一種薄片陣列熱流傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種薄片陣列熱流傳感器，包括熱流感知片、陣列式熱電堆和法蘭盤，陣列式熱電偶堆包括兩排以上導(dǎo)熱層，每排導(dǎo)熱層包括一個(gè)熱障層和由兩個(gè)以上被折彎成幾字形的熱電偶連接組成的導(dǎo)熱體，導(dǎo)熱體中相鄰兩個(gè)熱電偶的接點(diǎn)兩端為不同極性的熱偶材料，導(dǎo)熱體豎直部分固定在所述熱障層內(nèi)，導(dǎo)熱體豎直部分上下兩端的水平部分分別固定在所述熱障層上表面和下表面；所有導(dǎo)熱層的導(dǎo)熱體通過(guò)引線串聯(lián)。本實(shí)用新型的陣列熱流傳感器能夠在高溫環(huán)境下測(cè)量熱流，其突出的優(yōu)點(diǎn)是可以利用熱障層的上下表面溫差來(lái)直接計(jì)算熱流，大大提高了熱流測(cè)試的準(zhǔn)確性；陣列式熱電偶堆的獨(dú)特設(shè)計(jì)使測(cè)試信號(hào)得到數(shù)倍的放大，提高了傳感器的測(cè)試精度。
【專利說(shuō)明】一種薄片陣列熱流傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及熱流傳感器領(lǐng)域，特別是一種薄片陣列熱流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前常用熱流傳感器的有溫升法熱流傳感器和溫差法熱流傳感器。溫升法熱流傳感器通過(guò)測(cè)量不同設(shè)定點(diǎn)的溫度來(lái)推算熱流數(shù)值，雖然經(jīng)過(guò)多年的數(shù)學(xué)模型改進(jìn)與測(cè)量方法的優(yōu)化，但其計(jì)算冗繁且精度不高的缺點(diǎn)仍十分明顯。溫差法熱流傳感器利用熱障層的溫度差來(lái)輸出信號(hào)計(jì)算熱流值，在計(jì)算過(guò)程及精度上有大的提高，但存在信號(hào)輸出較小，雜散信號(hào)的干擾對(duì)后期濾波處理提出了很大的挑戰(zhàn)，成為熱流測(cè)量精度提高的障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種測(cè)試信號(hào)較強(qiáng)、熱流計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單、精度較高的薄片陣列熱流傳感器，提高熱流測(cè)量精度。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種薄片陣列熱流傳感器，包括熱流感知片和法蘭盤，所述法蘭盤上設(shè)有兩列高度相同的突起，所述兩列突起之間的法蘭盤上設(shè)置有與所述突起高度相同的陣列式熱電偶堆；所述陣列式熱電偶堆包括兩排以上導(dǎo)熱層，每排導(dǎo)熱層包括一個(gè)熱障層和由兩個(gè)以上熱電偶連接組成的導(dǎo)熱體；每個(gè)熱電偶包括平行的兩豎直部分，所述兩豎直部分底端由橫置部分連接，兩豎直部分頂端均設(shè)有用于連接相鄰熱電偶的橫置連接部分；所述導(dǎo)熱體中熱電偶的數(shù)量與所述導(dǎo)熱層排數(shù)相同，所述導(dǎo)熱體中相鄰兩個(gè)熱電偶的接點(diǎn)兩端為不同極性的熱偶材料，所述導(dǎo)熱體豎直部分固定在所述熱障層內(nèi)，所述導(dǎo)熱體豎直部分上下兩端的水平部分分別固定在所述熱障層上表面和下表面；所有導(dǎo)熱層的導(dǎo)熱體通過(guò)引線串聯(lián)；所述熱流感知片固定在所述兩個(gè)突起上，且與所述導(dǎo)熱層上端接觸。
[0005]作為優(yōu)選方案，所述陣列式熱電偶堆包括5排導(dǎo)熱層,每一排導(dǎo)熱層包括5個(gè)熱電偶，使測(cè)試信號(hào)得到數(shù)倍的放大，提高傳感器的測(cè)試精度。
[0006]作為優(yōu)選方案，所述熱流感知片背面邊緣焊接在所述突起上，且所述熱流感知片由不銹鋼材料制成，厚度為0.3mm，其表面涂覆有黑色耐高溫涂層，該涂層可以是耐高溫漆或者耐高溫氧化物涂層，熱流感知片對(duì)陣列式熱電偶堆的熱電材料起到保護(hù)的作用，使表面感知的熱量能迅速的傳遞給陣列式熱電偶堆，從而進(jìn)行信號(hào)輸出。
[0007]作為優(yōu)選方案，所述法蘭盤上開設(shè)有安裝孔，便于將本實(shí)用新型的傳感器安裝到別的設(shè)備上。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果為:本實(shí)用新型的傳感器用熱流感知片代替現(xiàn)有的絲狀熱流感知部件，使得傳感器的響應(yīng)速度提高了 10倍左右；本實(shí)用新型的陣列式熱傳感器能夠在高溫環(huán)境下測(cè)量熱流，可以利用熱障層的上下表面溫差來(lái)直接計(jì)算熱流，大大提高了熱流測(cè)試的準(zhǔn)確性；陣列式熱電偶堆的獨(dú)特設(shè)計(jì)使測(cè)試信號(hào)得到數(shù)倍的放大，同時(shí)熱流計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，提高了傳感器的測(cè)試精度；本實(shí)用新型可用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁面或高速飛行器熱流與氣動(dòng)熱熱流密度的測(cè)量，冶金、鍋爐等行業(yè)加熱爐內(nèi)壁面的熱流的測(cè)量以及各種小功率加熱設(shè)備等的熱流測(cè)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例剖視圖；
[0010]圖2為將圖1拆開后的示意圖；
[0011]圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例陣列式熱電偶堆俯視圖；
[0012]圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施例陣列熱流傳感器單排熱電偶及釉料封裝結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0013]圖5為本實(shí)用新型一實(shí)施例熱電偶折彎后的形狀示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1和圖2所示,本實(shí)用新型一實(shí)施例包括熱流感知片I和法蘭盤5,所述法蘭盤5上設(shè)有兩列高度相同的突起2，所述兩列突起2之間的法蘭盤5上設(shè)置有與所述突起2高度相同的陣列式熱電偶堆3 ;所述陣列式熱電偶堆包括5排導(dǎo)熱層，每排導(dǎo)熱層包括一個(gè)熱障層3和由5個(gè)熱電偶連接組成的導(dǎo)熱體4，每個(gè)熱電偶包括平行的兩豎直部分11，所述兩豎直部分11底端由橫置部分12連接，兩豎直部分11頂端均設(shè)有用于連接相鄰熱電偶的橫置連接部分13、14 (見(jiàn)圖5);所述導(dǎo)熱體4中相鄰兩個(gè)熱電偶的接點(diǎn)兩端為不同極性的熱偶材料，所述導(dǎo)熱體4豎直部分固定在所述熱障層3內(nèi)，所述導(dǎo)熱體4豎直部分上下兩端的水平部分分別固定在所述熱障層3上表面和下表面；所有導(dǎo)熱層的導(dǎo)熱體4通過(guò)引線7串聯(lián)；所述熱流感知片I固定在所述兩個(gè)突起2上，且與所述導(dǎo)熱層上端接觸。
[0015]熱流感知片為不銹鋼薄片制成，厚度為0.3_，表面涂覆黑色耐高溫涂層，該涂層可以是耐高溫漆或者耐高溫氧化物涂層；熱流感知片與陣列式熱電偶堆緊密接觸，利用激光焊接成一體；陣列式熱電偶堆包括彎折成規(guī)則折線的K型熱電偶薄片條帶，K型熱電偶薄片條帶中空部位填充高溫釉料并與K型熱電偶薄片條帶燒結(jié)成一體。法蘭盤上的突起2與熱流感知片邊緣部分焊接在一起，使整個(gè)熱流傳感器封裝成一體。
[0016]如圖3所示，熱電偶堆(熱電堆)由5排電偶材料串聯(lián)而成，每排有10個(gè)熱電偶接點(diǎn)8，總計(jì)陣列式熱電偶堆由50個(gè)熱電偶接點(diǎn)組成，測(cè)試信號(hào)由引線分別從熱電堆兩端引出。
[0017]如圖4所示陣列式熱電堆熱電偶接點(diǎn)8在折線的頂端與底端交替出現(xiàn)，并且熱電材料的正負(fù)極材料交替出現(xiàn)，即熱接點(diǎn)兩端為不同極性的熱電偶材料，以K型熱電偶材料為例，正極的鎳鉻合金9和負(fù)極的鎳硅合金10交替出現(xiàn)，一個(gè)熱接點(diǎn)兩端的鎳鉻合金9和鎳硅合金材料10組成一個(gè)熱電偶。熱電偶材料的中空部位填充釉料并高溫?zé)Y(jié)，這樣使熱電堆材料與熱障層釉料封裝在一起，形成導(dǎo)熱層，該封裝結(jié)構(gòu)(即導(dǎo)熱層)厚度為2.5mm。
[0018]薄片陣列熱流傳感器熱電偶堆熱電材料可以為鎳鉻-銅鎳的E型熱偶材料、鎳鉻硅-鎳硅的N型熱偶材料、鐵-銅鎳的J型熱偶材料、純銅-銅鎳的T型熱偶材料、鎳鉻-鎳硅的K型熱偶材料、鉬銠13-鉬的R型熱偶材料、鉬銠10-鉬的S型熱偶材料、鉬銠30-鉬銠6的B型熱偶材料和鎢錸熱電偶材料。具體的選擇根據(jù)熱流傳感器的使用溫度及信號(hào)輸出要求決定。[0019]在測(cè)量熱流階段，圖4所示的熱電偶堆折線頂端與底端的熱電偶由于釉料熱障層的熱阻作用形成溫差，從而輸出電壓信號(hào)，同一排熱電堆結(jié)構(gòu)由5對(duì)熱電差異的熱電偶接點(diǎn)組成(每一對(duì)熱電差異的熱偶接點(diǎn)由頂端熱偶和底端熱偶2個(gè)熱偶接點(diǎn)組成)，整個(gè)熱電偶堆有5排導(dǎo)熱層組成，因此陣列式熱電偶堆的獨(dú)特設(shè)計(jì)使測(cè)試信號(hào)得到數(shù)倍的放大，提高了傳感器的測(cè)試精度。
[0020]在擴(kuò)展的陣列式熱電偶堆設(shè)計(jì)中，同一排熱電堆結(jié)構(gòu)由8對(duì)熱電差異的熱電偶接點(diǎn)組成(每一對(duì)熱電差異的熱偶接點(diǎn)由頂端熱偶和底端熱偶2個(gè)熱偶接點(diǎn)組成)，整個(gè)熱電偶堆由8排熱電偶結(jié)構(gòu)組成，此即所謂的熱電偶堆8X8設(shè)計(jì)，類似的還有4X4，IOX 10等。
[0021]薄片陣列熱流傳感器法蘭盤為不銹鋼材料組成，法蘭盤的上部突出部分尺寸與熱電堆的高度吻合，將法蘭盤上的突起2與熱流感知片I的背面邊緣進(jìn)行焊接，完成熱流傳感器的封裝。
[0022]本實(shí)用新型的高溫環(huán)境下測(cè)量熱流的方法:包括以下步驟:
[0023](I)根據(jù)熱傳導(dǎo)方程當(dāng)熱流矢量方向與等溫面垂直，則有:
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種薄片陣列熱流傳感器，包括熱流感知片(I)和法蘭盤(5)，其特征在于，所述法蘭盤(5)上設(shè)有兩列高度相同的突起(2)，所述兩列突起(2)之間的法蘭盤(5)上設(shè)置有與所述突起(2)高度相同的陣列式熱電偶堆(3);所述陣列式熱電偶堆包括兩排以上導(dǎo)熱層，每排導(dǎo)熱層包括一個(gè)熱障層(3)和由兩個(gè)以上熱電偶連接組成的導(dǎo)熱體(4);每個(gè)熱電偶包括平行的兩豎直部分(11)，所述兩豎直部分(11)底端由橫置部分(12)連接，兩豎直部分(11)頂端均設(shè)有用于連接相鄰熱電偶的橫置連接部分(13，14);所述導(dǎo)熱體(4)中熱電偶的數(shù)量與所述導(dǎo)熱層排數(shù)相同，所述導(dǎo)熱體(4)中相鄰兩個(gè)熱電偶的接點(diǎn)兩端為不同極性的熱偶材料，所述導(dǎo)熱體(4)豎直部分固定在所述熱障層(3)內(nèi)，所述導(dǎo)熱體(4)豎直部分上下兩端的水平部分分別固定在所述熱障層(3)上表面和下表面；所有導(dǎo)熱層的導(dǎo)熱體(4)通過(guò)引線串聯(lián)；所述熱流感知片(I)固定在所述兩個(gè)突起(2)上，且與所述導(dǎo)熱層上端接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄片陣列熱流傳感器，其特征在于，所述陣列式熱電偶堆包括5排導(dǎo)熱層,每一排導(dǎo)熱層包括5個(gè)熱電偶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的薄片陣列熱流傳感器，其特征在于，所述熱流感知片(I)背面邊緣焊接在所述突起(2)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄片陣列熱流傳感器，其特征在于，所述熱流感知片(I)由不銹鋼材料制成，厚度為0.3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄片陣列熱流傳感器，其特征在于，所述導(dǎo)熱層厚度為2.Smnin
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄片陣列熱流傳感器，其特征在于，所述熱障層(3)由釉料高溫?zé)Y(jié)而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄片陣列熱流傳感器，其特征在于，所述熱電偶為K型熱電偶。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄片陣列熱流傳感器，其特征在于，所述熱流感知片(I)表面涂覆有黑色耐聞溫涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄片陣列熱流傳感器，其特征在于，所述法蘭盤(5)上開設(shè)有安裝孔(6)。
【文檔編號(hào)】G01K17/08GK203490005SQ201320531651
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】謝貴久, 白慶星, 何峰, 景濤, 陳偉, 陳云鋒, 曹勇飛, 張川, 袁云華 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所