专利名称：圆箔片式大量程高温热流传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及热流测量领域，具体是一种圆箔片式大量程高温热流传感器。
背景技术：
现有圆箔片式热流传感器，又称Gardon型热流传感器，其敏感头由嵌放于热沉体 上的康铜圆箔片、分别与康铜圆箔片中央及边缘焊接的两根金属引线组成，其中，康铜圆箔 片与金属引线构成热电偶。 当辐射热流均匀地入射到康铜圆箔片表面时，热流通过圆箔片沿着其径向传热到 热沉体上，圆箔片的中心与边缘之间形成温差，从而产生热电势输出。当热沉体温度恒定 时，入射热流与输出热电势成正比。测量出热电势信号，就可测得入射热流值。所以，圆箔 片式热流传感器的输出即对应着被测热流的大小，被测热流的大小可由式q = C *E计算得 到，式中C-为校正常数(与热流传感器参数有关)，E-输出热电势(mV)，q-入射热流。
而入射热流与输出热电势成正比的条件是热沉体温度恒定。但在实际应用中，热 沉体的温度不可能保持恒定不变， 一般随工作时间和入射热流值大小的变化而变化。热流 值越大，热沉体温升越快；工作时间越长，热沉体温升越快。水冷法能很好地对热沉体进行 恒温控制，但在某些特定的高温环境中，为传感器提供恒温冷却水很难实现；且现有的圆箔 式热流传感器缺乏良好的隔热绝热结构，导致控制热沉体恒温不易，也就限制了传感器的 测量精度，使其无法满足大量程的测量及在高温环境中长时间工作的要求。

发明内容
本发明为了解决现有圆箔片式热流传感器的热沉体实现恒温不易、无法满足在高 温环境中长时间工作的要求、无法实现大量程测量等问题，提供了一种圆箔片式大量程高 温热流传感器。 本发明是采用如下技术方案实现的圆箔片式大量程高温热流传感器，包括配有 底盖的外壳、置于外壳内的热沉体，热沉体由主体、主体顶部中央设置的柱状凸台构成，外 壳壳顶开有嵌放热沉体顶部柱状凸台的通孔，热沉体顶部柱状凸台上嵌放有圆箔片，圆箔 片的中央及边缘分别焊接有引线，圆箔片与两引线构成热电偶，且热沉体主体及其顶部柱 状凸台贯穿开设有用于将引线引出的通道，热沉体顶部柱状凸台外套设有绝热环，且绝热 环置于热沉体主体和外壳之间；所述外壳由筒状壳体和顶盖构成，顶盖中央开有嵌放热沉 体顶部柱状凸台的通孔，且顶盖为陶瓷顶盖；热沉体主体底部与外壳底盖间叠放设置有两 个盘状陶瓷支撑，两个盘状陶瓷支撑间、置顶盘状陶瓷支撑与热沉体底部间分别设有空气 绝热层(即两个盘状陶瓷支撑间、置顶盘状陶瓷支撑与热沉体底部间留有缝隙)，且热沉体 主体侧壁与外壳内壁间亦设有空气绝热层。 所述由圆箔片与两引线构成的热电偶选用针对高温测量的E型热电偶(即康 铜_镍铬热电偶)、S型热电偶(即铂铑10-铂热电偶)、K型热电偶(即镍铬_镍硅热电 偶)、B型热电偶(即铂铑30-铂铑6热电偶)、J型热电偶(即铁_铜镍/康铜热电偶)，其中，E型热电偶最大温差能测IOO(TC， S型热电偶最大温差能测1700°C， K型热电偶最大 温差能测1300°C， B型热电偶最大温差能测1800°C， J型热电偶最大温差能测1200°C。
所述热沉体为铜质热沉体；绝热环为由陶瓷纤维增强纳米隔热材料制成的绝热 环，或其它导热系数非常小的绝热绝缘材料制成；外壳的筒状壳体为含1. 5% C的钢质壳 体；外壳的底盖为铝合金底盖；盘状陶瓷支撑和外壳陶瓷顶盖所用陶瓷为微晶云母可加工 陶瓷。 与现有技术相比，本发明优化改进了传感器整体的隔热结构1、传感器敏感头前 端采用微晶云母可加工陶瓷顶盖代替传统的不锈钢外壳，由于陶瓷顶盖导热系数比不锈钢 的小很多，当正面热流入射时，能显著地减小了热量向热沉体的传递，减缓了热沉体温度上 升的速率，从而延长了传感器的工作时间；其中，微晶云母可加工陶瓷用普通的机加工方法 就能达到理想的高精度要求，且强度可以作为支撑的结构，还具有耐高温、绝缘等许多优良 的性能；2、在陶瓷顶盖与热沉体主体之间增设绝热环(其导热系数比空气都小)，避免陶瓷 顶盖与热沉体主体直接接触，进一步减小向热沉体的漏热，延长传感器的工作时间；3、在热 沉体主体底部与外壳底盖间叠放设置有两个盘状陶瓷支撑，使两个盘状陶瓷支撑间、置顶 盘状陶瓷支撑与热沉体底部间、以及热沉体主体侧壁与外壳内壁间皆设置空气绝热层，并 由于热沉体主体与其下方盘状陶瓷支撑的接触面积、两个盘状陶瓷支撑间的接触面积都比 较小，因此能有效地减少外壳、盘状陶瓷支撑向热沉体的漏热，同样减缓热沉体温升，延长 传感器在高温环境下的工作时间。这样能在检测过程中保持热沉体恒温，使热沉体在相同 的温升速率下，有效地延长传感器整体的工作时间，并能引入针对高温测量的热电偶，大大 提高热沉体工作温度的限制基准(现有热流传感器在热沉体温度为25(TC失效)，扩展传 感器的测试范围，高温性能也得到明显提高，而且由于高的热电功率的输出，也增加了灵敏 度。 本发明结构合理、优化，能在高温环境中长时间工作，实现大量程测量。


图1为本发明的结构示意图； 图2为图1中A处的放大示意图； 图中1-底盖；2-主体；3-柱状凸台；4-圆箔片；5、6_引线；7-通道；8-绝热环； 9_筒状壳体；10-顶盖；11、 12-盘状陶瓷支撑；13、 14-空气绝热层；15_空气绝热层。
具体实施例方式
如图1、2所示，圆箔片式大量程高温热流传感器，包括配有底盖1的外壳、置于外 壳内的热沉体，热沉体由主体2、主体2顶部中央设置的柱状凸台3构成，外壳壳顶开有嵌放 热沉体顶部柱状凸台3的通孔，热沉体顶部柱状凸台3上嵌放有圆箔片4，圆箔片4的中央 及边缘分别焊接有引线5、6，圆箔片4与两引线5、6构成热电偶，且热沉体主体2及其顶部 柱状凸台3贯穿开设有用于将引线5、6引出的通道7，热沉体顶部柱状凸台3外套设有绝 热环8，且绝热环8置于热沉体主体2和外壳之间；所述外壳由筒状壳体9和顶盖10构成， 顶盖10中央开有嵌放热沉体顶部柱状凸台3的通孔，且顶盖10为陶瓷顶盖；热沉体主体2 底部与外壳底盖1间叠放设置有两个盘状陶瓷支撑11、12，两个盘状陶瓷支撑11、12间、置顶盘状陶瓷支撑11与热沉体主体2底部间分别设有空气绝热层13、14(即两个盘状陶瓷支撑间、置顶盘状陶瓷支撑与热沉体底部间留有缝隙)，且热沉体主体2侧壁与外壳内壁间亦设有空气绝热层15。 所述由圆箔片与两引线构成的热电偶选用针对高温测量的E型热电偶(即康铜_镍铬热电偶)、S型热电偶(即铂铑10-铂热电偶)、K型热电偶(即镍铬-镍硅热电偶)、B型热电偶(即铂铑30-铂铑6热电偶)、J型热电偶(即铁_铜镍/康铜热电偶)，其中，E型热电偶最大温差能测IOO(TC， S型热电偶最大温差能测1700°C， K型热电偶最大温差能测1300°C， B型热电偶最大温差能测1800°C， J型热电偶最大温差能测1200°C。
所述热沉体为铜质热沉体；绝热环8为由陶瓷纤维增强纳米隔热材料制成的绝热环，或其它导热系数非常小的绝热绝缘材料制成；外壳的筒状壳体9为含1. 5% C的钢质壳体；外壳的底盖1为铝合金底盖；盘状陶瓷支撑11、12和外壳陶瓷顶盖IO所用陶瓷为微晶云母可加工陶瓷。
权利要求
一种圆箔片式大量程高温热流传感器，包括配有底盖(1)的外壳、置于外壳内的热沉体，热沉体由主体(2)、主体(2)顶部中央设置的柱状凸台(3)构成，外壳壳顶开有嵌放热沉体顶部柱状凸台(3)的通孔，热沉体顶部柱状凸台(3)上嵌放有圆箔片(4)，圆箔片(4)的中央及边缘分别焊接有引线(5、6)，圆箔片(4)与两引线(5、6)构成热电偶，且热沉体主体(2)及其顶部柱状凸台(3)贯穿开设有用于将引线(5、6)引出的通道(7)，其特征在于热沉体顶部柱状凸台(3)外套设有绝热环(8)，且绝热环(8)置于热沉体主体(2)和外壳之间；所述外壳由筒状壳体(9)和顶盖(10)构成，顶盖(10)中央开有嵌放热沉体顶部柱状凸台(3)的通孔，且顶盖(10)为陶瓷顶盖；热沉体主体(2)底部与外壳底盖(1)间叠放设置有两个盘状陶瓷支撑(11、12)，两个盘状陶瓷支撑(11、12)间、置顶盘状陶瓷支撑(11)与热沉体主体(2)底部间分别设有空气绝热层(13、14)，且热沉体主体(2)侧壁与外壳内壁间亦设有空气绝热层(15)。
2. 根据权利要求1所述的圆箔片式大量程高温热流传感器，其特征在于所述热电偶 选用针对高温测量的E型热电偶、S型热电偶、K型热电偶、B型热电偶、或者J型热电偶。
3. 根据权利要求1或2所述的圆箔片式大量程高温热流传感器，其特征在于所述热 沉体为铜质热沉体；绝热环(8)为由陶瓷纤维增强纳米隔热材料制成的绝热环；外壳的筒 状壳体(9)为含1. 5% C的钢质壳体；外壳的底盖(1)为铝合金底盖；盘状陶瓷支撑(11、 12)和外壳陶瓷顶盖(10)所用陶瓷为微晶云母可加工陶瓷。
全文摘要
本发明涉及热流测量领域，具体是一种圆箔片式大量程高温热流传感器。解决了现有圆箔片式热流传感器的热沉体实现恒温不易等问题，含配有底盖的外壳、热沉体，热沉体由主体、主体顶部中央设置的柱状凸台构成，外壳壳顶开有嵌放热沉体顶部柱状凸台的通孔，柱状凸台上嵌放有圆箔片，圆箔片的中央及边缘分别焊接有与圆箔片构成热电偶的引线，柱状凸台外套设有置于热沉体主体和外壳间的绝热环；外壳由筒状壳体和陶瓷顶盖构成；热沉体主体底部与外壳底盖间叠放设置有两个盘状陶瓷支撑，两个盘状陶瓷支撑间、置顶盘状陶瓷支撑与热沉体底部间、热沉体主体侧壁与外壳内壁间分别设有空气绝热层。结构合理、优化，能在高温环境中长时间工作，实现大量程测量。
文档编号G01J5/12GK101769795SQ20101010620
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月30日 优先权日2010年1月30日
发明者任勇峰, 刘俊, 叶挺, 安虎, 张倩倩, 张文栋, 文丰, 梁庭, 苏淑靖, 郭涛, 马喜宏 申请人:中北大学