[發(fā)明專利]一種用于熱流測試的薄膜熱電阻熱流計(jì)和同軸熱電偶的標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110616004.2
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN113176013B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊凱;陳蘇宇;李強(qiáng);朱新新;王輝;楊遠(yuǎn)劍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心超高速空氣動(dòng)力研究所
• 主分類號(hào): G01K19/00
• 分類號(hào): G01K19/00;G01K15/00
• 代理公司: 綿陽遠(yuǎn)卓弘睿知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51371
• 代理人: 賈曉燕

1.一種用于熱流測試的薄膜熱電阻熱流計(jì)和同軸熱電偶的標(biāo)定方法，其特征在于，其所使用的熱流傳感器標(biāo)定設(shè)備的結(jié)構(gòu)包括：

函數(shù)發(fā)生器，其通過線纜分別連接有光纖激光器和計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)通過線纜連接有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，所述動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀通過線纜分別連接有待標(biāo)定的熱流傳感器和水冷Gardon計(jì)；

光束整形勻化系統(tǒng)，其位置正對光纖激光器的出射端口

所述用于熱流測試的薄膜熱電阻熱流計(jì)和同軸熱電偶，以下簡稱熱流傳感器，其標(biāo)定方法包括以下步驟：

步驟一、熱流傳感器標(biāo)定設(shè)備檢查，確定標(biāo)定熱流范圍，并從中選擇多個(gè)不同的標(biāo)定熱流點(diǎn)，利用原子層熱電堆熱流傳感器檢查標(biāo)定熱流在時(shí)間上的穩(wěn)定性；

步驟二、在待標(biāo)定的熱流傳感器表面噴涂一層涂層；

步驟三、將待標(biāo)定的熱流傳感器固定在熱流傳感器標(biāo)定設(shè)備的指定位置處；

步驟四、設(shè)定函數(shù)發(fā)生器和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀的參數(shù)，開啟光纖激光器和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，獲得熱流傳感器在某一標(biāo)定熱流下的輸出；

步驟五、將熱流傳感器移出原位置，然后在這個(gè)位置上固定水冷Gardon計(jì)，重復(fù)步驟四，獲得水冷Gardon計(jì)在同一標(biāo)定熱流下的輸出；

步驟六、重復(fù)步驟三～步驟五，獲得待標(biāo)定的熱流傳感器以及水冷Gardon計(jì)在一系列標(biāo)定熱流下的輸出；

步驟七、處理待標(biāo)定的熱流傳感器的輸出，將熱流傳感器的熱電系數(shù)和熱物性參數(shù)乘積處理成一個(gè)綜合參數(shù)，并定義為熱流傳感器的靈敏度系數(shù)，根據(jù)時(shí)間上限t_up以及時(shí)間下限t_low獲得熱流傳感器輸出V_cal的平均值；

步驟八、利用水冷Gardon計(jì)的名義靈敏度系數(shù)β_G及其在某一標(biāo)定熱流下的輸出V_G，結(jié)合待標(biāo)定的熱流傳感器表面噴涂的涂層吸收率μ，計(jì)算得到這一標(biāo)定熱流狀態(tài)下待標(biāo)定的熱流傳感器輸入熱流q_in；

步驟九、利用最小二乘法擬合多對熱流傳感器輸出V_cal的平均值和對應(yīng)的輸入熱流q_in，即得到待標(biāo)定的熱流傳感器的靈敏度系數(shù)；

所述時(shí)間上限t_up應(yīng)滿足：

所述時(shí)間下限應(yīng)滿足：

其中，其中X是一個(gè)無量綱參數(shù)，這里取X＝2，L是熱流傳感器的長度，a₂是薄膜熱電阻熱流計(jì)基底或同軸熱電偶的有效熱擴(kuò)散系數(shù)，ρ₁c₁k₁是涂層的熱物性參數(shù)乘積，ρ₁是涂層的密度，c₁是涂層的比熱容，k₁是涂層的導(dǎo)熱系數(shù)，ρ₂c₂k₂是薄膜熱電阻熱流計(jì)基底或同軸熱電偶的有效熱物性參數(shù)乘積，ρ₂是薄膜熱電阻熱流計(jì)基底或同軸熱電偶的密度，c₂是薄膜熱電阻熱流計(jì)基底或同軸熱電偶的比熱容，k₂是薄膜熱電阻熱流計(jì)基底或同軸熱電偶的導(dǎo)熱系數(shù)；

待測的熱流傳感器輸出V_cal的計(jì)算公式為：

其中，t_i、t_n和t_i-1是離散的時(shí)間，i＝1,2,...,n，t_n是當(dāng)前采集時(shí)間點(diǎn)，t_i是指當(dāng)前采集時(shí)間點(diǎn)之前的所有時(shí)間點(diǎn)，t_i-1是t_i的上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，V_i是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀采集到的熱流傳感器時(shí)間序列輸出，V_i-1是熱流傳感器輸出V_i前的一個(gè)輸出點(diǎn)。

2.如權(quán)利要求1所述的熱流測試的薄膜熱電阻熱流計(jì)和同軸熱電偶的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟八中待標(biāo)定的熱流傳感器輸入熱流計(jì)算公式為：

q_in＝μV_G/β_G。

3.如權(quán)利要求1所述的熱流測試的薄膜熱電阻熱流計(jì)和同軸熱電偶的標(biāo)定方法，其特征在于，所述涂層為炭黑、膠態(tài)石墨、金黑或鉑黑中的一種，涂層厚度不超過1μm。