Gardon式热流传感器测试误差分析

本文针对Gardon式热流传感器的测试误差,从理论推导和数值模拟两个方面,分析出Gardon式热流传感器产生测试误差的原因。同时,对理论推导和数值模拟计算分析得出的传感器输出电势与施加热流条件之间的线性关系进行了试验验证。试验结果表明上述两方面分析所得的线性关系真实存在。小量程Gardon式热流传感器在短时间内高热流条件下使用时,其标定系数(灵敏度)可以外延使用,且其稳态测试结果与适用量程的Gardon式热流传感器稳态测试结果较为一致。本文的研究结果拓宽了现有传感器的使用量程,为地面热试验中小量程灵敏度(系数)的热流传感器的超量程使用所获取数据的准确性和有效性提供了有效的理论依据和数据支撑。

一种多级式热电堆型微量热流传感器的设计与制备

基于一维平面传热基本原理,选用细康铜丝和酚醛树脂层压板作为实验材料,用硫酸铜酸性镀铜法制备热电堆,用多个热电堆串联的方式提高热电堆的级数,制备了一种多级式热电堆型热流传感器。研究结果表明,该传感器的系数为48.44 W/(m2·mV),分辨力为0.05 W/m2,测量准确度优于3.0%,能够满足精确测量微小热流密度的需要。

Gardon型热流传感器隔热技术的优化

在无法向外散热的情况下,采用Gardon型热流传感器测量火焰强度的热流密度时,传感器对于热量的处理只能选择用储热体来吸收,故该类型的传感器有了工作时间的限制。为增加Gardon型热流传感器的工作时间,对其隔热技术加以改进,效果较为明显。

沸腾换热在水卡式大热流传感器研制中的应用

为了实现MW级热流环境的长时间稳态测量,研制了一种新型结构的水卡式大热流传感器。该传感器采用U型水冷通道结构,基于沸腾换热理论进行换热设计,设计量程5~15 MW/m^2。在高温超声速燃气流试验台上进行了热流测试试验,实际测试量程3~25 MW/m^2。沸腾换热理论的应用可以在较小的水流速下实现MW级热防护,大大降低了设计难度。新型结构传感器相对传统的中心冲击结构换热效率更高,可实现的量程范围更大。

热阻式热流传感器校准用热板设计与仿真

介绍了热阻式热流传感器的应用场合及基于保护热板法的校准方法对校准用热板设计方案进行了对比,选用一体化离心浇铸式加热平板方案进行设计,并运用有限元软件对热板温度场进行了仿真,优化了结构设计。

基于微硅热丝的热流式加速度传感器

微加速度传感器由微压电泵驱动的连续循环密闭气流流路、硅热丝传感器以及惠斯登电桥测量电路三部分组成。利用硅热丝可以检测射流气体偏转引起的电阻变化,并通过惠斯登电桥电路测量出对应的加速度。基于硅热阻效应原理和微纳加工技术,设计和制备了一种成本低、体积小、寿命长、耐冲击和振动的热流式微加速度传感器。利用ANSYS软件进行仿真,分析了连续循环密闭气流的流速分布图。基于光刻、硅刻蚀和键合等微纳加工技术,在绝缘衬底上的硅（SOI）基板上制备了基于微硅热丝的加速度传感器。经测试,硅丝（长400μm×宽4μm×高2μm）在室温下电阻为45kΩ,电阻温度系数（TCR）为4.6×10^-3/℃,传感器X和Y两个方向上的灵敏度为8mV/g。使用该方法制备的热流式传感器具有体积小、耐冲击和灵敏度高等优势。

铜塞式热流传感器测量精度影响因素的分析研究

铜塞式热流传感器在诸多领域已经得到广泛应用,本文以铜塞式热流传感器测量原理为基础,研究了本体材料热物性、本体轴向长度等因素对热流测量结果的影响,为后续改进传感器结构提供理论指导。

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。

圆箔式辐射热流传感器的温度补偿方法研究

针对目前国内外圆箔式辐射热流传感器在测量过程中由于热沉体温度上升，导致灵敏度下降的问题。提出了一种基于圆柱体一维导热模型的温度补偿方法。首先，阐述了圆箔式辐射热流传感器的测量原理，分析了热沉体温度上升导致传感器输出下降的原因。然后，推导了热沉体的升温过程，构建了圆柱体一维导热的热力学模型，采用了一段特定长度的康铜线，在热沉体末端建立了一对反相串联的T型热电偶对热沉体的温度上升进行补偿。实验结果表明：带温度补偿的传感器比不带补偿的传感器具有更好的稳定性和线性度，表明了该补偿方法的可行性和有效性。

复叠式制冷循环在DSC系统中的应用分析

介绍了差式扫描量热仪(DSC)的基本工作原理,结合复叠式制冷循环系统,分析了DSC设备程序温控的主要问题及低温工况的实现条件,进而开发了以复叠式循环为冷源的DSC系统,以实现常规制冷系统无法达到的低温测试工况,扩展了DSC的应用范围。

自加速分解温度测试系统设计

自加速分解温度(SADT)是评价自反应化学物质热危险特性的重要参数。针对现有SADT测试装置存在的自动化程度不高、精度低以及安全性差等问题,研发了基于等温储存试验法的自加速分解温度测试系统。通过设计热导式等温量热炉体、温度控制以及热流采集等相关软硬件平台,实现了物质发热率自动检测和SADT解算。试验结果表明,系统安全可靠,测试精度高。

再入飞行器热防护热流测量有限元仿真

圆柱形塞式热流传感器是一种广泛应用的热流测量传感器。本文采用有限元分析方法对塞式热流传感器进行了数值仿真分析。分别对塞块尺寸、塞块材料、热电偶安装等因素对热流测量结果的影响规律进行了计算分析。获得了如下几点结论:热流测量影响因素很多,有必要对测试方法进行细致的仿真分析;塞块的材料热物理性质对测试结果以及传感器的响应特性影响很大;塞块厚度对测试结果和传感器的响应特性影响明显,应综合考虑热流大小、测试时间等因素具体选用合适的塞块厚度;热电偶的吸热对测试结果有一定影响,有必要通过数值仿真对测试结果进行必要的修正。