吸收的熱流成正比，設圓箔片中心溫度為T₁，熱沉體溫度為T₂，從圓箔片中心引出的銅導線與康銅圓箔片形成的熱電偶輸出熱電勢為V₁，康銅圓箔片周邊與熱沉體(銅)形成的熱電偶的輸出熱電勢為V₂，這兩個熱電偶由于負極相接，輸出信號為兩個熱電偶熱電勢之差，該信號正比于T₁-T₂，亦即正比于被測量的熱流q。等效電路如圖2所示。

V＝V₁-V₂????(1)

所以，該種類型熱流傳感器的輸出即對應著被測熱流的大小，經過校準的熱流傳感器得到靈敏度常數C之后，即可按照下式進行測量計算：

q＝C·V????(2)

式中：q-測量熱流；

C-靈敏度常數；

V-溫差熱電偶熱電勢輸出。

上述情況為理想情況，是假設熱流傳感器熱沉體溫度恒定不變的情況下該類型傳感器的工作情況。在實際工作中，熱沉體的溫度不會是恒定不變的，一般會隨著測量時間的增加而升高，這樣V₂的值會隨著測量時間的增加而變大，V＝V₁-V₂的值則會降低，即輸出會變小。這就意味著，被測熱流不變的情況下，隨著測量時間的增加，熱沉體的溫度會不斷上升，導致熱流傳感器輸出信號下降，產生溫漂。傳感器輸出信號變化情況示意圖，如圖3所示。

針對熱流傳感器存在的上述缺陷，可以通過對熱沉體進行恒溫控制來解決，水冷式熱流傳感器即是這種方案，但是在某些應用場合，水冷式熱流傳感器的使用不是很適宜，原因是為傳感器提供恒溫冷卻水不很方便。

實用新型內容

為了解決熱流傳感器在測量過程中由于存在溫飄的而引起測得的結果偏小的問題，正確地測量熱流，本實用新型提出了一種帶溫度補償的熱流傳感器。

實現上述目的的技術方案：一種帶溫度補償的熱流傳感器，該裝置包括一個表面涂黑的康銅圓箔片和熱沉體，熱沉體為內部中空的圓柱體，其材料為無氧銅，康銅圓箔片設在熱沉體的上面并且外周與熱沉體焊接，在康銅圓箔片的背面中心處引出一根材料為無氧銅的康銅箔片引線，在熱沉體上引一根熱沉體導線。其中，熱沉體導線的材料為與康銅箔片相同的康銅材料。

所述的熱沉體導線從熱沉體的底部引出。

本實用新型的有益效果：(1)由于本實用新型中熱沉體的引線材料與康銅箔片的材料相同，因此即使熱沉體在測量過程中有升溫現象出現，但是由于多了熱沉體與引線之間的電勢V₃的存在抵消了電勢V₂的上升，所以該熱流傳感器能夠準確地反映環境熱輻射的強度。(2)該裝置設備簡單、使用方便、應用場合廣。

附圖說明

圖1是熱流傳感器原理結構示意圖。

圖2是傳統熱流傳感器溫差熱電偶等效電路圖。

圖3是傳統熱流傳感器信號輸出示意圖。

圖4是本實用新型的一種帶溫度補償的熱流傳感器溫差熱電偶等效電路圖。

圖5是本實用新型的一種帶溫度補償的熱流傳感器信號輸出示意圖。

圖中：1-康銅箔片；2-康銅箔片引線；3-熱沉體；4-熱沉體導線；

具體實施方式

實施例

本實用新型的一種帶溫度補償的熱流傳感器，該裝置包括一個表面涂黑的康銅圓箔片1和熱沉體3，熱沉體3為內部中空的圓柱體，其材料為無氧銅，康銅圓箔片1放在熱沉體3的上加工的凹槽內并且外周與熱沉體3焊接，在康銅圓箔片1的背面中心處引出一根材料為無氧的康銅箔片引線2，在熱沉體3的最下端引一根熱沉體導線4，熱沉體導線4的材料為與康銅箔片相同的康銅材料。該熱流傳感器輸出信號等效電路圖如圖4所示，V＝V₁-V₂+V₃。V₁和V₂的情況如背景材料中所述，不再重復。隨著測量時間的增加，熱沉體溫度不斷上升，即V₃增加，在傳感器總輸出信號中，由于V₃與V₁-V₂信號同相，V₃正向疊加到V中，起到了補償作用，使得傳感器的穩定性改善，補償作用效果如圖5所示。