[发明专利]一种热流传感器

说明书

本申请公开了一种热流传感器，包括中空的铜沉座；铜沉座的顶部下凹形成铜沉槽；铜沉槽内从下至上设置有通过导热硅胶连接的康铜箔和隔热陶瓷片；铜沉座的上部直径小于下部的直径；铜沉座的上部和下部的外表面在衔接处形成凸台；铜沉座的下部外表面为螺纹面；康铜箔的底面中心和铜沉座内分别引出有第一导线和第二导线；本申请的优点是：结构尺寸小、装配简单，便于安装在发动机上；铜沉槽的设计可避免使用焊接的工艺，提高了产品的良率，保证了康铜箔与铜沉的接触。

技术领域

本公开一般涉及测量技术领域，具体涉及一种用于超燃冲压发动机壁面热流检测的热流传感器。

背景技术

一直以来，各类飞行器都在朝着更高、更快的方向发展。对于吸气式高超声速飞行器的研究和设计来讲，在高超声速飞行条件下飞行器内流场及发动机燃烧室热环境一直是研究的重点和难点。超燃冲压发动机，由于其燃烧室在工作过程中要承受高温、高压、大热流长时间的冲击，因此在发动机的实际设计过程中，要特别注意燃烧室壁面的热防护。由于超燃冲压发动机是一种新型的推进方式，国内对于该发动机的研究只是处于初级阶段，热防护技术发展很不成熟，其中涉及的高温测量技术在世界范围内也没有得到很好的解决。

现有技术中，热流传感器有多种，例如同轴热电偶、圆箔式热流密度传感器、薄膜传感器、薄膜热电堆热流传感器等，这些传感器都存在一些问题，不适合超燃冲压发动机壁面热流的检测。

例如，同轴热电偶有极短的响应时间，可以在1ms内快速响应。由于热电极材料、绝缘层可耐高温，故可承受高温高焓的燃烧室条件，抗冲刷。同轴式热流计直径仅为几毫米，体积小，安装位置灵活方便，可重复使用。但是同轴式热流计的缺点同样明显，由于同轴式热流计实际加工时个体差异较大，因此该种热流计测量的重复性不是很好。另一方面，该热流计不能直接读取热流值，需要将温度变化情况记录在电脑中，通过软件获得最终的热流值，过程较繁琐。

由于薄膜传感器头部敏感元件较小，可以敏感的感知周围温度的细微变化，因此薄膜传感器具有极短的响应时间。但是测头薄膜抗冲刷能力较差(普通的燃烧室气体流动会使测头脱落)，且受到冲刷时，薄膜电阻容易产生变化，再次使用时，需重新测定温度—电阻关系。另外，它虽然能够测量瞬变的热流值，但是其处理过程非常繁琐，利用电网络模拟的方法进行测量时，还需要稳定的电源供给，非常不便，不利于工程实际的推广和应用。

薄膜热电堆热流传感器与薄膜电阻式热流传感器的原理不同。虽然也采用了薄膜技术，但是其基本原理还是有一般的热阻式热流计相似。该热流计在基片的两端镀上热电堆，在实际工作时，基片两端温度不同，使热电堆产生热电势，通过傅里叶定律，可以算出通过基片两端的热流值。这种传感器的响应时间为40ms左右，但是受到材料和镀膜手段的限制，传感器可以承受得热流密度较低，在大热流情况下容易失效。而且在流体的冲刷下，结构容易受到破坏。

圆箔式热流密度传感器可测量范围较大，针对不同的情况，最大量程可达5MW/m2。但是圆箔式热流计从理论上来说只能测量辐射热流，只有在有限的条件下才可以测量总热流。测量燃烧室壁面热流存在很大的风险。不仅很难测量到试验数据，还可能造成热流计被烧坏的危险。

如申请号为201320707632.5的名称为一种热流传感器中公开的一样，在现有的圆箔式热流计的基础上，在其头部增加一块厚度为2～4mm的陶瓷片，起到隔热的作用。在隔热陶瓷外部加一个导热系数较高的材料作为外壳，使热量能够更好的扩散。但是依旧存在诸多问题，例如由于外壳的直径过大，需要通过法兰盘安装，不利于安装，且传感器尺寸单一，若放在发动机不同壁厚处，则需要重新制作各个元件，不利于多点测量。且在上述方案中康铜片与紫铜基体需要焊接连接，而焊接在加工过程中存在难度，因为在金属中铜的热扩散率很高，铜传播温度变化能力高，铜上不同点的温度趋于一致，不易产生热量堆积。由于紫铜基体散热较快，在实际的加工过程中，紫铜基体焊接位置的温度始终达不到焊接要求，普通焊接无法进行下去。而焊接过程中，康铜箔由于散热能力较差，表面温度较高，此时部分表面已经熔化。因此加工过程中的良品率很低。

发明内容