一种戈登式热流传感器及测量系统技术方案

本发明专利技术提供一种戈登式热流传感器及测量系统，用于解决现有的热流传感器测量精度较低的技术问题。该热流传感器包括外壳及设置在外壳内的检测单元，其中检测单元包括热沉体和热敏感元件，该传感器通过在外壳的周向内壁及顶部内壁设有相互连通的内壁空腔，有效屏蔽了现场环境的噪声干扰；同时，热沉体轴向的截面呈十字形结构，并沿轴向设有长通孔，热敏感元件穿过长通孔作为信号正极，热沉体作为信号负极，信号正极和信号负极分别连接外接测压装置，以此避免了传统的热敏感元件与热沉体因焊接而导致传输信号不稳定等问题，进而大幅提高了测量的精度。了测量的精度。了测量的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种戈登式热流传感器及测量系统


[0001]本专利技术涉及一种热流传感器，尤其涉及一种戈登式热流传感器及测量系统。

技术介绍

[0002]现有的戈登式传感器(如图2所示)在测量热流时，将金属圆形薄片作为热流感应元件被安装在铜热沉体中，两者沿圆形薄片的周沿连接，将与圆形薄片连接的铜热沉体与作为一个参考热电偶节点；将与热沉体材质相同的细导线连接在圆形薄片中部形成另一个参考热电偶节点。当圆形薄片暴露在均匀热环境中时，圆形薄片表面吸收热量并沿径向传导给热沉体，这样，在圆形薄片的中心和边缘之间就会形成一个抛物线型温度梯度，进而在圆形薄片的中心和边缘之间产生一个电势差，电势差与表面热流密度成正比，从而获得热流强度参数。
[0003]但该类传感器的圆形薄片和铜热沉体之间采用相应的焊接工艺焊接在一起，传感器的壳体本身与传感器的负极相连，使得传感器的信号输出受到较大的干扰；同时，热沉体因直接与冷却水接触，且与外壳之间无绝缘措施，此方式直接影响传感器的测量精度，以及传感器的热沉体、壳体的使用寿命。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种戈登式热流传感器及测量系统，用于解决现有的热流传感器测量精度较低的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种戈登式热流传感器，其特殊之处在于：包括外壳及设置在外壳内的检测单元；所述检测单元包括热沉体和热敏感元件；
[0007]所述外壳周向内壁及顶部内壁设有相互连通的内壁空腔，所述热沉体的上端穿过内壁空腔与外壳顶部内壁连接；
[0008]所述热沉体轴向的截面呈十字形结构，热沉体沿轴向设有长通孔；
[0009]所述外壳顶部设有开孔，所述热敏感元件的一端位于开孔内与外壳连接，另一端穿过长通孔作为信号正极，所述热沉体作为信号负极，信号正极和信号负极分别连接外接测压装置。
[0010]进一步地，所述热沉体的外侧包覆有绝缘层，主要用于隔热，防止传感器侧向温度梯度的传递。
[0011]进一步地，还包括水冷单元，其位于外壳的底部，水冷单元用于保持传感器工作时的内部水循环，减少热沉体的温度变化，从而提高传感器的测量精度；
[0012]所述水冷单元包括水冷体、进水管道、出水管道及水冷陶瓷热沉；进水管道和出水管道的一端分别伸入外壳内，另一端分别通入水冷体内；
[0013]所述进水管道和出水管道位于外壳内的一端分别连接水冷陶瓷热沉的进水口和出水口，水冷陶瓷热沉更易使水和传感器内部热流交换，进而提高传感器内部的热量传递
效率；水冷陶瓷热沉与热沉体十字形结构的横向下侧之间留有间隙，间隙的存在主要是用于降低传感器的外侧向温度对传感器内部的影响。
[0014]进一步地，所述热敏感元件位于开孔内的一端为圆形康铜箔片，其直径Φ取值为0.05mm
‑
0.1mm。
[0015]进一步地，所述外壳选用310S不锈钢材质，其强度、加工、固定效果均较佳。
[0016]进一步地，所述绝缘层采用氧化锆材质，该材质绝缘隔热效果较好。
[0017]此外，本专利技术还提供了一种戈登式热流测量系统，包括1个或多个上述的戈登式热流传感器，以及信息采集单元和存储单元；所述信息采集单元的输入端连接戈登式热流传感器的信号正极和信号负极，输出端连接存储单元。
[0018]进一步地，所述信息采集单元内置相互连接的前置增益放大模块、采集模块以及通讯模块，且三者集成于同一个电路板上；所述前置增益放大模块的输入端连接戈登式热流传感器的信号正极和信号负极；所述通讯模块的输出端连接存储单元。
[0019]进一步地，所述信息采集单元与存储单元之间还设有网络交换机，用于为测量系统的子网络提供更多的连接端口；其中，所述网络交换机的输入端连接通讯模块的输出端，网络交换机的输出端连接存储单元。
[0020]本专利技术相比现有技术具有的有益效果如下：
[0021]1、本专利技术一种戈登式热流传感器，包括外壳及设置在外壳内的检测单元，其中检测单元包括热沉体和热敏感元件，该传感器通过在外壳的周向内壁及顶部内壁设有相互连通的内壁空腔，有效屏蔽了现场环境的噪声干扰；同时，热沉体轴向的截面呈十字形结构，并沿轴向设有长通孔，热敏感元件穿过长通孔作为信号正极，热沉体作为信号负极，其信号正极和信号负极分别连接外接测压装置，以此避免了传统的热敏感元件与热沉体因焊接而导致传输信号不稳定等问题，进而大幅提高了测量的精度。
[0022]2、本专利技术一种戈登式热流传感器，通过在热沉体外侧包覆绝缘层，有效地阻隔了热沉体侧面的热量传递给热沉体，进而降低了环境的干扰。
[0023]3、本专利技术一种戈登式热流传感器，增加了水冷陶瓷热沉，进一步维持了热沉体作为信号负极的环境热量，再次降低了环境的干扰。
[0024]4、本专利技术一种戈登式热流测量系统，通过在信息采集单元内置相互连接的前置增益放大模块、采集模块以及通讯模块，且将三者集成于同一个电路板上，提高了系统间兼容性问题，消除了裸露的信号线，进一步降低噪声，提高了测量精度。
[0025]5、本专利技术的测量系统具有高速率、高分辨率、高精度、超低噪音、高抑制比、测量范围广、低温漂的优点，适合精密高速率采集的各种场合使用。
附图说明
[0026]图1为本专利技术一种戈登式热流传感器实施例的结构示意图；
[0027]图2为现有的戈登式热流传感器结构示意图；
[0028]图3为本专利技术一种戈登式热流测量系统实施例的结构示意图。
[0029]附图标记如下：
[0030]1‑
外壳，2
‑
热沉体，3
‑
热敏感元件，4
‑
内壁空腔，5
‑
绝缘层，6
‑
水冷体，7
‑
进水管道，8
‑
出水管道，9
‑
水冷陶瓷热沉，10
‑
信息采集单元，11
‑
存储单元，12
‑
网络交换机。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0032]如图1所示，本专利技术提供了一种戈登式热流传感器，包括外壳1、设置在外壳1内的检测单元以及设置在外壳1底部的水冷单元，其中检测单元包括热沉体2和热敏感元件3。
[0033]外壳1为金属屏蔽外壳，一般选用310S不锈钢材质，该材质的强度、加工、固定效果均较佳。外壳1顶部设有开孔，热敏感元件3的一端位于开孔内与外壳1连接，且位于开孔内的一端为圆形康铜箔片，其直径为0.05mm
‑
0.1mm，该直径可缩短传感器的相应时间。外壳1周向内壁及顶部内壁设有相互连通的内壁空腔4，热沉体2的上端穿过内壁空腔4与外壳1顶部内壁连接。
[0034]热沉体2轴向的截面呈十字形结构，十字形结构的热沉体可减小外部温度对其本身的影响，减小测量误差；同时，也可增加水冷的均匀性。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种戈登式热流传感器，其特征在于：包括外壳(1)及设置在外壳(1)内的检测单元；所述检测单元包括热沉体(2)和热敏感元件(3)；所述外壳(1)周向内壁及顶部内壁设有相互连通的内壁空腔(4)，所述热沉体(2)的上端穿过内壁空腔(4)与外壳(1)顶部内壁连接；所述热沉体(2)轴向的截面呈十字形结构，热沉体(2)沿轴向设有长通孔；所述外壳(1)顶部设有开孔，所述热敏感元件(3)的一端位于开孔内与外壳(1)连接，另一端穿过长通孔作为信号正极；所述热沉体(2)作为信号负极，信号正极和信号负极分别连接外接测压装置。2.根据权利要求1所述的戈登式热流传感器，其特征在于：所述热沉体(2)的外侧包覆有绝缘层(5)。3.根据权利要求2所述的戈登式热流传感器，其特征在于：还包括水冷单元，其位于外壳(1)的底部，所述水冷单元包括水冷体(6)、进水管道(7)、出水管道(8)及水冷陶瓷热沉(9)；进水管道(7)和出水管道(8)的一端分别伸入外壳(1)内，另一端分别通入水冷体(6)内；所述进水管道(7)和出水管道(8)位于外壳(1)内的一端分别连接水冷陶瓷热沉(9)的进水口和出水口，且水冷陶瓷热沉(9)与热沉体(2)十字形结构的横向下侧之间留有间隙。4.根据权利要求3所述的戈登式热流传感器，其特征在于：所述热敏感元件(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王等旺，张德志，马泽龙，张云峰，关君翊，金龙，秦学军，赵奇峰，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：