[發(fā)明專利]一種測量沿壁面熱流的平面型熱流傳感器及其標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911355328.4
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111024269B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁炯;王佳音;楊遂軍;葉樹亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量大學(xué)
• 主分類號: G01K17/00
• 分類號: G01K17/00;G01K19/00;G01K7/02;G01K7/18
• 代理公司: 杭州奧創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

1.一種實(shí)現(xiàn)沿壁面熱流測量的平面型薄膜熱流傳感器，其特征在于，實(shí)現(xiàn)測量溫差的熱電堆印刷在基底表面，同時基底上集成了三個圓弧形薄膜鉑電阻，共同構(gòu)成了平面型薄膜熱流傳感器；所述的熱電堆由多個金鉑熱電偶串聯(lián)而成，鉑電阻為三個半徑不同的同心圓弧，分布在熱電堆的冷熱端兩側(cè)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面型薄膜熱流傳感器，其特征在于，所述基底為氧化鋁陶瓷基底上，基底直徑為22mm，厚度為0.36mm，導(dǎo)熱率為36W/m·K。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面型薄膜熱流傳感器，其特征在于，所述三個圓弧形薄膜鉑電阻的弧形半徑分別為1.55mm、2.55mm和7.05mm，每個鉑電阻寬為0.1mm，膜厚為10μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面型薄膜熱流傳感器，其特征在于，所述熱電堆由四十四個金鉑熱電偶串聯(lián)而成，呈圓弧狀排布在基底表面；每個金鉑熱電偶極寬0.1mm，在電極兩端重合區(qū)域分別構(gòu)成熱電堆冷端和熱端；其中，熱端所在圓弧半徑為3.5mm，冷端所在的圓弧半徑為6.5mm。

5.對權(quán)利要求1所述的平面型薄膜熱流傳感器進(jìn)行標(biāo)定的方法，其特征在于：

對位于可調(diào)溫度的恒溫場中的傳感器中心加載激光，當(dāng)激光被傳感器表面中心位置吸收后，熱量沿傳感器中心向邊緣傳遞；待熱平衡后，根據(jù)溫度分布規(guī)律，由薄膜鉑電阻的溫度推出熱電堆冷熱端溫度，得到溫度差，建立溫度差和熱電堆輸出的關(guān)系實(shí)現(xiàn)傳感器的靜態(tài)標(biāo)定。

6.如權(quán)利要求5所述的標(biāo)定方法，其特征在于：采用耐高溫探針和對應(yīng)的針套配合在一起并固定在耐高溫PCB上，所述耐高溫探針的位置與傳感器引腳位置相對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)傳感器測試信號的穩(wěn)定輸出。

7.如權(quán)利要求5所述的標(biāo)定方法，其特征在于：

在薄膜熱流傳感器靜態(tài)標(biāo)定中，熱電偶的熱電勢E與溫度T具有如下關(guān)系：

E＝a₀+a₁T+a₂T²+···+a₉T⁹ (1)

其中a_i為擬合系數(shù)，i＝0,1...9；

當(dāng)熱電堆熱端和冷端溫度分別為T₁和T₂時，根據(jù)熱電堆輸出電勢和溫度的關(guān)系，得到：

V_out＝n·[a₁(T₁-T₂)+a₂(T₁²-T₂²)+...+a₉(T₁⁹-T₂⁹)] (2)

其中，n為熱電堆串聯(lián)的熱電偶數(shù)；假設(shè)T₁＝ΔT+T₂，ΔT→0，那么上式簡化為：

V_out≈n(a₁+2a₂T₂+3a₃T₂²···9a₉T₂⁸)ΔT (3)

根據(jù)定義，式(3)中括號內(nèi)的內(nèi)容即為塞貝克系數(shù)；當(dāng)溫差ΔT較小時，塞貝克系數(shù)通過公式(3)實(shí)現(xiàn)測量；在小溫差情況下，提供不同的環(huán)境溫度，便可得到在不同溫度下對應(yīng)的塞貝克系數(shù)。