[发明专利]条形箔式瞬态辐射热流计

说明书

技术领域

本发明涉及热流测量领域，具体来说，是一种用于太空或大气环境下，非接触测量热流密度的热流计。

背景技术

辐射热流计是可以通过非接触测量被测对象的辐射热流密度、表面温度及环境温度等物理量，从而确定蒸汽锅炉、均热炉、输热管道等设备外壁面热泄漏的仪表。辐射热流计在太阳能、空间技术、气象、工业、冶金、能源、动力、空调等领域中都有重要的应用，热流检测的理论和技术越来越受到重视。在很多情况下需要准确测定瞬态辐射热流，用稳态热流计不能准确测量，为了提高对变动辐射流的测试精确度，需要高精度瞬态辐射热流计的研究。

常见的圆箔式辐射热流计，由于圆形敏感面与铜热沉体的接触面积较大，使得敏感面中心与热沉体温差较小，在低热流密度情况下，温差小敏感度低，测得误差较大，另外较多的热量会传导到热沉体，使热沉体温度上升，不利于长期工作。

发明内容

针对上述问题，本发明目的是提供一种可以在真空或大气环境下，对各种热流密度大小进行准确测量的热流计。

本发明是一种瞬态非接触测量热流密度的热流计，条箔式热流传感器的信号产生部分为，具有高吸收率的涂黑康铜条形箔，铜热沉体，热节点，冷节点，引线。

如图1所示，康铜条形箔片厚度为S，长度为2L，宽度为D。这里设铜热沉体的温度T＝0，有一辐射热流q投射上去。

康铜条形箔厚度为0.01-0.03mm，康铜条形箔在某一宽度方向温度相同，或在某一厚度上温度相同。由于康铜条形箔的厚度S很薄，此时沿康铜条形箔厚度方向上的热梯度可以忽略的，即ΔT/ΔS＝0。

条形箔可以焊接或以其他方式安装到铜热沉体上。第一引线a焊到条形箔中心，第二引线b焊接到铜热沉体上，焊在条形箔中心的第一引线a与焊在铜热沉体上的第二引线b构成热电偶输出，第一引线和第二引线可以为铜引线或镍铬引线。

当热辐射投射到条形箔的表面上，这个辐射热使条形箔的温度升高。且沿着条形箔长度方向传到铜热沉体上，并通过铜热沉体耗散到周围环境中去。

当处于某一瞬时热平衡时，忽略中心线下的热损失，由于热量沿条形箔长度方向流动，条形箔中心的温度高于它边缘温度。这个温度差被由引线a—条形箔、引线b—铜热沉体—条形箔构成的热电偶检测并输出与之对应的电压信号。这个电压信号可以很容易地与投射在条形箔上的辐射通量q建立起函数关系，经过标定后，就可进行热流测量。

实现所需功能的测量系统包括：康铜条形箔的条形敏感面、铜热沉体、焊在条形箔中心的第一引线a与焊在铜热沉体上的第二引线b构成的热电偶、数据采集装置、数据处理与显示装置。铜-康铜热电偶传感器信号传到数据采集仪中，信号经放大A/D转换等处理转换成数字信号送入计算机，通过计算机软件编程控制数据采集仪，将温度信号传入并进行相应的数据处理与显示装置部分。

将条形金属箔两边装入热沉体滑轨中，通过驱动控制热沉体移动，可以减少或增加条形金属箔敏感面露出的长度，实现条形金属箔的热敏感面长度实时调节控制，以实现灵敏度和分辨率的调节。

本发明的优点在于：

1、本发明条形箔式瞬态辐射热流计，提升了同样热流密度测量条件下的灵敏度和分辨率，更适用于低热流密度的条件下测量，响应时间相应可达10毫秒以内；

2、本发明条形箔式瞬态辐射热流计，可以进一步缩小传感器的尺寸，并易于串联组合形成热电堆结构；

3、本发明条形箔式瞬态辐射热流计，结构简单、相当坚固，且易于制造和价格低廉，具有较好的稳定性和重复性；

4、本申请条形金属箔的热敏感面长度可以实时调节控制，可以灵活实现灵敏度和分辨率的调节。

附图说明

图1是本发明条形箔式瞬态辐射热流计，单个条形箔式传感器结构图；

图2是条形箔对称选取微元dx；

图3是本发明条形箔式瞬态辐射热流计，单个条形箔串联形成热电堆后的结构图；

图4是采用UG模拟计算圆形敏感面的温差结果；

图5是采用UG模拟计算条形敏感面的温差结果。

图中：

1涂黑康铜条形箔，2铜热沉体，3热节点，4冷节点，5铜导线。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来对本发明做进一步的详细说明。

本发明条形箔式瞬态辐射热流计，通过条形箔敏感面来感受热流的变化。如图2所示选取微元dx，条形箔式瞬态辐射热流计灵敏度方程式如下。某一瞬间某一微元处热平衡关系：

Q₁+Q_A＝Q₂+Q_S