[發明專利]一種相變儲熱式熱流傳感器

有效

• 申請號: 201310108374.0
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN103217233A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 楊顯濤;劉建華;陳青松;王海清
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: G01K17/00
• 分類號: G01K17/00;G01K7/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

技術領域

本發明屬于熱流、溫度測量領域，具體涉及一種相變儲熱式熱流傳感器。

背景技術

隨著科學技術的不斷發展，能源問題的日益突出，節能降耗工作的不斷開展，熱流檢測的理論和技術越來越受到重視，熱流傳感器得到了廣泛應用。

經典的熱流傳感器原理結構如圖1所示，采用該原理結構的熱流傳感器又稱GARDON計（戈登計）。其測量原理：作為敏感元件的康銅圓箔，其表面上涂黑以利于吸收熱通量。圓柱形傳感器內部銅熱沉與康銅圓箔構成T型（銅-康銅）熱電偶，康銅圓箔與其中心的銅引線構成另一對T型（銅-康銅）熱電偶，上述兩對熱電偶構成差分T型熱電偶。入射的熱流被康銅圓箔吸收后，沿圓箔徑向銅熱沉傳導熱量?？点~圓箔因其薄而導熱快，銅熱沉因其尺寸厚而導熱慢，從而在康銅圓箔中心與銅熱沉之間建立起與入射熱流成正比的溫差，此時差分T型熱電偶信號與熱通量成正比。傳感器的熱流值可通過式（1）計算。

q=K×V??????????(1)

式中：q為測量熱流；K為靈敏度，K值可通過校準試驗得到；V為差分T型熱電偶信號。

熱流傳感器在測量時，其測量端面不斷吸收熱量，在無法采用水冷、風冷等冷卻手段時，需采用自身儲熱的方式工作，一般采用高熔點金屬塊進行儲熱，其工作時間較短；傳統熱流傳感器的敏感元件采用T型差分熱電偶，其溫度上限僅為350℃，測量端面耐高溫能力差；傳統熱流傳感器無法對測量端頭部分的溫度進行監測，在使用時，經常出現測量端頭部分熔化、燒毀等情況。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種相變儲熱式熱流傳感器，該傳感器顯著延長了工作時間，大大提高了測量端面的耐高溫能力，且避免了測量端頭部分熔化、燒毀等情況的發生。

本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的：

一種相變儲熱式熱流傳感器，包括康銅圓箔片、鎳鉻絲、熱電偶、上蓋、殼體、相變儲熱體、四孔陶瓷管、下蓋和后蓋，其中四孔陶瓷管和上蓋固定連接，熱電偶絲穿過四孔陶瓷管的其中兩個孔，兩根鎳鉻絲穿過四孔陶瓷管的剩余兩個孔，其中一根鎳鉻絲與康銅圓箔片的中心焊接，另一根鎳鉻絲與康銅圓箔片、上蓋均焊接，上蓋與殼體連接固定，相變儲熱體置于殼體中，下蓋與殼體連接固定，穿過四孔陶瓷管的鎳鉻絲通過電纜焊接引出，穿過四孔陶瓷管的熱電偶通過補償導線引出，后蓋與下蓋連接固定，且后蓋的空腔填充高溫膠。

在上述相變儲熱式熱流傳感器中，相變儲熱體在180℃至250℃的溫度范圍內由固態熔化為液態，在相變時儲存大量的熱能。

在上述相變儲熱式熱流傳感器中，相變儲熱體為錫鉛合金。

在上述相變儲熱式熱流傳感器中，相變儲熱體與殼體為螺紋連接，且相變儲熱體與下蓋之間有2mm～3mm間隙。

在上述相變儲熱式熱流傳感器中，上蓋與殼體焊接固定，下蓋與殼體焊接固定，后蓋與下蓋采用螺釘固定，四孔陶瓷管和上蓋通過高溫膠粘接固定。

在上述相變儲熱式熱流傳感器中，上蓋、殼體和下蓋的材料為不銹鋼或銅。

在上述相變儲熱式熱流傳感器中，熱電偶絲為康銅-鎳鉻熱電偶、鎳鉻-鎳硅熱電偶或銅-康銅熱電偶。

在上述相變儲熱式熱流傳感器中，兩根鎳鉻絲與康銅圓箔片構成康銅-鎳鉻熱電偶，以測量敏感端康銅圓箔片的中心與邊緣的溫度差，進一步得到測量端面的熱流值。

在上述相變儲熱式熱流傳感器中，傳感器的安裝具有法蘭安裝和螺紋安裝兩種方式。

在上述相變儲熱式熱流傳感器中，四孔陶瓷管為四孔氧化鋁瓷管或四孔氮化硼瓷管；康銅圓箔片表面涂黑。

本發明與現有技術相比的優點在于：

（1）本發明傳感器采用相變儲熱體進行儲熱，能顯著延長傳感器的工作時間，并保證測量端面敏感體工作在允許的溫度范圍內；現有的熱流傳感器在無法采用水冷、風冷等冷卻手段時，需采用自身儲熱的方式工作，一般用高熔點金屬塊進行儲熱，其工作時間較短；本發明采用相變儲熱體進行儲熱，并通過大量試驗對相變儲熱體進行了優選，在工作時儲熱體發生相變，能吸收更多的熱量，因此，其工作時間能顯著延長；

（2）本發明傳感器的敏感元件采用了E型差分熱電偶，大大提高了測量端面的耐高溫能力；傳統熱流傳感器的敏感元件采用T型差分熱電偶，其溫度上限僅為350℃，測量端面耐高溫能力差；本發明E型差分熱電偶溫度上限為900℃，因此，大大提高了測量端面的耐高溫能力；

（3）本發明傳感器在測量端頭部分加入了溫度監測，避免了測量端頭部分熔化、燒毀等情況的發生，提高了傳感器的可靠性；