【CN109682501A】一种热流传感器【专利】

代理人 朱丽丽
(51)Int .Cl . G01K 17/00(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109682501 A (43)申请公布日 2019.04.26
( 54 )发明 名称 一种热流传感器
( 57 )摘要 本申请公开了一种热流传感器，包括中空的
铜沉座 ；铜沉座的 顶部下凹形成 铜沉槽 ；铜沉槽 内从下至上设置有通过导热硅胶连接的康铜箔 和隔热陶瓷片；铜沉座的上部直径小于下部的直 径；铜沉座的上部和下部的外表面在衔接处形成 凸台 ；铜沉座的下部外表面为螺纹面；康铜箔的 底面中心和铜沉座内分别引出有第一导线和第 二导线 ；本申请的优点是 ：结构尺寸小、装配简 单 ，便于安装在发 动机上 ；铜沉槽的 设计可避免 使 用焊接的 工艺 ，提高了产品的良 率 ，保证了康 铜箔与铜沉的接触。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910088662 .1
(22)申请日 2019 .01 .30
(71)申请人 重庆零壹空间航天科技有限公司 地址 401135 重庆市渝北区龙兴镇迎龙大 道19号
(72)发明人 纪可心 邵昂 舒畅 马超
(74)专利代理机构 天津市鼎拓知识产权代理有 限公司 12233
权利要求书1页 说明书6页 附图5页 NhomakorabeaCN 109682501 A
CN 109682501 A
权 利 要 求 书
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1 .一种热流传感器，其特征在于，包括中空的铜沉座；所述铜沉座的顶部下凹形成铜沉 槽 ；所述铜沉槽内从下至上设置有通过导热硅胶连接的 康铜箔 和隔热陶瓷 片 ；所述 铜沉座 的上部直径小于下部的直径 ；所述铜沉座的上部和下部的 外表面在衔接处形成凸台 ；所述 铜沉座的下部外表面为螺纹面；
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CN 109682501 A
说 明 书
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一种热流传感器
技术领域 [0001] 本公开一般涉及测量技术领域，具体涉及一种用于超燃冲压发动机壁面热流检测 的热流传感器。
背景技术 [0002] 一直以来，各类飞行器都在朝着更高、更快的方向发展。对于吸气式高超声速飞行 器的研究和设计来讲，在高超声速飞行条件下飞行器内流场及发动机燃烧室热环境一直是 研究的 重点 和难点。超燃冲压发 动机 ，由 于其燃烧室在工作过程中要承受高温 、高压 、大热 流长时间的冲击，因此在发动机的实际设计过程中，要特别注意燃烧室壁面的热防护。由于 超燃冲压发动机是一种新型的推进方式 ，国内对于该发动机的 研究 只是处于初级阶段 ，热 防护技术发展很不成熟，其中涉及的高温测量技术在世界范围内也没有得到很好的解决。 [0003] 现有技术中，热流传感器有多种，例如同轴热电偶、圆箔式热流密度传感器、薄膜 传感器、薄膜热电堆热流传感器等，这些传感器都存在一些问题，不适合超燃冲压发动机壁 面热流的检测。 [0004] 例如，同轴热电偶有极短的响应时间，可以在1ms内快速响应。由于热电极材料、绝 缘层可耐高温 ，故可承受高温高焓的 燃烧室条件 ，抗冲刷。同 轴式热流计直径仅为几毫米 ， 体积小 ，安装位置灵活方便 ，可重复使 用。但是同 轴式热流计的 缺点同 样明显 ，由 于同 轴式 热流计实际加工时个体差异较大，因此该种热流计测量的重复性不是很好。另一方面，该热 流计不能直接读取热流值 ，需要将温度变化情况记录在电 脑中 ，通过软件获得最终的热流 值，过程较繁琐。 [0005] 由于薄膜传感器头部敏感元件较小，可以敏感的感知周围温度的细微变化，因此 薄膜传感器具有极短的响应时间。但是测头薄膜抗冲刷能力较差(普通的燃烧室气体流动 会使测头脱落) ，且受到冲刷时，薄膜电阻容易产生变化，再次使用时，需重新测定温度—电 阻 关 系。另外 ，它虽 然能 够测量瞬变的 热流值 ，但是其处理过程非常繁琐 ，利 用电 网络模拟 的方法进行测量时，还需要稳定的电源供给，非常不便，不利于工程实际的推广和应用。 [0006] 薄膜热电堆热流传感器与薄膜电阻式热流传感器的原理不同。虽然也采用了薄膜 技术 ，但是其基本原理还是有一般的 热阻 式热流计 相似。该热流计在基片的 两端镀上热电 堆 ，在实际 工作时 ，基片两端温度不同 ，使热电 堆产生热电 势 ，通过傅里叶定律 ，可以算出通 过基片两端的热流值。这种传感器的响应时间为40ms左右，但是受到材料和镀膜手段的限 制 ，传感器可以 承受得热流密度较低 ，在大热流情况下容易失效。而且在流体的 冲刷下 ，结 构容易受到破坏。 [0007] 圆箔式热流密度传感器可测量范围较大，针对不同的情况，最大量程可达5MW/m2。 但是圆箔式热流计从理论上来说只能测量辐射热流，只有在有限的条件下才可以测量总热 流。测量燃烧室壁面热流存在很大的风险。不仅很难测量到试验数据，还可能造成热流计被 烧坏的危险。 [0008] 如申请号为201320707632 .5的名称为一种热流传感器中公开的一样，在现有的圆
所述康铜箔的底面中心和所述铜沉座内分别引出有第一导线和第二导线。 2 .根据权利要求1所述的热流传感器，其特征在于，所述铜沉座包括中空的金属外壳、 套在所述外壳内的中空 铜沉 ；所述铜沉槽由 所述铜沉的 顶部下凹形成 ；所述第二导线与所 述铜沉的内壁连接；所述螺纹面和所述凸台设置在所述外壳的外表面； 所述外壳的底部设有将所述外壳和铜沉压紧配合的固定机构。 3 .根据权利要求2所述的热流传感器，其特征在于，所述铜沉的底部向外伸出有凸台， 所述外壳的内壁底部对应所述凸台内凹形成卡住所述凸台的卡槽；所述凸台的上部放置有 金属垫片。 4 .根据权利要求2所述的热流传感器，其特征在于，所述固定机构包括螺纹连接所述外 壳底部的金属U型座。 5 .根据权利要求2所述的热流传感器，其特征在于，所述固定机构包括通过螺栓固定在 所述外壳的远离所述隔热陶瓷片一端的环形压紧块；所述压紧块与所述铜沉之间设有环形 金属垫片。 6 .根据权利要求2至5任意一项所述的热流传感器，其特征在于，所述隔热陶瓷片与所 述外壳的接触面为凸形面或上小下大的锥台面。 7 .根据权利要求2至5任意一项所述的热流传感器，其特征在于，所述外壳的顶端设有 环形的盖板，所述盖板与所述外壳之间通过螺栓连接。 8 .根据权利要求7所述的热流传感器，其特征在于，所述盖板的内侧面为上大下小的锥 台面。 9 .根据权利要求2至5任意一项所述的热流传感器，其特征在于，所述第一导线穿过所 述康铜箔，且设有分别位于所述康铜箔上下方的结扣。 10 .根据根据权利要求5所述的热流传感器，其特征在于，所述第二导线的端部压紧在 所述金属垫片与所述铜沉之间。