热阻式热流传感器的使用方法和影响测量精度的因素
热阻式热流传感器可用于导热,对流和辐射热流的测量。对于对流和辐射同时存在的加热环境,需要事先确定热阻式热流传感器的表面辐射特性,必要时要利用辐射计测出辐射热流。
在进行实际热流测量之前,需要对热阻式热流传感器进行标定,标定的内容包括响应灵敏度和响应时间。采用辐射加热标定方法时,必须要考虑辐射源波长分布对标定结果的影响。经过多次试验以后,热流传感器的响应特性有可能发生变化,热阻式热流传感器需要定期进行重新标定。
为了满足一维传热的理论假设,确保足够快的响应时间,热阻式热流传感器的热阻层都比较薄,因此热阻层两侧的温差都比较小。采用热电堆可以使信号放大,但是在热流很小的情况下,还是需要增加相应的信号放大变送装置,并使放大变送装置远离试验现场,避免引入干扰电信号。
热阻式热流传感器是一种瞬态热流传感器,可以用于快速变化的热流环境。在脉冲式风洞中进行热流测量时,由于试验时间很短,传感器基底材料的热沉足以使感应面温度处于一定的温度范围内,避免传感器的损坏。对于热流较高,试验时间有较长的情况,传感器周围需要考虑设计水冷结构,对热阻层基底进行冷却。
高温薄膜热阻式热流传感器在恶劣环境中使用多次后,需要对连接柱和感应面信号输出接头之间的薄膜连接线重新进行沉积。
利用热阻式热流传感器测量模型表面热流,无论采取哪种形式,由于传感器与模型本体材料的热物性(导热系数、比热等)的差异,以及传感器安装造成的几何不连续性,都会改变模型的温度分布,导致模型内部的传热发生变化。由于传感器材料和模型材料热物性之间的差异,在紧邻传感器的模型表面与传感器表面之间会存在较大的温度梯度,引起侧向传热。因此减小热阻式热流传感器对测试表面的局部热环境干扰,对准确测量模型表面热流十分重要。
首先,传感器的厚度要尽可能小,减少几何形状对气动加热影响,同时减小模型表面与传感器表面之间的温度梯度。
第二,传感器材料必须能够承受壁面温升。如果传感器与周围壁面的冷却效果不一致,会导致表面温度存在较大差异,不可能获得很好的测量结果。
第三,传感器热阻层和基底材料热物性应该与周围模型材料匹配,使热流传感器表面温度与壁面温度相近,减小侧向传热。