[發明專利]一種用于熱流測試的薄膜熱電阻熱流計和同軸熱電偶的標定方法

有效

• 申請號: 202110616004.2
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113176013B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 楊凱;陳蘇宇;李強;朱新新;王輝;楊遠劍
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01K19/00
• 分類號: G01K19/00;G01K15/00
• 代理公司: 綿陽遠卓弘睿知識產權代理事務所(普通合伙) 51371
• 代理人: 賈曉燕

本發明公開了一種用于熱流測試的薄膜熱電阻熱流計和同軸熱電偶的標定方法，包括：確定標定熱流范圍，選擇標定熱流值；在熱流傳感器表面噴涂涂層；獲得熱流傳感器在某一標定熱流下的輸出；將熱流傳感器移出標定位置，固定水冷Gardon計，獲得水冷Gardon計輸出；獲得待標定的熱流傳感器、水冷Gardon計在一系列標定熱流下的輸出；處理熱流傳感器輸出，獲得輸出平均值；利用水冷Gardon計的名義靈敏度系數和在某一標定熱流下的輸出，結合熱流傳感器表面涂層的吸收率，計算得到熱流傳感器輸入熱流；用最小二乘法擬合多對熱流傳感器輸出的平均值和輸入熱流，得到熱流傳感器的靈敏度系數。本發明滿足了熱流傳感器測試值有明確的量值溯源需求，提供可靠的不確定度評估結果。

技術領域

本發明屬于熱流傳感器校準技術領域，更具體地說，本發明涉及一種用于熱流測試的薄膜熱電阻熱流計和同軸熱電偶的標定方法。

背景技術

當前，激波風洞等脈沖型風洞中主要是利用薄膜熱電阻和同軸熱電偶開展熱流測試的。當利用薄膜熱電阻或同軸熱電偶開展熱流測試時，都是利用這兩種傳感器獲得的表面溫度通過反演的方式獲得熱流測試結果。所不同的是，薄膜熱電阻利用的是諸如鉑金屬薄膜的電阻與溫度之間的線性依賴關系實現溫度測試的，而同軸熱電偶是利用不同熱電偶材料的Seebeck效應獲得表面溫度測試結果的。通常，通過溫度獲得熱流測試結果的反演方法常用的主要是Cook-Feldeman公式。Cook-Feldeman公式是基于半無限體假設，通過嚴格傳熱方程推導得到的一個簡化計算方法。因此，利用Cook-Feldeman公式處理溫度測試結果獲得熱流測試值的過程中必然需要使用到傳感器基體材料的熱物性參數，比如密度、比熱容和熱傳導系數。由此，為了獲得熱電系數和熱物性參數，通常情況下是采用兩步法的方式分別獲得熱電系數和熱物性參數乘積。熱電系數主要是通過恒溫浴的方式獲得傳感器電壓輸出與溫度之間的對應關系；對于同軸熱電偶，熱物性參數乘積多是將其快速的投入到溫度和熱物性參數都已知的溶液中，通過傳熱計算獲得其有效的熱物性參數乘積；對于薄膜熱電阻，多是利用脈沖輻射法確定其有效熱物性參數。顯然，這種兩步式方法確定的熱電系數和熱物性參數乘積必然在評估熱流測試結果的不確定度時會引入更多的誤差因素。同時，又有文獻指出Cook-Feldeman方法估算出的熱流結果不夠準確，而在估計有效熱物性參數乘積時也常常利用Cook-Feldeman方法。本發明所提供的標定方法采用對比標定的方式，在已知輸入熱流測前提下，將薄膜熱電阻或同軸熱電偶的熱電系數和熱物性參數乘積處理成一個綜合參數，即傳感器的靈敏度系數，通過在多個不同輸入熱流條件下的標定實驗結果擬合獲得該靈敏度系數。雖然在處理傳感器輸出時，也利用了Cook-Feldeman公式，但是在對實驗數據進行擬合的過程中已知的輸入熱流又起到了校正的效果。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種熱流傳感器標定設備，其結構包括：

函數發生器，其通過線纜分別連接有光纖激光器和計算機，所述計算機通過線纜連接有動態數據采集儀，所述動態數據采集儀通過線纜分別連接有待標定的熱流傳感器和水冷Gardon計；

光束整形勻化系統，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和同軸熱電偶，以下簡稱熱流傳感器，其標定方法包括以下步驟：

步驟一、熱流傳感器標定設備檢查，確定標定熱流范圍，并從中選擇多個不同的標定熱流點，利用原子層熱電堆熱流傳感器檢查標定熱流在時間上的穩定性；

步驟二、在待標定的熱流傳感器表面噴涂一層涂層；

步驟三、將待標定的熱流傳感器固定在熱流傳感器標定設備的指定位置處；

步驟四、設定函數發生器和動態數據采集儀的參數，開啟光纖激光器和動態數據采集儀，獲得熱流傳感器在某一標定熱流下的輸出；