[实用新型]用于测量热交换能力的传感器

说明书

本实用新型属于热交换能力测量技术，主要提出一种用于测量热交换能力的传感器，该传感器尤其适用于淬火介质热交换能力的测量。

在现有物体热交换能力测量技术中，与本实用新型最接近的传感器和测量方法有热丝法和薄片传感器法。热丝法是利用浸在一定体积内的被测介质中的电阻丝，测量电阻丝熔断时的最大电流值来度量热交换能力(介质的冷却能力)，测量时，采用一定长度的镍铬电阻丝，浸在被测介质中并通以电流，逐步增加电流值，直到电阻丝熔断为止，将熔断时的电流记录下来，用电流的平方值来表示热交换能力(冷却能力)。这种方法所需设备简单，但操作时影响因素较多，必须严格控制试验条件。薄片传感器是在镍铬合金带上焊接热电偶和测压电极构成，合金带、热电偶和电极都整体铸在陶瓷体中，工作时使合金带通以电流，测出带工作段的温度，电压降和通过合金带(加热器)的电流，按照所得数据计算出热通量和热交换系数。这种方法由于在合金带上焊接了一个热电偶，这就使得焊接点的发热条件和散热条件不同于合金带上其它部位，因而测得的温度上合金带的温度，另外还存在热损失问题。

本实用新型的目的即是提供一种测量高温物体与周围介质热交换能力用的传感器，使其具有测量方便、迅速、准确、灵敏度高的特点。

本实用新型提出的传感器其技术特征为：主要由一个电阻温度系数大于5×10^-4/℃的纯金属及其合金材料制成的发热体，连接在发热体两端用以向其提供工作电源的导线，连接在发热体两端用以通过其测量发热体两端电压的引线构成。

发热体在长度方向上具有均匀的等截面。

两端供电导线向发热体提供恒定电压。

在恒温测量时供电导线向发热体提供可调节输出电压。

测量发热体两端电压的引线也可连接在工作电源回路的导线上。

传感器的工作原理：当在供电导线2两端加上恒定电压(直流或交流均可)时，电流经供电导线流过发热体，发热体将电能转换成热能，使其温度升高，同时向介质中散热，当发热体的发热功率和向介质中散热的功率相等时，即达到了平衡，这时发热体的温度T，发热体两端的电压降U和经过它的电流I为恒定值，测出U和I，根据U和I计算：功率P＝I·U，热通量q＝P/S，温度T由方程：U/I＝R₀(1+α₁T+α₂T²)解出。

本实用新型传感器在使用中接通电源到发热体的发热功率与散热功率相等所需要的时间小于1秒钟，在同一种介质中进行多次测量数据误差均小于1％，具有测量迅速、方便、准确、灵敏度高的特点，使用该传感器同时能实现对介质冷却能力进行控制。

实施例：

附图1为本实用新型结构示意图。

附图2为进行测量时的示意图。

如附图所示：传感器由发热体1、连接在发热体1两端的供电导线2和测量发热体1两端电压降的引线3构成，发热体1选用具有较大电阻温度系数的材料，如铁、铜、钼、钨、钽、锂等工业用纯金属及其合金材料制成，在长度方向上具有均匀的横截面，如圆截面的丝状，矩形截面的片状等，引线3可接在发热体的端点上，也可以接在导线2上。导线2与发热体的接点以及引线3与导线2的接点，或引线3与发热体的接点的外表面加有一层绝缘层(当介质导电性能很差时可以不要绝缘层，当介质具有一定导电性时，加绝缘层可以减小通过介质的电流，减小测量误差)。发热体1的局部或全部表面可涂上或沉积上一层与发热体的材料不同的覆盖层，由此可模拟不同表面与介质的热交换能力。

使用时自耦变压器5提供220V交流电源，在发热体的电源回路中接入电流表7测得电流，在发热体两端引线间接入电压表6测得发热体两端电压，并由P(电功率)＝I·U得出发热体的电功率；由q(热通量)＝P/S得出发热体的热通量，其中S为发热体与介质之间的界面面积。发热体的温度T由方程：U/I＝R₀(1+α₁T+α₂T²)解出；其中R₀为T＝0时的电阻，α₁α₂为与发热体材料性质有关的常数；在多数情况下α₂＝0，这时T＝(U/I R₀-1)/α₁。

发热体的热交换系数α由α＝q/(T-Tm)得出，其中Tm为介质的平均温度。