[發明專利]多功能傳感器及高溫下測量熱流與溫度的方法

有效

• 申請號: 200910085367.7
• 申請日: 2009-05-21
• 公開（公告）號: CN101571428A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 李龍;范學軍;仲峰泉;王晶
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01K17/08
• 分類號: G01K17/08;G01K7/04
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 尹振啟

技術領域

本發明涉及一種壁面熱流與溫度同時測量的裝置及方法。?

背景技術

目前熱流測量的方法主要有薄膜熱電偶、Smith型熱流傳感器等。薄膜熱電偶響應時間短，適合測量瞬時熱傳導過程，但是它所能測量的溫度范圍有限，高溫時容易燒壞。Smith型熱流傳感器信號較強，能夠耐高溫，但是響應時間較長，并且制作工藝復雜，需要在陶瓷板上鍍銅和康銅電路，設備比較昂貴。溫度測量通常用的是熱電偶，但是熱電偶的工作溫度范圍通常在1300K以下，在更高溫度的環境中，熱電偶是無法生存的。對于高超聲速飛機的超燃沖壓發動機來說，燃燒室氣流環境十分惡劣，溫度通常在2000K以上，熱流達到1MW/m²，在此環境下熱電偶很容易損壞，無法測量壁面熱流與溫度。?

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的之一在于提供一種耐高溫、能夠同時測量熱流與溫度的傳感器。?

本發明的另一目的在于提供一種高溫環境下測量熱流與溫度的方?法。?

本發明的多功能傳感器，包括外殼和熱流測頭，外殼上設置熱流測頭，熱流測頭包括熱流探頭和熱沉，熱流探頭設置在外殼外部，熱沉與熱流探頭相連容置在外殼內部與熱流探頭組成熱電偶，所述外殼內還設置有用于冷卻熱流測頭的冷卻裝置和用于測量熱沉溫度的另一熱電偶，兩熱電偶與檢測儀相連，通過測量出兩熱電偶的電壓信號實現熱流和溫度的檢測。?

進一步，所述熱流探頭為康銅片，所述熱沉為截面為環形的銅柱體，康銅片的邊緣與銅熱沉的環形端面焊接，康銅片的中心引出一根銅導線，銅柱體上引出另一根銅導線，所述檢測儀連接在兩根銅導線之間。?

進一步，所述熱流探頭與熱沉材料為鎳鉻-鎳硅或鉑銠13-鉑或鉑銠10-鉑或鉑銠30-鉑銠6能夠組成熱電偶的材料。?

進一步，所述熱沉裝配在所述外殼內設置的基體上，基體與外殼焊接，所述冷卻裝置為基體與外殼之間設置的水槽，所述另一熱電偶設置在基體上或者熱沉上。?

進一步，所述水槽內容置冷卻水管，冷卻水管一端焊接在所述基體上，另一端設置的轉接頭與供水裝置相連。?

進一步，所述熱流探頭頂部設置有隔熱陶瓷，隔熱陶瓷與熱流探頭的接觸面上涂抹導熱硅脂。?

本發明的高溫環境下測量熱流與溫度的方法：包括以下步驟：1)采用上述裝置測量熱流探頭與熱沉組成的熱電偶的電壓信號，通過公?式Eq=4.37×10-4·R2S,]]>可得熱流，其中E為電壓、q為熱流、R為熱流探頭的半徑、S為熱流探頭的厚度；2)測量導熱元件熱沉處的低溫區溫度通過熱傳導公式T_h-T_l＝ΔT，ΔT=ΔT1+ΔT2=q·l1k1A1+q·12πd2k2]]>得到熱流探頭高溫區的溫度，其中T_h為熱流探頭的溫度，T_l為基體或者熱沉溫度，ΔT₁為隔熱陶瓷兩端的溫度差，ΔT₂為熱流探頭中心與邊緣處的溫差，q為熱流探頭處的熱流，R₁為隔熱陶瓷的熱阻，R₂為熱流探頭的熱阻，l₁為隔熱陶瓷的厚度，k₁為熱流探頭的導熱系數，A₁為熱流探頭截面面積，d₂為熱流探頭的厚度，k₂為熱流探頭的導熱系數。?