CN104122010A - 辐射热流测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空环境下的辐射热流测量装置，包括腔壁温度均匀、恒定的等温腔体，等温腔体上端设置有若干热绝缘支撑柱以支撑金属箔片，等温腔体的底部和上部设置有薄膜加热器和测温用传感器，等温腔体侧面对称位置有四个安装孔；金属箔片上下表面的至少一侧涂覆有绝缘层，绝缘层上方通过溅射法交错设置铜条带和镍条带，铜条带平行布置，镍条带平行布置，两者之间在端部形成接点一和接点二，在铜条带和镍条带上涂覆有绝缘层。本发明的测量装置，实现了真空环境下的辐射热流的准确和快速测量，提高了航天器真空热试验外热流的准确测量和快速测量能力，降低了试验误差，提高了试验精度。

Description

辐射热流测量装置

技术领域

本发明属于航天器热试验领域，具体来说,本发明涉及一种用于真空环境下辐射热流密度的测量装置。

背景技术

在航天器真空热试验中，需要利用外热流模拟设备模拟航天器在轨的到达热流密度，空间环境对航天器热流的影响主要是辐射热流，对流和导热流可以忽略不计，并且利用热流测量装置测量热流密度。外热流的测量准确性和瞬态响应特性对外热流的模拟准确性起着至关重要的作用，外热流模拟的准确度将直接影响航天器热平衡试验的温度水平和试验误差。

现有的真空环境下的热流测量装置基本原理主要包含基于温度梯度原理(以Gardon式为代表)、半无限大物体温度测量原理(以同轴热电偶、红外测温为代表)和热量计原理(以金属块式热量计为代表)，其中应用较为广泛的是Gardon式热流计、热量计。而Gadrdon式热流计适合测量大热流，且需要水冷热沉。热量计基于温度梯度热量计的原理进行设计的，即利用集总参数法，得到敏感片的温度变化情况，根据温度得到热流密度的大小。在航天器热试验范围内常用的有两种。一种热流计是绝热型热流计，将敏感片放置于隔热多层上面，假设敏感片背面绝热，敏感片正面的热流密度引起敏感片本身温度变化，根据温度可以得到外热流的大小，主要用于稳态辐射热流测量。另一种热流计称为热屏等温型热流计，是将敏感片隔热安装于一个内凹的等温盒内，在使用之前进行标定，得到敏感片、等温盒和辐射外热流之间的关系式，正式使用时，测量敏感片温度数据、等温盒温度，通过标定关系式计算辐射热流密度,可以用来测量瞬态热流。

Gardon式热流计在测量低热流、需要安装多个热流计和真空密封环境下测量时，存在安装困难、精确度不高等问题；绝热型热流计主要测量稳态热流，是假设背面是绝热环境，但是实际上背面是存在漏热的，测量稳态热流存在误差；热屏等温型热流计是对敏感片的温度变化速率进行处理，根据标定式计算出辐射热流密度的大小，但是由于辐射换热的特点和敏感片热容的影响，在换热体温差很小时，换热效率非常低，因此敏感片的温度在平衡之前变化非常缓慢，在测量瞬态热流时存在较大误差。

因此，为了实现航天器真空热试验的外热流精确测量，必须设计新的辐射热流测量装置，同时满足稳态热流和瞬态热流的测量，降低试验误差，提高试验精度和试验水平。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种真空环境下的辐射热流测量装置，能够准确测量辐射稳态热流密度和瞬态热流密度，实现真空环境下的辐射热流密度的准确和快速测量。本发明能够为真空环境下的辐射热流测量提供技术保障。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种真空环境下的辐射热流测量装置，包括腔壁温度均匀、恒定的等温腔体，等温腔体上端设置有若干热绝缘支撑柱以支撑金属箔片，等温腔体的底部和上部设置有薄膜加热器和测温用传感器，等温腔体侧面对称位置有四个安装孔；金属箔片上下表面的至少一侧涂覆有绝缘层，绝缘层上方通过溅射法交错设置铜条带和镍条带，铜条带平行布置，镍条带平行布置，两者之间在端部形成接点一和接点二，在铜条带和镍条带上涂覆有绝缘层。金属箔片的上下表面分别涂覆发射率不同的两种材料，两种材料直接涂敷在绝缘层上或者箔片上，发射率不同的两种材料在绝缘层或者箔片上交错形成发射率不同的涂层一和涂层二，涂层一和涂层二之间形成结合界面，分别覆盖铜镍接点一和接点二的对应区域且为对称线对称分布或沿径向均匀分布，金属箔片上表面的涂层一、涂层二分别对应于金属箔片下表面的涂层二和涂层一，其中，在接点一或者接点二的始端和终端分别连接有引线。

进一步地，金属箔片为方形或者圆形；

进一步地，引线连接有电势采集装置；

进一步地，所述金属箔片为不锈钢箔或铜箔或铝箔；

进一步地，所述溅射法包括磁控溅射镀膜或离子辅助沉积热电堆形式实现；

进一步地，所述涂覆绝缘层包括氧化硅或氧化铝。

其中，两种材料之一为黑漆、白漆或灰漆；另一种为铝粉漆或金粉漆。

其中，等温腔体的材料包括铝、铜、银或其合金。

其中，支撑柱的材料包括聚四氟乙烯、聚酰亚胺或玻璃钢。

本发明所提供的辐射热流测量装置，实现了真空环境下的辐射热流的准确和快速测量，提高了航天器真空热试验外热流的准确测量和快速测量能力，降低了试验误差，提高了试验精度。

附图说明

图1是本发明的辐射热流测量装置的结构示意图；

图中，1、金属箔片；2、支撑柱；3、等温腔体；4、薄膜加热器；5、温度传感器。

图2是本发明的辐射热流测量装置中金属箔片的结构示意图；

图中，6、铜条带；7、镍条带；8、接点一；9、涂层一；10、涂层二；11、接点二；12、数据采集装置。

其中，辐射热流测量装置中的金属箔片包括金属箔片本身、铜带条、镍带条及箔片上下涂覆的涂层。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的辐射热流测量装置的金属箔片的结构进行详细说明，但该描述仅仅示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。

实施例1金属箔片为铝箔，箔片的下表面层设置有绝缘层

参照图1，图1是本发明的辐射热流测量装置的结构示意图。其中，本发明的一种辐射热流测量装置，包括腔壁温度均匀恒定的等温腔体3，等温腔体3上端设置有若干热绝缘支撑柱2以支撑金属箔片1，等温腔体的底部和上部设置有薄膜加热器4和测温用温度传感器5，等温腔体侧面对称位置有四个安装孔。

图2为本发明的辐射热流测量装置的金属箔片结构示意图，金属箔片1下表面侧涂覆有绝缘层，而另一相对的侧面上不设置绝缘层，绝缘层上方通过溅射法交错设置铜条带6和镍条带7，铜条带6平行布置，镍条带7平行布置，两者之间在端部形成接点一8和接点二11，在铜条带6和镍条带7上涂覆有绝缘层。金属箔片1的上下表面分别涂覆发射率不同的两种材料，两种材料直接涂敷在绝缘层上或者箔片上，发射率不同的两种材料在绝缘层或者箔片上交错形成发射率不同的涂层一9和涂层二10，涂层一9和涂层二10之间形成结合界面，分别覆盖铜镍接点一8和接点二11的对应区域且为对称线对称分布或沿径向均匀分布，金属箔片上表面的涂层一、涂层二分别对应于金属箔片下表面的涂层二10和涂层一9，其中，在接点一或者接点二的始端和终端分别连接有引线，引线连接有数据采集装置12(电势采集装置)。

涂层一9和涂层二10的发射率需满足一定的关系，图2中金属箔片1上表面侧一边发射率为a1，另一边发射率为a2，下表面对应位置发射率为a2和a1。则需满足a1≠a2，若a1/a2>>1或a1/a2<<1则更合适。如涂层一9的材料为黑漆(S721-SR107等)、白漆(S781等)、灰漆(S956灰漆)等高吸收率材料，涂层二10可涂金属漆(S781铝粉漆、金粉漆、银粉漆)等低吸收率材料。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种真空环境下的辐射热流测量装置，包括腔壁温度均匀、恒定的等温腔体，等温腔体上端设置有若干热绝缘支撑柱以支撑金属箔片，等温腔体的底部和上部设置有薄膜加热器和测温用传感器，等温腔体侧面对称位置有四个安装孔；金属箔片上下表面的至少一侧涂覆有绝缘层，绝缘层上方通过溅射法交错设置铜条带和镍条带，铜条带平行布置，镍条带平行布置，两者之间在端部形成接点一和接点二，在铜条带和镍条带上涂覆有绝缘层。金属箔片的上下表面分别涂覆发射率不同的两种材料，两种材料直接涂敷在绝缘层上或者箔片上，发射率不同的两种材料在绝缘层或者箔片上交错形成发射率不同的涂层一和涂层二，涂层一和涂层二之间形成结合界面，分别覆盖铜镍接点一和接点二的对应区域且为对称线对称分布或沿径向均匀分布，金属箔片上表面的涂层一、涂层二分别对应于金属箔片下表面的涂层二和涂层一，其中，在接点一或者接点二的始端和终端分别连接有引线。

2.如权利要求1所述的辐射热流测量装置，其中，金属箔片为方形或者圆形。

3.如权利要求1所述的辐射热流测量装置，其中，引线连接有电势采集装置。

4.如权利要求1所述的辐射热流测量装置，其中，所述金属箔片为不锈钢箔或铜箔或铝箔。

5.如权利要求1所述的辐射热流测量装置，其中，所述溅射法包括磁控溅射镀膜或离子辅助沉积热电堆形式实现。

6.如权利要求1所述的辐射热流测量装置，其中，所述涂覆绝缘层包括氧化硅或氧化铝。

7.如权利要求1-5任一项所述的辐射热流测量装置，其中，两种材料之一为黑漆、白漆或灰漆；另一种为铝粉漆或金粉漆。

8.如权利要求1-5任一项所述的辐射热流测量装置，其中，等温腔体的材料包括铝、铜、银或其合金。

9.如权利要求1-5任一项所述的辐射热流测量装置，其中，支撑柱的材料包括聚四氟乙烯、聚酰亚胺或玻璃钢。