一种铂膜热流传感器基底热物性参数检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种铂膜热流传感器基底热物性参数检测方法及装置，步骤S1、利用甘油浴和空气浴进行双标定对照推导出铂膜热流传感器的基底热物性参数的标定表征式，以消除非均匀薄膜的影响和薄膜表面积的测定不准的影响实现标定精度的提高；步骤S2、在甘油浴和空气浴中利用惠斯顿电桥对待检测的铂膜热流传感器进行电学测量得到基底热物性参数的计算参数，并将计算参数代入至所述标定表征式中求得待检测的铂膜热流传感器基底热物性参数。本发明专利技术消除非均匀薄膜的影响和薄膜表面积的测定不准的影响实现标定精度的提高，能够保证计算参数测量的准确性，进一步提高铂膜热流传感器基底热物性参数的标定精度。基底热物性参数的标定精度。基底热物性参数的标定精度。

【技术实现步骤摘要】
一种铂膜热流传感器基底热物性参数检测方法及装置


[0001]本专利技术涉及热物性测量
，具体涉及一种铂膜热流传感器基底热物性参数检测方法及装置。

技术介绍

[0002]在激波风洞等脉冲型风洞设备热环境试验中，热流测量通常使用薄膜热流传感器，该类传感器具有灵敏度高、响应快、尺寸小等优点，其热流测量结果与传感器的热物性参数成正比，其中ρ为材料密度、c为材料热容、k为材料导热系数。的精准度直接影响热流测量的精准度。因此，需要对薄膜热流传感器基底材料的热物性参数进行标定。可通过分别标定材料密度、热容和导热系数获得对于材料成分可以精确控制的单一材料(如纯铜、不锈钢等)，通过标定可以获得很高的精度[1
‑
2]。然而，薄膜热流传感器基底材料通常采用高硼硅酸玻璃和陶瓷，即使采用相同的原料和生产工艺，材料性能也会存在差异。因此需要通过综合标定方法获得材料的热物性参数
[0003]目前，常用的综合标定方法有热流标定法、瞬态加热法和浸入法[3]。热流标定法是通过标定获得传感器表面热流和表面温度响应，经过计算得到热物性参数，其标定法最终溯源到温度测量标准或电流、电压测量标准。国外发达国家先后研制了热流标定装置，如美国国家标准技术研究所(NIST)的标定装置、瑞典国家测试研究所的标定装置、挪威火灾研究实验室(SINTEF)的标定装置、意大利国家计量院(IMGC)的标定装置以及法国国家计量与测试实验室(LNE)的标定装置等[4
‑
7]。国内的热流标定装置有中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所的黑体炉热流标定装置等[8
‑
9]。哈尔滨工业大学的戴景民等[10
‑
11]提出用脉冲加热技术测量材料的热物性参数，但是该方法不适用于薄膜热流传感器基底材料的热物性参数测量。上述的这些热流标定装置研制较为困难，建造成本较高，操作复杂，不适用于激波风洞脉冲气动加热测量。中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所建立的瞬态加热法和浸入法标定装置，由于实验条件简单，对实验设备的要求低，因而得到了很好的应用。但其缺点是加热源不稳定，对操作过程要求比较苛刻，人为因素引起的重复性误差较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种铂膜热流传感器基底热物性参数检测方法及装置，以解决现有技术中操作复杂，精度低的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术具体提供下述技术方案：
[0006]一种铂膜热流传感器基底热物性参数检测方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1、利用甘油浴和空气浴进行双标定对照推导出铂膜热流传感器的基底热物性参数的标定表征式，以消除非均匀薄膜的影响和薄膜表面积的测定不准的影响实现标定精度的提高，所述基底热物性参数由基底材料的密度ρ、比热容c和热传导系数k组合构成；
[0008]步骤S2、在甘油浴和空气浴中利用惠斯顿电桥对待检测的铂膜热流传感器进行电学测量得到基底热物性参数的计算参数，并将计算参数代入至所述标定表征式中求得待检测的铂膜热流传感器基底热物性参数。
[0009]作为本专利技术的一种优选方案，所述基底热物性参数的标定表征式推导过程包括：
[0010]将铂膜热流传感器置于空气浴中进行气体标定推导得到铂膜热流传感器在空气介质的表面热流率公式为：
[0011][0012]式中，q0为铂膜热流传感器在空气介质的表面热流率，F为铂膜热流传感器中薄膜非均匀性引起的常参数，(kρc)
1/2
为基底热物性参数，k为基底材料热传导系数，ρ为基底材料的密度，c为基底材料的比热容，α为铂膜热流传感器的电阻温度系数，I0为铂膜热流传感器的通入电流，R0为铂膜热流传感器的薄膜初始电阻，E(t)为铂膜热流传感器的电势，t为时间；
[0013]将完成空气浴标定的铂膜热流传感器置于甘油浴中进行液体标定，以使得铂膜热流传感器在空气介质的表面热流率分配为铂膜热流传感器在空气介质和液体介质上的表面热流率，并推导得到的铂膜热流传感器在空气介质和液体介质上的表面热流率公式为：
[0014][0015][0016]式中，mq0为所述铂膜热流传感器在液体介质中的表面热流率，(1
‑
m)q0为所述铂膜热流传感器在空气介质中的表面热流率，m为分配比例，E
*
(t)为铂膜热流传感器在液体介质中的电势，[(kρc)
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]*
为液体介质热物性参数；
[0017]将铂膜热流传感器在空气介质和液体介质上的表面热流率进行求和得到：
[0018][0019]将与进行联立求解得到：
[0020][0021]将E(t)和E
*
(t)送入热电模拟网络得到和将
进行等价替换得到所述标定表征式为：
[0022][0023]式中，V(t)为铂膜热流传感器在空气介质中的电势E(t)，V
*
(t)为铂膜热流传感器在液体介质中的电势E
*
(t)。
[0024]作为本专利技术的一种优选方案，所述液体介质热物性参数[(kρc)
1/2
]*
根据液体介质类别由热物性参数查询得知。
[0025]作为本专利技术的一种优选方案，所述利用惠斯顿电桥对待检测的铂膜热流传感器进行电学测量，包括：
[0026]将待检测的铂膜热流传感器置于惠斯顿电桥中作为惠斯顿电桥的一臂，并调整惠斯顿电桥至平衡状态；
[0027]将平衡状态的惠斯顿电桥置于空气浴中进行气体标定测量出待检测的铂膜热流传感器中的V(t)，再将平衡状态的惠斯顿电桥置于甘油浴中进行液体标定测量出待检测的铂膜热流传感器中的V
*
(t)，将；
[0028]将待检测的铂膜热流传感器中的V(t)和待检测的铂膜热流传感器中的V
*
(t)带入至所述标定表征式中求得待检测的铂膜热流传感器基底热物性参数。
[0029]作为本专利技术的一种优选方案，所述铂膜热流传感器中的V(t)的铂膜热流传感器中的V
*
(t)的测量过程包括：
[0030]提取铂膜热流传感器的类别特征和空气浴的空气介质特征以及甘油浴的液体介质特征，利用预先建立的空气浴时段预测模型预测出铂膜热流传感器中的V(t)的最佳测量时段，以及利用预先建立的甘油浴时段预测模型预测出铂膜热流传感器中的V
*
(t)的最佳测量时段；
[0031]分别在V(t)的最佳测量时段和V
*
(t)的最佳测量时段进行铂膜热流传感器中的V(t)的测量和铂膜热流传感器中的V
*
(t)的测量，以避免在空气浴和甘油浴中铂膜热流传感器处于非稳定状态导致测量误差；
[0032]所述空气浴时段预测模型的建立包括：
[0033]选取一组不同类别的铂膜热流传感器作为样本传感器，以及选取一组空气介质特征不同的空气浴作为样本空气浴，将每个包含样本传感器的惠斯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铂膜热流传感器基底热物性参数检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、利用甘油浴和空气浴进行双标定对照推导出铂膜热流传感器的基底热物性参数的标定表征式，以消除非均匀薄膜的影响和薄膜表面积的测定不准的影响实现标定精度的提高，所述基底热物性参数由基底材料的密度ρ、比热容c和热传导系数k组合构成；步骤S2、在甘油浴和空气浴中利用惠斯顿电桥对待检测的铂膜热流传感器进行电学测量得到基底热物性参数的计算参数，并将计算参数代入至所述标定表征式中求得待检测的铂膜热流传感器基底热物性参数。2.根据权利要求1所述的一种铂膜热流传感器基底热物性参数检测方法，其特征在于：所述基底热物性参数的标定表征式推导过程包括：将铂膜热流传感器置于空气浴中进行气体标定推导得到铂膜热流传感器在空气介质的表面热流率公式为：式中，q0为铂膜热流传感器在空气介质的表面热流率，F为铂膜热流传感器中薄膜非均匀性引起的常参数，(kρc)
1/2
为基底热物性参数，k为基底材料热传导系数，ρ为基底材料的密度，c为基底材料的比热容，α为铂膜热流传感器的电阻温度系数，I0为铂膜热流传感器的通入电流，R0为铂膜热流传感器的薄膜初始电阻，E(t)为铂膜热流传感器的电势，t为时间；将完成空气浴标定的铂膜热流传感器置于甘油浴中进行液体标定，以使得铂膜热流传感器在空气介质的表面热流率分配为铂膜热流传感器在空气介质和液体介质上的表面热流率，并推导得到的铂膜热流传感器在空气介质和液体介质上的表面热流率公式为：率，并推导得到的铂膜热流传感器在空气介质和液体介质上的表面热流率公式为：式中，mq0为所述铂膜热流传感器在液体介质中的表面热流率，(1
‑
m)q0为所述铂膜热流传感器在空气介质中的表面热流率，m为分配比例，E
*
(t)为铂膜热流传感器在液体介质中的电势，[(kρc)
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]
*
为液体介质热物性参数；将铂膜热流传感器在空气介质和液体介质上的表面热流率进行求和得到：将与进行联立求解得到：
将E(t)和E
*
(t)送入热电模拟网络得到和将进行等价替换得到所述标定表征式为：式中，V(t)为铂膜热流传感器在空气介质中的电势E(t)，V
*
(t)为铂膜热流传感器在液体介质中的电势E
*
(t)。3.根据权利要求2所述的一种铂膜热流传感器基底热物性参数检测方法，其特征在于：所述液体介质热物性参数[(kρc)
1/2
]
*
根据液体介质类别由热物性参数查询得知。4.根据权利要求3所述的一种铂膜热流传感器基底热物性参数检测方法，其特征在于：所述利用惠斯顿电桥对待检测的铂膜热流传感器进行电学测量，包括：将待检测的铂膜热流传感器置于惠斯顿电桥中作为惠斯顿电桥的一臂，并调整惠斯顿电桥至平衡状态；将平衡状态的惠斯顿电桥置于空气浴中进行气体标定测量出待检测的铂膜热流传感器中的V(t)，再将平衡状态的惠斯顿电桥置于甘油浴中进行液体标定测量出待检测的铂膜热流传感器中的V
*
(t)，将；将待检测的铂膜热流传感器中的V(t)和待检测的铂膜热流传感器中的V
*
(t)带入至所述标定表征式中求得待检测的铂膜热流传感器基底热物性参数。5.根据权利要求4所述的一种铂膜热流传感器基底热物性参数检测方法，其特征在于：所述铂膜热流传感器中的V(t)的铂膜热流传感器中的V
*
(t)的测量过程包括：提取铂膜热流传感器的类别特征和空气浴的空气介质特征以及甘油浴的液体介质特征，利用预先建立的空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴松，喻江，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：