[實用新型]一種多方向一體化熱流傳感器

有效

• 申請號: 201921877437.8
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN211527678U
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 王國輝;周廣銘;夏國江;耿勝男;藍鯤;張金剛;路娟;張大銘;李亞群;俞達
• 申請（專利權）人: 北京宇航系統工程研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01K17/00
• 分類號: G01K17/00;G01K17/06;G01K1/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

一種多方向一體化熱流傳感器，包括熱流敏感元件、熱流感應殼體、傳感器基座、線纜保護結構、傳輸線纜、電連接器，通過采用針對多個敏感方向設計的新型熱流感應殼體以及厚膜敏感元件制備工藝，解決了現有技術中圓箔式熱流傳感器采用單一敏感方向設計導致的只能測量沿敏感面法線方向來流、響應時間長、產品效費比低的問題，結構穩定，產品成本低，測量精度高、響應時間短。

技術領域

本實用新型涉及一種多方向一體化熱流傳感器，屬于航天測量領域。

背景技術

運載火箭的熱環境非常復雜，通常有嚴酷的底部尾焰加熱、復雜的激波干擾熱加熱、噴流和來流干擾問題，熱環境又隨著飛行過程大氣壓力的逐步降低而發生變化。在國內運載火箭設計的工程實踐上，經常采取保守設計回避了這一問題的復雜性，熱防護措施簡單化、保留余量偏大，以犧牲入軌質量的代價增加防熱層厚度，不可避免地造成運載能力損失。新一代航天任務的多樣化和復雜化對有效載荷質量要求越來越高，迫切需要提升運載火箭設計的精細化程度，提升運載能力。

熱流傳感器用于測量航天運載器空間熱流參數，是目前航天領域使用最廣泛、用量最大的傳感器之一。面對精細化測量、場式測量等新型需求，現有的熱流傳感器存在固有局限無法滿足測量要求，主要體現在：一方面，現有熱流傳感器一般采用圓箔式測量原理，響應時間長，測量精度不夠高，而且傳感器質量和體積較大，對安裝、維護等環節要求高；另一方面，現有的熱流傳感器采用單一敏感方向設計，只能測量沿敏感面法線方向來流,在需要測量某位置處多方向來流的情況下，需要相應地在每個測量方向上布設熱流傳感器，這就從系統設計、產品成本、安裝維護等多方面增加了資源投入，效費比低。面對新一代航天任務提出的對運載火箭復雜熱環境進行多方向、場式、高精度、快響應測量的需求，迫切需要研制新型熱流傳感器以實現精細化、高效費比的測量。

實用新型內容

本實用新型解決的技術問題是：針對目前現有技術中，現有的圓箔式熱流傳感器采用單一敏感方向設計導致的只能測量沿敏感面法線方向來流、產品效費比低的問題，提出了一種多方向一體化熱流傳感器。

本實用新型解決上述技術問題是通過如下技術方案予以實現的：

一種多方向一體化熱流傳感器，包括熱流敏感元件、熱流感應殼體、傳感器基座、線纜保護結構、傳輸線纜、電連接器，所述熱流感應殼體為矩形殼體，熱流感應殼體外表面其中一面連接于用于固定熱流感應殼體位置的傳感器基座一側的連接端面上，并通過傳感器基座固定于外部熱流測量支架上，用于感應對應方向外部熱流并轉化為電壓信號的熱流敏感元件分別設置于熱流感應殼體剩余五個連接面上，并對五個方向外部熱流進行轉化，所述熱流敏感元件將外部熱流轉變為電壓信號并通過傳輸線纜將電壓信號傳輸至電連接器進行輸出，所述傳輸線纜通過連接于傳感器基座另一側的連接端面的線纜保護結構進行保護。

所述熱流敏感元件包括元件基片、下層熱電偶、熱阻層、上層熱電偶、保護涂層、內部引腳，所述元件基片安裝于熱流感應殼體外表面上，元件基片上鋪設有下層熱電偶，下層熱電偶上表面鋪設有熱阻層，上層熱電偶鋪設于熱阻層上，并于上層熱電偶外表面涂覆保護涂層，所述內部引腳通過與上層熱電偶、下層熱電偶相連將電壓信號導入傳輸線纜。

所述熱流敏感元件的響應時間范圍具體為：響應時間τ_0.632＜300ms。

所述傳輸線纜長度范圍為100mm～10000mm。

所述殼體的規格尺寸范圍具體為：不大于50mm×50mm×50mm。

所述殼體材料不銹鋼或鋁合金。

所述元件基片背面中心設置有用于測量溫度的溫度傳感器。

所述熱阻層厚度范圍為0.05mm～0.2mm，耐溫范圍為-60℃～1000℃。

本實用新型與現有技術相比的優點在于：