一种水冷绕线式热流传感器及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种水冷绕线式热流传感器及测量方法，包括：水冷式的壳体；设置在壳体内，并与被测量位置相配合的热阻片；沿热阻片长度方向绕设的康铜丝；其中，在热阻片长度方向中间位置处，康铜丝两匝的间隙大于4倍康铜丝线径，以构建用于连接K型热电偶的安装区；所述康铜丝在矩形块宽度方向上电镀一半铜以得到对应的镀铜康铜丝，所述康铜丝、镀铜康铜丝的引出端为T型热电偶的正负极线。本发明专利技术提供一种水冷绕线式热流传感器及测量方法，其在处传感器中集成两种热电偶，基于一维传热原理，通过测量热阻层温差来计算热流，进一步通过水冷式的壳体使得其可以适应高热流的测量，故具有长时间、宽量程(可覆盖几kW/m2～几MW/m2量程区间)的测量效果。程区间)的测量效果。程区间)的测量效果。

【技术实现步骤摘要】
一种水冷绕线式热流传感器及测量方法


[0001]本专利技术涉及地面风洞试验的流场校测技术，更具体地说，涉及一种用于常规高超声速风洞、低密度风洞和电弧加热试验设备、燃烧风洞等高温高速气流中模型表面的热流测量场景中，具有长时间、宽量程测量效果的水冷绕线式热流传感器及热流测量方法。

技术介绍

[0002]高超声速飞行器在大气层中高速飞行时，会随着大气环境和自身速度的改变，在不同时段受到不同程度的气动热，从几kW/m2～几MW/m2不等。在设计飞行器热防护系统前，需要准确获取不同时段飞行器表面的具体热流大小。为了提高试验效率，在开展地面试验模拟时，往往同一次试验包含不同来流状态，以便模拟不同历程时的受热情况，这时就需要一种覆盖量程宽且可长时间测量不同来流状态的热流传感器。
[0003]目前常用的长时间热流传感器主要包括戈登计和水卡量热计。戈登计受测热原理限制要么只能测量低热流要么只能测量高热流无法兼顾跨度较大的高低量程；水卡量热计更适合测量高热流，测量低热流时水温差很小，导致测量误差很大甚至无法获得有效数据。故目前没有一种能兼顾高低热流且长时间测量的传感器，导致其在实际应用时的检测范围和检测效果均受限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0005]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种水冷绕线式热流传感器，包括：
[0006]水冷式的壳体；
[0007]设置在壳体内，并与被测量位置相配合的热阻片；
[0008]沿热阻片长度方向绕设的康铜丝；
[0009]其中，在热阻片长度方向中间位置处，康铜丝两匝的间隙大于4倍康铜丝线径，以构建用于连接K型热电偶的安装区；
[0010]所述康铜丝在矩形块宽度方向上电镀一半铜以得到对应的镀铜康铜丝，且矩形块厚度方向的上下表面康铜和铜的节点数相等，所述康铜丝、镀铜康铜丝的引出端为T型热电偶的正负极线。
[0011]优选的是，所述壳体被配置为两段式结构，包括第一圆柱段和第二圆柱段第二圆柱段；
[0012]其中，第一圆柱段直径小于第二圆柱段直径，第一圆柱段的后端与第二圆柱段的前端相连；
[0013]所述第一圆柱段在与被测端相配合的一侧，沿轴线方向开设有容纳热阻片的3级台阶孔，且各级台阶在空间上呈与热阻片相配合的矩形结构；
[0014]所述热阻片设置在台阶孔的中间一级台阶上；
[0015]所述第二圆柱段上设置有供T型热电偶、k型热电偶的正负极线穿出的通孔，以及包容各通孔的沉槽。
[0016]优选的是，所述热阻片在与被测端相配合的一侧设置有第一防护胶层，在与安装区相配合的一侧设置有对K型热电偶位置进行限定的第二防护胶层；
[0017]且第一防护胶层、第二防护胶层的尺寸与台阶孔的三级台阶、一级台阶的尺寸相配合。
[0018]优选的是，所述T型热电偶的正负极线与通孔之间设置有相配合的导电银胶层；
[0019]所述沉槽内设置有对T型热电偶、k型热电偶的正负极线进行限定的环氧胶层。
[0020]优选的是，所述第二圆柱段上置有与界呈连通状的水冷通道，且水冷通道的进水孔、出水孔均设置在同一端面上；
[0021]所述进水孔、出水孔上分别设置有与外部水冷循环机构连通的进水管、出水管。
[0022]一种加工水冷绕线式热流传感器的方法，其特征在于，包括：
[0023]S10，将康铜丝沿着热阻片的长度方向缠绕在矩形块的表面，并保证热阻片长度方向中间位置两匝的间隙大于4康铜丝倍线径，构成K型热电偶安装区，而康铜丝其余匝与匝之间的间隙配置为康铜丝直径的一半；
[0024]S11，在绕好的康铜丝热阻片宽度方向上电镀一半铜，并保证矩形块厚度方向的上下表面康铜和铜的节点数相等，在热阻片长度方向两端预留外接T型热电偶正负极线的引出端；
[0025]S12，将K型热电偶正负极线的裸丝部分焊接为小球状，形成热电偶结点，用防护胶将热电偶结点粘贴到安装区，并至少覆盖绕好的康铜丝，得到第二防护层；
[0026]S13，将K型热电偶正负极线、以及引出端穿过第二圆柱段的通孔，并将热阻片安装到第一段圆柱的第二级台阶上，在确保热阻片四周均有间隙的前提下，用防护胶涂抹到热阻片的上表面，直至胶的高度与前端面等高，得到第一防护胶层；
[0027]S14，在T型热电偶正负极线的裸丝上涂抹导电银胶，并将其穿入至通孔中与对应的引出端接触，并在穿入后再次灌入导电银胶，确保引出端与T型热电偶正负极线导电性能；
[0028]S15，在沉槽内灌入环氧胶，得到对应的环氧胶层。
[0029]一种应用水冷绕线式热流传感器进行热流测量的方法，包括：
[0030]S20，对水冷绕线式热流传感器开展热流标定，热流标定方法采用比对标定方法，标定后可通过公式一获得传感器在不同温度T时的灵敏度系数η(T)：
[0031][0032]其中，温度T以K型热电偶结点测得值为准；f(T)为温度T的多项式拟合函数，η0为温度T小于T0时的修正系数，T0一般小于100℃；
[0033]S21，将装有水冷绕线式热流传感器的校测模型装入流场的快速送进机构，并将K型热电偶、T型热电偶的正负极线分别接入数采设备；
[0034]S22，待流场稳定时，将校测模型送入流场核心区的指定位置，通过数采设备获得K型热电偶的温度曲线T(t)，T型热电偶输出的电压曲线U(t)，则可根据公式一、公式二获得
对应时刻热流q(t)：
[0035][0036]本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术提供一种水冷绕线式热流传感器，基于一维传热原理，通过热电偶串联成热电堆来提高测热灵敏度，进一步通过水冷式的壳体使得其可以适应高热流的测量，并基于标定系统和测得温度对高热流情况进行修正，故具有长时间、宽量程(可覆盖几kW/m2～几MW/m2量程区间)和高精度的测量效果。
[0037]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0038]图1为本专利技术实施例所述水冷绕线式热流传感器的剖面A
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A结构示意图；
[0039]图2为本专利技术实施例所述水冷绕线式热流传感器的俯视结构示意图；
[0040]图3为图1中C的局部放大示意图；
[0041]图中：1
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水冷壳，2
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进水管，3
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出水管，4
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热阻片，5
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康铜丝，6
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镀铜康铜丝，7
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外接铜导线，8
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外接康铜线，9
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正极热偶线，10
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负极热偶线，11
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外表面防护胶，12
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内表面防护胶，13
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环氧胶，1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水冷绕线式热流传感器，其特征在于，包括：水冷式的壳体；设置在壳体内，并与被测量位置相配合的热阻片；沿热阻片长度方向绕设的康铜丝；其中，在长热阻片度方向中间位置处，康铜丝两匝的间隙大于4倍康铜丝线径，以构建用于连接K型热电偶的安装区；所述康铜丝在矩形块宽度方向上电镀一半铜以得到对应的镀铜康铜丝，且矩形块厚度方向的上下表面康铜和铜的节点数相等，所述康铜丝、镀铜康铜丝的引出端为T型热电偶的正负极线。2.如权利要求1所述的水冷绕线式热流传感器，其特征在于，所述壳体被配置为两段式结构，包括第一圆柱段和第二圆柱段；其中，第一圆柱段直径小于第二圆柱段直径，第一圆柱段的后端与第二圆柱段的前端相连；所述第一圆柱段在与被测端相配合的一侧，沿轴线方向开设有容纳热阻片的3级台阶孔，且各级台阶在空间上呈与热阻片相配合的矩形结构；所述热阻片设置在台阶孔的中间一级台阶上；所述第二圆柱段上设置有供T型热电偶、k型热电偶的正负极线穿出的通孔，以及包容各通孔的沉槽。3.如权利要求2所述的水冷绕线式热流传感器，其特征在于，所述热阻片在与被测端相配合的一侧设置有第一防护胶层，在与安装区相配合的一侧设置有对K型热电偶位置进行限定的第二防护胶层；且第一防护胶层、第二防护胶层的尺寸与台阶孔的三级台阶、一级台阶的尺寸相配合。4.如权利要求2所述的水冷绕线式热流传感器，其特征在于，所述T型热电偶的正负极线与通孔之间设置有相配合的导电银胶层；所述沉槽内设置有对T型热电偶、k型热电偶的正负极线进行限定的环氧胶层。5.如权利要求2所述的水冷绕线式热流传感器，其特征在于，所述第二圆柱段上置有与界呈连通状的水冷通道，且水冷通道的进水孔、出水孔均设置在同一端面上；所述进水孔、出水孔上分别设置有与外部水冷循环机构连通的进水管、出水管。6.一种加工如权利要求1
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5任一项所述水冷绕线式热流传感器的方法，其特征在于，包括：S10，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱新新，朱涛，杨凯，王辉，杨庆涛，杨远剑，赵顺洪，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：