CN201892588U - 一种水冷式热流传感器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种水冷式热流传感器，其包括金属薄片(1)，外壳体(2)，内壳体(3)，所述金属薄片(1)表面涂黑，内壳体(2)嵌在外壳体(3)之间，并且固定密封，其特征在于，所属金属薄片(1)的中心背面引出热端引线(4)，在外壳体侧面引出冷端引线(5)，所述热端引线(4)与外壳体(2)之间通过绝缘套(6)绝缘，且外壳体由水冷保持恒温。本实用新型可以在热场环境中长时间稳定工作，能够准确测量辐射热流强度，可以保证康铜圆萡片内外表面压力一致，可以满足在正压及负压环境中工作要求，而且体积较小，精度高，安装简单，使用方便，可以满足大热流情况下长时间工作的要求。

Description

一种水冷式热流传感器
技术领域
本发明属于热流测量技术领域，涉及一种水冷式热流传感器。
背景技术
热流传感器主要用于热辐射热流强度测量，即可以进行纯辐射热流测量，也可以进行包括辐射、对流的复合热流测量。热流传感器也称为GARDON计(戈登计)，由表面涂黑的康铜圆萡片和热沉体组成，热沉体材料为紫铜，康铜薄片外周与热沉体焊接牢固，在康铜圆萡片的背面中心与热沉体上分别引出铜导线作为信号输出。
表面涂黑的康铜圆萡片在吸收辐射热或对流热之后，会产生温升，引起四周与热沉体接触，康铜圆萡片吸收的热量会向四周传导，康铜圆萡片中心与周边会产生温差。根据理论推导，在康铜圆萡片厚度、直径确定后，该温差与圆范片吸收的热流成正比，设圆萡片中心温度为T1，热沉体温度为T2，从圆萡片中心引出的铜导线与康铜圆萡片形成的热电偶输出热电势V1康铜圆薄片周边与热沉体(铜)形成的热电偶的输出热电势V2，这两个热电偶由于负极相连，输出信号为两个热电偶电势之差，该信号正比于TI-T2，即正比于被测量的热流q，等效电路如图2所示。
V＝V1-V2
所以，该种类型热流传感器的输出即对应着被测热流的大小，经校准的热流传感器得到灵敏度系数常数C后，可以按照下式进行测量计算：
Q＝C·V
式中q-测量热流；C-灵敏度常数；V-电势输出。
根据此原理设计的热流密度传感器在工作时如果没有对热沉体温度进行控制，热沉体的温度在热场中会随时间增长而增高，这样V2的值会随着测量时间的增加而变大，V＝V1-V2的值会减小，输出会变小，这就是意味着，在被测热流恒定情况下，随时间增加，热沉体的温度会不断上升，传感器的信号输出越来越小，所以这种热流传感器无法在热场环境中长时间工作。
发明内容
为了解决现有技术热流传感器在测量过程中由于热沉体温度升高而引起测量结果不准确的问题，本发明提出了一种可以在热场环境中长时间工作，测量精度高的水冷式热流传感器。
本发明的技术方案是：水冷式热流传感器，包括金属薄片，外壳体，内壳体，所述金属薄片表面涂黑，内壳体嵌在外壳体之间，并且固定密封，所述金属薄片的中心背面引出热端引线，在外壳体侧面引出冷端引线，所述热端引线与外壳体之间通过绝缘套绝缘，且外壳体由水冷保持恒温。
所述金属薄片为康铜圆薄片。
所述热端引线和冷端引线均为金属引线。
所述内壳体与外壳体之间通过银焊固定密封。
所述绝缘套为绝缘陶瓷。
本发明的有益效果是：本发明水冷式热流密度传感器的外壳体是通水冷却的，冷端通过水冷温度始终保持恒定，因此康铜圆薄片周边与外壳体之间热电偶电势V2输出恒定，所以该传感器可以在热场环境中长时间稳定工作，能够准确测量辐射热流强度。另外，本发明通过底部开放式设计，可以保证康铜圆萡片内外表面压力一致，可以满足在正压及负压环境中工作要求，而且体积较小，精度高，安装简单，使用方便，可以满足大热流情况下长时间工作的要求。
附图说明
图1是本发明水冷热流密度传感器的结构示意图，
图2是图1的侧视图，
图3是热流传感器康铜萡片温差示意图，
图4是热流传感器热电偶等效电路图，
图5是传统热流传感器输出示意图，
图6是本发明水冷式热流传感器输出示意图，
图中：1-康铜萡片；2-水冷外壳体；3-内壳体；4-热端引线；5-冷端引线；6-绝缘套。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的说明：
请参阅图1，其是本发明水冷热流密度传感器的结构示意图。本发明水冷热流密度传感器包括一个金属薄片1，外壳体2，内壳体3。本实施方式中，所述金属薄片1为康铜圆薄片，表面涂黑，外壳体材料为黄铜，内壳体材料为紫铜，内壳体2嵌在外壳体3之间，并通过银焊固定密封。
所述康铜圆薄片安装到内壳体感应表面并通过一圈焊接方式固定，在康铜圆薄片的中心背面引出热端引线4，在外壳体侧面引出冷端引线5。请同时参阅图2，所述热端引线4与外壳体2之间通过绝缘套6绝缘，其中，所述热端引线4和冷端引线5均为铜引线，当然也可以为其它金属引线。
本发明水冷式热流密度传感器表面涂黑的康铜圆萡片在吸收辐射热或对流热之后，会产生温升，康铜圆萡片吸收的热量会向四周传导，康铜圆萡片中心与周边会产生温差。根据理论推导，在康铜圆萡片厚度、直径确定后，该温差与圆萡片吸收的热流成正比。请参阅图3，其是水冷式热流密度传感器的温度分布示意图。圆萡片中心温度为T1，内壳体温度为T2，从圆萡片中心引出的铜导线与康铜圆萡片形成的热电偶输出热电势V1康铜圆薄片周边与内壳体形成的热电偶的输出热电势V2，这两个热电偶由于负极相连，输出信号为两个热电偶电势之差，该信号正比于TI-T2，即正比于被测量的热流q，其等效电路如图4所示。
V＝V1-V2
所以，该种类型热流传感器的输出即对应着被测热流的大小，经校准的热流传感器得到灵敏度系数常数C后，可以按照下式进行测量计算：
Q＝C·V
式中q-测量热流；C-灵敏度常数；V-电势输出。
请参阅图5和图6，其分别是传统热流传感器的输出示意图和本发明水冷式热流密度传感器输出示意图。本发明热流密度传感器的外壳体是通水冷却的，冷端通过水冷温度始终保持恒定，因此康铜圆薄片周边与外壳体之间热电偶电势V2输出恒定，所以该传感器可以在热场环境中长时间稳定工作，实现对辐射热流强度的准确测量。
另外，本发明水冷式热流密度传感器通过底部开放式设计，可以保证康铜圆萡片内外表面压力一致，可以满足在正压及负压环境中工作要求。该传感器体积较小，精度高，安装简单，使用方便，可以满足大热流情况下长时间工作的要求。

Claims (5)

1.一种水冷式热流传感器，包括金属薄片(1)，外壳体(2)，内壳体(3)，所述金属薄片(1)表面涂黑，内壳体(2)嵌在外壳体(3)之间，并且固定密封，其特征在于，所属金属薄片(1)的中心背面引出热端引线(4)，在外壳体侧面引出冷端引线(5)，所述热端引线(4)与外壳体(2)之间通过绝缘套(6)绝缘，且外壳体由水冷保持恒温。
2.根据权利要求1所述的水冷式热流传感器，其特征在于：所述金属薄片(1)为康铜圆薄片。
3.根据权利要求2所述的水冷式热流传感器，其特征在于：所述热端引线(4)和冷端引线(5)均为金属引线。
4.根据权利要求3所述的水冷式热流传感器，其特征在于：所述内壳体(2)与外壳体(3)之间通过银焊固定密封。
5.根据权利要求4所述的水冷式热流传感器，其特征在于：所述绝缘套(6)为绝缘陶瓷。
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