[發明專利]一種串聯供電的薄膜熱阻式熱流傳感器

有效

• 申請號: 201611098487.7
• 申請日: 2016-12-04
• 公開（公告）號: CN106768493B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 唐菲;趙慶軍;張彬彬;崔偉偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01K17/08
• 分類號: G01K17/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種用于熱流測量的串聯供電的雙層熱阻式熱流傳感器，其主體結構呈膜狀或薄片狀，為四層疊加形式，最下層為片狀基體，從下至上依次為下受感部層、熱阻層和上受感部層。兩個受感部層、導線和熱阻層均為膜狀，兩個受感部均為四線制熱電阻傳感器，其供電導線串聯，采用同一個恒流電源串聯供電，熱阻層厚度和導熱率已知。測量時，將熱流計貼在被測物體表面，分別測得兩個受感部的溫度，通過溫度差、熱阻層的厚度和導熱率，便可以計算得到垂直于被測物體表面的熱流量。由于兩個熱電阻傳感器采用同一個恒流電源串聯供電，不但可以減少一個電源，還能有效避免供電電源誤差對測量造成的不利影響，明顯提高熱流測量的精度。

技術領域

本發明屬于熱流傳感器技術領域，具體涉及一種薄膜熱阻式熱流傳感器，用于熱流密度的測量，傳感器的兩個受感部為熱電阻，采用恒流源串聯供電，可以有效提高測量的精度。

背景技術

熱流傳感器是測量熱傳遞(熱流密度或熱通量)的基本工具，是構成熱流計的最關鍵器件。根據測量原理，熱流傳感器可分為熱阻式、圓箔式、2∏輻射式等，其中熱阻式熱流傳感器是應用最普遍的一種。這類傳感器的原理是：當有熱流通過熱流傳感器時，在傳感器的熱阻層上產生溫度梯度，熱阻層的正反兩面產生溫差，通過溫差、材料厚度和導熱系數，便可以換算得到垂直于熱阻層的熱流密度。

一個典型的熱阻式熱流傳感器通常具有膜狀或片狀的熱阻層，在熱阻層的正反兩面分別安排一個受感部用于測量溫度，使用時將傳感器貼片安裝在被測物體表面，當熱流穿過傳感器貼片時，兩個受感部便可以測得相應的溫差，最后根據事先標定的系數換算得到垂直于貼片壁面的熱流密度值。

熱阻式熱流傳感器的受感部可以采用熱電偶、熱電堆或熱電阻，上述受感部各有其優勢與不足之處：

1.熱電偶受感部的主要優點是不需要供電，測量簡單，但是熱電偶的精度通常較低，因為兩個受感部的溫差不大，測溫誤差反映到熱流結果上會進一步放大，導致傳感器精度偏低。

2.熱電堆是多個熱電偶串聯構成的，單個熱電偶的熱電勢通過串聯可以有效放大，從而提高測量的精度。但是由于集成多個熱電偶，熱電堆制造成本較高，而且尺寸通常較大，測得的熱流實際上是整個熱電堆所占區域的平均值，空間分辨率較低。

3.熱電阻尤其是鉑電阻的測量精度較高，但是需要供電,并且對供電質量要求高(因為一般采用恒流電源，固定電流通過鉑電阻在其兩端產生電壓，使用者通過電壓表測量電壓值便可計算得到鉑電阻的電阻值，如果恒流電源精度低或不穩定，就會導致產生的電壓值誤差大)，否則也會對測量精度有不利影響。

發明內容

針對現有技術的上述缺點和不足，為了進一步提升熱流傳感器的性能，本發明提出了一種使用串聯供電的，受感部均采用熱電阻測溫的熱阻式熱流傳感器，本發明具有較高的測量精度，并降低了對供電電源的要求。

本發明為解決其技術問題所采取的技術方案為：

一種串聯供電的薄膜熱阻式熱流傳感器，主體結構呈膜片狀，包括一傳感器基體、一下受感部層、一熱阻層和一上受感部層，其特征在于，所述下受感部層、熱阻層和上受感部層依次貼附到傳感器基體上，其中，

所述上受感部層、下受感部層分別包括測溫熱電阻，所述上受感部層和下受感部層的測溫熱電阻位于熱阻層兩側對應的位置，不得發生位置偏差；

所述上受感部層和下受感部層的測溫熱電阻各有兩條信號導線，用于測量測溫熱電阻兩端的電壓信號；

所述上受感部層和下受感部層的測溫熱電阻各有兩條供電導線，并公用一個恒流供電電源，電源導線正極接入一個測溫熱電阻的正極，該測溫熱電阻負極通過供電導線連通另一個測溫熱電阻的正極，另一個測溫熱電阻的負極通過供電導線連通電源的負極，形成一個串聯回路。

優選的，所述上受感部層和下受感部層的測溫熱電阻分別通過其信號導線連接一電壓測量儀。