基于Abaqus的热流传感器非稳态传热研究

建立了热电堆式热流传感器在高温环境下的非稳态传热理论模型,深入分析了输出电压和热阻层上下表面温差等参数之间的关系;然后基于有限元软件Abaqus对模型进行了验证,并结合实验数据探讨了导热系数、塞贝克系数对输出信号的影响,最后提出了优化方案。结果表明,当热阻层最高温度超过1 500℃时,其导热系数会发生较明显变化从而引起输出信号的非线性,这是影响传感器工作时长的主要因素;而当热阻层上下表面温差超过600℃,塞贝克系数会发生变化从而使测量失效,这是影响传感器最大量程的主要因素。优化后的传感器最大量程可以达到1 MW/m^2,并且工作时间延长了17.2%。

高温大量程热流传感器结构及信号调理电路的设计

以热电堆式热流传感器为例,结合所建立的热传导模型,分析高温大量程热流传感器不能长时间工作的原因,通过设计并优化传感器的结构及工艺,实现在储热体尺寸不变的情况下,热流传感器能够在高温大量程热流辐射下长时间工作,经实验验证在1MW/m^2以上的辐射热流下工作时间能够延长 20%以上。同时为便于后续系统对热流传感器输出信号进行处理,提高系统信噪比,保证传感器输出信号的归一化,利用集成芯片 AD620 对热流敏感芯体输出的弱信号进行了放大调理,经小批量试制,同一量程输出误差在 5%范围以内。