[发明专利]一种电阻测温量热计及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及热流率测量和瞬态温度测量，属激波和激波风洞热流测量领域，尤其涉及一种电阻测温量热计及其测量方法。

背景技术

高超声速飞行器是21世纪世界航空航天事业发展的一个主要方向,对国际战略格局、军事力量对比、科学技术和经济社会发展以及综合国力提升等产生重大和深远的影响。而其中的防热问题是高超声速飞行器设计的关键问题。随着临近空间飞行器研究的发展，飞行器表面气动热及热防护技术成为与推进技术并列的高超声速飞行的关键之一，气动热测量技术在实验研究中越来越重要。在高超声速飞行器地面防热试验研究中,模型表面热流率测量是试验的关键技术。

常用的测热传感器主要分为表面温度计类和量热计类：

表面温度计类是利用表面温度计测出半无限体的表面温度随时间变化的历史，然后按热传导理论计算表面热流率，如：薄膜电阻温度计，同轴热电偶。量热计类是利用量热元件吸收传入其中的热量，测量量热元件的平均温度变化率再计算表面热流率，如塞形铜箔量热计。

下面简要介绍下这几种传感器的结构形式及测热原理:

1.薄膜电阻温度计

薄膜电阻温度计是将金属薄膜镀在非金属材料上，当金属薄膜受到气动热时其电阻值发生改变从而测出表面温度,一般是将铂通过真空溅射的方法溅射到玻璃的表面。

薄膜电阻温度计的优点是反应快，灵敏度高；缺点是使用的温度范围较小，温升过大会导致基底物性发生变化，从而引起较大误差。抗冲刷能力差，薄膜与气流直接接触，经不住含固体微粒气流的正面冲刷。薄膜受气流冲刷过程中自身电阻发生变化从而引起严重的实验测量误差。当空气发生解离时，电阻也会发生变化，从而引起较大的测量误差。

2.同轴热电偶热流计

热电偶是一种基于热电效应的温度传感器，其测量原理是将两种不同材料的导体或半导体A和B连接成一个闭合回路。当导体A和B之间存在温度差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成电流，这种现象称为塞贝克效应。同轴热电偶的一般结构为将康铜丝穿入紫铜管中，使用环氧树脂隔离，通过处理使其表面导通，从而构成铜—康铜热电偶。

同轴热电偶热流计的特点是抗冲刷能力强，频响较高，结构简单，尺寸较小，便于安装；缺点是灵敏度较低。

3.塞形铜箔量热计

塞形铜箔量热计前端为圆形铜箔，铜箔背面中心处焊接细康铜丝，该处即是热偶节点；圆周附近焊细铜丝，作为铜—康铜热偶引出线；将铜箔用环氧树脂粘在绝缘管上。

塞形铜箔量热计的优点是能够在高热流情况下进行测量，抗冲刷能力较强，结构简单；缺点是频响较低，灵敏度低，由于工艺限制，尺寸不能小，节点焊接难度大。

发明内容

本发明解决的一个技术问题就是，提出一种电阻测温量热计及其测量方法，其具有更高的灵敏度，薄膜电阻可避免热流冲刷，阻值稳定性强，且测量值精确、可靠。

为了解决上述问题，本发明提供一种电阻测温量热计，包括绝热管、固定在绝热管一端的量热片，以及填充在绝热管内的高分子化合物，其中，所述量热片朝向绝热管内部的一侧设置有金属薄膜，所述金属薄膜的两端分别连接有测量引线。

作为上述电阻测温量热计的一种优选方案，所述量热片为具有高热导率和高电阻率的材料。

作为上述电阻测温量热计的一种优选方案，所述金属薄膜为贵金属薄膜。

作为上述电阻测温量热计的一种优选方案，所述金属薄膜的厚度为10^-8～10^-7m。

作为上述电阻测温量热计的一种优选方案，所述量热片的厚度为0.15mm-0.2mm。

作为上述电阻测温量热计的一种优选方案，所述金属薄膜通过溅射的方法镀在量热片上。

作为上述电阻测温量热计的一种优选方案，所述金属薄膜包括中间的矩形结构，以及设置在两端的圆弧状结构，所述测量引线与所述圆弧状结构相连。

作为上述电阻测温量热计的一种优选方案，所述金属薄膜的阻值和温度呈线性变化。

作为上述电阻测温量热计的一种优选方案，所述高分子化合物为环氧树脂，所述金属薄膜为铂薄膜，所述量热片为金刚石片。

一种采用如以上所述的电阻测温量热计的测量方法，其中，若量热片背面及侧面绝缘无热损失，则单位面积量热片在某一时间间隔传入其中的热量应等于量热片蓄积的热量，因此得出热流量的计算公式：

q·Δt=∑ρcΔT·Δx

上述公式取极限得出：