熱阻式熱流傳感器的使用方法和影響測量精度的因素
熱阻式熱流傳感器可用于導(dǎo)熱,對流和輻射熱流的測量。對于對流和輻射同時存在的加熱環(huán)境,需要事先確定熱阻式熱流傳感器的表面輻射特性,必要時要利用輻射計測出輻射熱流。
在進行實際熱流測量之前,需要對熱阻式熱流傳感器進行標(biāo)定,標(biāo)定的內(nèi)容包括響應(yīng)靈敏度和響應(yīng)時間。采用輻射加熱標(biāo)定方法時,必須要考慮輻射源波長分布對標(biāo)定結(jié)果的影響。經(jīng)過多次試驗以后,熱流傳感器的響應(yīng)特性有可能發(fā)生變化,熱阻式熱流傳感器需要定期進行重新標(biāo)定。
為了滿足一維傳熱的理論假設(shè),確保足夠快的響應(yīng)時間,熱阻式熱流傳感器的熱阻層都比較薄,因此熱阻層兩側(cè)的溫差都比較小。采用熱電堆可以使信號放大,但是在熱流很小的情況下,還是需要增加相應(yīng)的信號放大變送裝置,并使放大變送裝置遠(yuǎn)離試驗現(xiàn)場,避免引入干擾電信號。
熱阻式熱流傳感器是一種瞬態(tài)熱流傳感器,可以用于快速變化的熱流環(huán)境。在脈沖式風(fēng)洞中進行熱流測量時,由于試驗時間很短,傳感器基底材料的熱沉足以使感應(yīng)面溫度處于一定的溫度范圍內(nèi),避免傳感器的損壞。對于熱流較高,試驗時間有較長的情況,傳感器周圍需要考慮設(shè)計水冷結(jié)構(gòu),對熱阻層基底進行冷卻。
高溫薄膜熱阻式熱流傳感器在惡劣環(huán)境中使用多次后,需要對連接柱和感應(yīng)面信號輸出接頭之間的薄膜連接線重新進行沉積。
利用熱阻式熱流傳感器測量模型表面熱流,無論采取哪種形式,由于傳感器與模型本體材料的熱物性(導(dǎo)熱系數(shù)、比熱等)的差異,以及傳感器安裝造成的幾何不連續(xù)性,都會改變模型的溫度分布,導(dǎo)致模型內(nèi)部的傳熱發(fā)生變化。由于傳感器材料和模型材料熱物性之間的差異,在緊鄰傳感器的模型表面與傳感器表面之間會存在較大的溫度梯度,引起側(cè)向傳熱。因此減小熱阻式熱流傳感器對測試表面的局部熱環(huán)境干擾,對準(zhǔn)確測量模型表面熱流十分重要。
首先,傳感器的厚度要盡可能小,減少幾何形狀對氣動加熱影響,同時減小模型表面與傳感器表面之間的溫度梯度。
第二,傳感器材料必須能夠承受壁面溫升。如果傳感器與周圍壁面的冷卻效果不一致,會導(dǎo)致表面溫度存在較大差異,不可能獲得很好的測量結(jié)果。
第三,傳感器熱阻層和基底材料熱物性應(yīng)該與周圍模型材料匹配,使熱流傳感器表面溫度與壁面溫度相近,減小側(cè)向傳熱。