[发明专利]一种温度场、热流密度场测量一体化装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种温度场、热流密度场测量一体化装置，包括双抛硅片、加热铂丝、第一层测温铂丝和第二层测温铂丝，加热铂丝设置在双抛硅片的第一表面上，用于给双抛硅片的加热，第一层测温铂丝设置在双抛硅片的第二表面上，第一层测温铂丝上依次设置有聚酰亚胺层和第二测温铂丝的上方，加热铂丝通过电极与外部电路相连接，第一层测温铂丝和第二层测温铂丝均通过相应的测温引线和测温电极连接，测温电极与信号采集装置相连接；使得温度场、热流密度场在利用单个装置时实现射流冲击表面温度场与热流密度场测量的同时，还能实现高热流密度加热与测量的一体化，为射流冲击冷却的研究提供新的热工测量方法，促进射流冷却技术的进步。

技术领域

本发明涉及热工测量技术领域，特别是涉及一种温度场、热流密度场测量一体化装置及其制备方法。

背景技术

射流冲击冷却广泛应用于航空航天、电子器件冷却以及工业生产当中，作为一种高效的冷却方式一直受到工业界和学术界的广泛关注。射流冲击冷却在冲击表面附近的流动非常复杂，冲击表面上的对流换热系数非常不均匀，冲击平板内部存在较强的径向导热问题，而且不同条件下呈现出不同的分布规律。实验研究是研究射流冲击冷却性能的重要途径，而传热实验中首先要解决的是冷却表面温度场、热流密度场的测量问题。已有的测量方法通常采用红外热像仪或液晶显示技术从射流冲击平板的背面进行拍摄，实现射流冲击冷却表面温度场的测量，热流密度场则通过冲击表面的加热电压和电流，得到平均的热流密度。这种温度场测量方式需要实验中的冲击平板是透明的；热流密度场的测量中，由于射流冲击平板内部存在径向导热，冲击表面的热流密度场通常是不均匀的，按照均匀热流密度去处理存在较大的误差。同时，这种测量方式很难在高压环境、小空间范围内进行测量。目前MEMS微加工技术已经发展得较为成熟，同时利用该技术，人们开发出了不同种类的温度、热流密度、压力、生物电信号等传感器。基于MEMS微加工技术的传感器具有尺寸较小、响应快、精度高等优点，同时可以批量加工，阵列布置。因此，采用MEMS微加工技术可以有效解决不同实验条件下射流冲击冷却研究中遇到的温度场、热流密度场的精确测量，测量的同时实现冲击冷却表面的加热，从而开发出一种基于MEMS微加工技术的高热流密度加热与温度场、热流密度场测量装置。

目前已有的利用MEMS微加工技术设计制造的温度场、热流密度场传感器多功能较为单一，只能测量一种参数，且不能在测量的同时实现高热流密度加热。而且一个传感器只能获得单个热流密度或者温度信号，获取场信息需要在不同位置布置多个传感器，比如专利CN 102175339 A、CN 202994696 U以及CN 202956212 U等。单个传感器尺寸相对较大，这使得获取的信号更多得代表一个小区域内的平均信号，而不是当地的温度或者热流密度值。这很难满足射流冲击冷却研究中对温度场、热流密度场的精确获取，尤其是较小尺度下的射流冲击冷却研究。另外将温度或者热流密度传感器布置在加热表面，由于接触热阻的存在，会使得温度测量存在较大的误差。因此需要开发一种温度场、热流密场测量与加热一体化的装置，以满足不同条件下的射流冲击冷却研究的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量功能多、测量效果好和测量精度高的温度场、热流密度场测量一体化装置及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，使得温度场、热流密度场在利用单个装置时实现射流冲击表面温度场与热流密度场测量的同时，还能实现高热流密度加热与测量的一体化，为射流冲击冷却的研究提供新的热工测量方法，促进射流冷却技术的进步，以满足高热流密度表面的热控制问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明发明提供一种温度场、热流密度场测量一体化装置，包括双抛硅片、加热铂丝、第一层测温铂丝和第二层测温铂丝，所述加热铂丝设置在所述双抛硅片的第一表面上，用于给所述双抛硅片的加热，所述第一层测温铂丝设置在所述双抛硅片的第二表面上，所述第一层测温铂丝上依次设置有聚酰亚胺层和第二测温铂丝的上方，所述加热铂丝通过电极与外部电路相连接，所述第一层测温铂丝和第二层测温铂丝均通过相应的测温引线和测温电极连接，所述测温电极与信号采集装置相连接。