薄膜热电堆热流传感器频率响应动态特性研究 被引量：3

1

作者 刘云东 王高 +1 位作者 张丛春 黄漫国 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第11期35-38,43,共5页

为了快速、准确地反映航空、航天部件瞬变热流的变化,需要热流传感器具有快速动态频率响应特性。传统测试方法的热流源频率调制方式粗略,热流上限低,无法满足未来高速热流传感器的测试要求。辐射热流测试系统以高功率半导体激光器作为... 为了快速、准确地反映航空、航天部件瞬变热流的变化,需要热流传感器具有快速动态频率响应特性。传统测试方法的热流源频率调制方式粗略,热流上限低,无法满足未来高速热流传感器的测试要求。辐射热流测试系统以高功率半导体激光器作为热流源,通过电压控制模块调制激光器输出频率,系统响应时间可达微秒(μs)级,可以产生50 MW/m^(2)的热流信号。通过Z-t变换求得传感器脉冲响应的时间常数τ,获得频率响应理论值723 Hz;通过快速傅里叶变换(FFT)求得无量纲频率响应曲线,测得频率响应约为510 Hz,完成薄膜热电堆热流传感器动态频率响应测试,并分析传感器动态性能和综合评价测试平台。 展开更多

关键词 频率调制 辐射热流测试系统 薄膜热电堆热流传感器 频率响应

在线阅读 下载PDF 职称材料

薄膜热流计与原子层热电堆热流传感器的激波风洞试验对比 被引量：4

2

作者 陈苏宇 刘济春 +3 位作者 杨凯 朱涛 朱新新 王辉 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期90-97,共8页

激波风洞试验的主要测试量是热流密度,且多采用薄膜热流计进行测试,但薄膜热流计热流测试结果缺乏直接验证手段,存在测热结果不确定度偏大等问题。原子层热电堆(ALTP)热流传感器响应时间短且线性度好,结合高精度可溯源的热流传感器标定... 激波风洞试验的主要测试量是热流密度,且多采用薄膜热流计进行测试,但薄膜热流计热流测试结果缺乏直接验证手段,存在测热结果不确定度偏大等问题。原子层热电堆(ALTP)热流传感器响应时间短且线性度好,结合高精度可溯源的热流传感器标定实验,可保证ALTP热流传感器测热结果的准确性和可靠性。在多个流场条件下的激波风洞试验中开展了薄膜热流计和ALTP热流传感器测热结果交叉对比验证。对比试验显示:ALTP热流传感器和薄膜热流计在不同流场参数下测热结果相对稳定,中高热流下两者测热结果相差在8%以内。结合对比标定溯源链以及激波风洞试验测热结果的讨论,展现了利用ALTP热流传感器在激波风洞试验中在线标定薄膜热流计的可行性。 展开更多

关键词 热流密度 薄膜热流计 原子层热电堆 激波风洞 在线标定

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于热电堆的塔式差示热流传感器研制

3

作者 鲁中元 王晓东 +3 位作者 许金鑫 丁炯 杜晓辉 刘帅 《传感技术学报》 北大核心 2025年第1期68-74,共7页

为解决国内外现有的塔式热流型差示扫描量热仪热流检测灵敏度与动态特性无法兼顾的问题,基于热电堆原理,设计了一款热流检测灵敏度与动态特性皆优的新型塔式差示热流传感器,结合热电等效模型分析了其动态特性的优越性,使用高精度丝网印... 为解决国内外现有的塔式热流型差示扫描量热仪热流检测灵敏度与动态特性无法兼顾的问题,基于热电堆原理,设计了一款热流检测灵敏度与动态特性皆优的新型塔式差示热流传感器,结合热电等效模型分析了其动态特性的优越性,使用高精度丝网印刷和粘接技术完成了传感器的制备,搭建了相应的差示扫描量热测试系统,进行了多组铟样品实验。实验结果表明,所研制的塔式热流传感器铟响应比平均值超过40 mW/℃,明显高于现有的塔式热流传感器,说明其动态特性更加优越。对于塔式热流型差示扫描量热仪热流检测灵敏度、分辨率指标的提升具有积极意义。 展开更多

关键词 热流传感器 热电堆 丝网印刷 动态特性 灵敏度

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于热电堆的新型高温薄膜热流传感器的研制 被引量：6

4

作者 郭林琪 张梅菊 +4 位作者 金毅 王禹森 胡国胜 杨伸勇 张丛春 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1167-1173,共7页

精确的热流测量对航空发动机设计至关重要,实时监测和获取发动机涡轮叶片表面精确的热流分布可以为航空发动机热端部件设计提供依据,也可以进行状态监测和故障诊断。薄膜热流传感器具有体积小、响应速度快、对工作环境的流动干扰小等优... 精确的热流测量对航空发动机设计至关重要,实时监测和获取发动机涡轮叶片表面精确的热流分布可以为航空发动机热端部件设计提供依据,也可以进行状态监测和故障诊断。薄膜热流传感器具有体积小、响应速度快、对工作环境的流动干扰小等优点。然而,目前能够应用于高温高热流环境中测量的薄膜热流传感器在灵敏度方面仍然存在较大的局限性。设计和制造了基于铂铑热电堆的新型高温薄膜热流传感器。该传感器由Pt/Pt-13Rh薄膜热电堆、底层SiO_(2)/Al_(2)O_(3)热阻层、顶层Al_(2)O_(3)保护层组成,底层SiO_(2)/Al_(2)O_(3)热阻层位于Al_(2)O_(3)陶瓷基底和热电堆之间。传感器分别在0~110 kW/m^(2)的热流和1 000℃的温度下进行了测试。测试结果显示,传感器的输出与施加的热流表现出良好的线性关系,灵敏度为8.04×10^(-6)V/(kW/m^(2)),实验数据与仿真结果相近。具有Al_(2)O_(3)保护层的传感器在1 000℃中保温3 h后电阻、灵敏度及响应特性基本上不受影响。设计的新型高温薄膜热流传感器具有较高的灵敏度和可靠性,将为高温环境中的热流测量提供一种新方法。 展开更多

关键词 薄膜热流传感器 Pt/Pt-13Rh热电堆 塞贝克效应 高温高热流

在线阅读 下载PDF 职称材料

薄膜热电堆(Cu/Cu55Ni45)热流传感器的制备工艺及性能研究

5

作者 冯楠茗 代波 +1 位作者 王勇 李伟 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第8期1523-1531,共9页

本文首先通过磁控溅射技术在单晶Si和Al_(2)O_(3)陶瓷衬底上分别依次沉积厚度为600 nm的Cu和Cu55Ni45薄膜,然后使用微加工技术在10 mm×10 mm的衬底区域内制备了200对串联的热电偶组成薄膜热电堆结构,最后采用反应溅射联合硬掩膜沉... 本文首先通过磁控溅射技术在单晶Si和Al_(2)O_(3)陶瓷衬底上分别依次沉积厚度为600 nm的Cu和Cu55Ni45薄膜,然后使用微加工技术在10 mm×10 mm的衬底区域内制备了200对串联的热电偶组成薄膜热电堆结构,最后采用反应溅射联合硬掩膜沉积了不同厚度的氧化铝热阻层,使串联的热电偶分别产生冷端和热端。根据Seebeck效应,在热流的作用下薄膜热电堆冷热两端的温差使传感器输出热电信号,实现对热流密度的测量。通过对薄膜热电堆的表征与标定,结果表明:沉积在Si衬底与Al_(2)O_(3)陶瓷衬底上的Cu/Cu55Ni45热电堆中,Cu膜粗糙度分别为20和60 nm,Cu55Ni45膜粗糙度分别为15和20 nm,电阻分别为38.2Ω和2.83 kΩ,灵敏度分别为0.06945和0.02697 mV/(kW·m^(-2))。具有不同表面粗糙度的单晶Si衬底与Al_(2)O_(3)陶瓷衬底会影响在其表面沉积的Cu/Cu55Ni45热电堆表面粗糙度,进而导致薄膜热电堆产生电阻大小差异,此外,Cu/Cu55Ni45热流传感器的输出热电势与热流密度呈现良好的线性关系。 展开更多

关键词 薄膜热电堆 磁控溅射 微加工 SEEBECK效应 热流传感器 灵敏度

在线阅读 下载PDF 职称材料

原子层热电堆热流传感器研制及其性能测试 被引量：8

6

作者 杨凯 朱涛 +4 位作者 王雄 陶伯万 朱新新 王辉 杨庆涛 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期86-91,共6页

针对高超声速风洞试验中对高频热流脉动的测试需求,研制了一种基于横向热电效应的原子层热电堆(Atomic Layer Thermopile,ALTP)热流传感器。利用弧光灯热流传感器标定系统对其进行静态标定,获得ALTP热流传感器的灵敏度系数约为8.24μV/(... 针对高超声速风洞试验中对高频热流脉动的测试需求,研制了一种基于横向热电效应的原子层热电堆(Atomic Layer Thermopile,ALTP)热流传感器。利用弧光灯热流传感器标定系统对其进行静态标定,获得ALTP热流传感器的灵敏度系数约为8.24μV/(kW·m^-2),优于国外同尺寸敏感元件的ALTP热流传感器6.90μV/(kW·m^-2)的灵敏度系数;利用激波风洞试验,并通过与薄膜热电阻热流传感器对比,初步获得ALTP热流传感器的响应时间上限,响应时间小于0.20μs。 展开更多

关键词 原子层热电堆 热流传感器 标定 灵敏度系数 响应时间 激波风洞 横向塞贝克效应

在线阅读 下载PDF 职称材料

热流测量传感器用热电偶堆的制作与标定 被引量：2

7

作者 李夏青 李国富 《耐火材料》 CAS 北大核心 1999年第2期99-100,112,共3页

在简要分析热流测量传感器工作原理的基础上，提出了平板法耐火材料导热系数测定仪用的热流传感器测温热电偶堆的制作方法，详细介绍了热电偶堆的标定，并对标定数据进行了线性拟合。结果表明，温差与毫伏值具有良好的线性关系，测温精... 在简要分析热流测量传感器工作原理的基础上，提出了平板法耐火材料导热系数测定仪用的热流传感器测温热电偶堆的制作方法，详细介绍了热电偶堆的标定，并对标定数据进行了线性拟合。结果表明，温差与毫伏值具有良好的线性关系，测温精度高，在热流传感器上使用。 展开更多

关键词 热流测量 传感器 热电偶堆 耐火材料 导热系数

在线阅读 下载PDF 职称材料

新型高温薄膜热流传感器的研制 被引量：9

8

作者 崔云先 黄金鹏 +2 位作者 曹凯迪 王浩宇 殷俊伟 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期78-87,共10页

航天飞行器在返回地球大气层时外表面会产生兆瓦级的热流,瞬时温升可达1 800℃,为了保证飞行器的稳定安全运行,准确实时测量飞行器热防护系统表面热流具有非常迫切和重要的意义。针对高温热流检测的技术难题,提出了一种引线与基底一体... 航天飞行器在返回地球大气层时外表面会产生兆瓦级的热流,瞬时温升可达1 800℃,为了保证飞行器的稳定安全运行,准确实时测量飞行器热防护系统表面热流具有非常迫切和重要的意义。针对高温热流检测的技术难题,提出了一种引线与基底一体化的新型热流传感器结构。结合陶瓷烧结静压成型和磁控溅射技术,通过在嵌入PtRh6引线的99氧化铝陶瓷基底端面依次沉积PtRh30-PtRh6热电堆薄膜、Al_(2)O_(3)薄膜、ZrO_(2)薄膜,研制了一款新型高温薄膜热流传感器,并对热流传感器进行了静态、动态性能、耐高温及重复性测试。结果表明,所研制的传感器灵敏度可达0.01μV/(W/m^(2))以上,传感器动态响应时间为3.97 s,对传感器进行1200℃高温实验,结果显示传感器经历高温前后输出信号无明显变化,传感器最大重复性误差为2.38%。所研制的高温薄膜热流传感器可为高温热流测量和热防护系统优化提供科学依据。 展开更多

关键词 热流传感器 薄膜热电堆 磁控溅射 陶瓷烧结 高温

在线阅读 下载PDF 职称材料

平面型薄膜热流传感器及其静态特性标定研究 被引量：1

9

作者 丁炯 王佳音 +2 位作者 许启跃 杨遂军 叶树亮 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期643-649,共7页

针对用于径向传热测量的热流传感器及其标定方法研究较少的问题,基于一维圆筒壁传热模型,设计并制备了一种具有自标定特征的平面型热电堆式薄膜热流传感器,提出了一种基于激光加热和温度外推原理的传感器静态特性标定方法,建立了有限元... 针对用于径向传热测量的热流传感器及其标定方法研究较少的问题,基于一维圆筒壁传热模型,设计并制备了一种具有自标定特征的平面型热电堆式薄膜热流传感器,提出了一种基于激光加热和温度外推原理的传感器静态特性标定方法,建立了有限元仿真模型,开展了传感器温度分布规律分析,设计了静态特性标定装置,完成了相应的标定实验。仿真结果显示,传感器沿径向温度分布符合圆筒壁稳态导热模型。实验结果表明,在40℃~100℃范围内,所制备的热流传感器塞贝克系数为5.6μV/℃~7.0μV/℃,数值和变化趋势与标准金铂热电偶接近。所标定的塞贝克系数可直接用于小范围内热流测量,同时在冷端温度已知条件下,该标定结果同样适用于大热流测量。研究结果将对于平面型薄膜热流传感器的制备和标定具有指导意义。 展开更多

关键词 热流传感器 标定 温度外推法 热电堆

在线阅读 下载PDF 职称材料

柔性基底上原子层热电堆热流敏感薄膜制备研究 被引量：1

10

作者 夏涛 赵睿鹏 +2 位作者 陈曦 李禛哲 陶伯万 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期9018-9024,共7页

针对航空航天高温异构件表面高频热流信号测量难题,提出了一种柔性原子层热电堆热流传感器的解决方案。以镍基合金柔性基带为衬底,通过倾斜基底沉积技术(ISD)生长出了具有倾斜织构的MgO薄膜,并在其上以金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD... 针对航空航天高温异构件表面高频热流信号测量难题,提出了一种柔性原子层热电堆热流传感器的解决方案。以镍基合金柔性基带为衬底,通过倾斜基底沉积技术(ISD)生长出了具有倾斜织构的MgO薄膜,并在其上以金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)成功外延生长出了倾斜且织构良好的YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)(YBCO)热电薄膜。利用脉冲激光对其热电性能进行了测试,其响应时间达到196 ns。 展开更多

关键词 柔性衬底 倾斜取向 原子层热电堆 热流传感器 YBCO薄膜

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于Abaqus的热流传感器非稳态传热研究 被引量：6

11

作者 方俊 张翠平 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期152-161,共10页

建立了热电堆式热流传感器在高温环境下的非稳态传热理论模型,深入分析了输出电压和热阻层上下表面温差等参数之间的关系;然后基于有限元软件Abaqus对模型进行了验证,并结合实验数据探讨了导热系数、塞贝克系数对输出信号的影响,最后提... 建立了热电堆式热流传感器在高温环境下的非稳态传热理论模型,深入分析了输出电压和热阻层上下表面温差等参数之间的关系;然后基于有限元软件Abaqus对模型进行了验证,并结合实验数据探讨了导热系数、塞贝克系数对输出信号的影响,最后提出了优化方案。结果表明,当热阻层最高温度超过1 500℃时,其导热系数会发生较明显变化从而引起输出信号的非线性,这是影响传感器工作时长的主要因素;而当热阻层上下表面温差超过600℃,塞贝克系数会发生变化从而使测量失效,这是影响传感器最大量程的主要因素。优化后的传感器最大量程可以达到1 MW/m^2,并且工作时间延长了17.2%。 展开更多

关键词 热电堆式热流传感器 非稳态传热 ABAQUS 塞贝克系数

在线阅读 下载PDF 职称材料

高温大量程热流传感器结构及信号调理电路的设计 被引量：1

12

作者 张翠平 方俊 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2019年第7期15-18,共4页

以热电堆式热流传感器为例,结合所建立的热传导模型,分析高温大量程热流传感器不能长时间工作的原因,通过设计并优化传感器的结构及工艺,实现在储热体尺寸不变的情况下,热流传感器能够在高温大量程热流辐射下长时间工作,经实验验证在1MW... 以热电堆式热流传感器为例,结合所建立的热传导模型,分析高温大量程热流传感器不能长时间工作的原因,通过设计并优化传感器的结构及工艺,实现在储热体尺寸不变的情况下,热流传感器能够在高温大量程热流辐射下长时间工作,经实验验证在1MW/m^2以上的辐射热流下工作时间能够延长 20%以上。同时为便于后续系统对热流传感器输出信号进行处理,提高系统信噪比,保证传感器输出信号的归一化,利用集成芯片 AD620 对热流敏感芯体输出的弱信号进行了放大调理,经小批量试制,同一量程输出误差在 5%范围以内。 展开更多

关键词 热电堆式热流传感器 高温大量程 归一化 AD620

在线阅读 下载PDF 职称材料

热流计的发展、国际领先技术与改进方向研究 被引量：17

13

作者 廖亚非 张青文 何容盛 《重庆建筑大学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第2期84-87,共4页

热流计是热能转移过程的量化检测仪器,国外已经大量应用在发电、炼钢、化工产品的分解与合成、建筑采暖、空调等热力过程的能耗检测与热能设施的安全保护检测,而我国还处于推广初期。研究自有知识产权的热流计是基于国家经济的发展对节... 热流计是热能转移过程的量化检测仪器,国外已经大量应用在发电、炼钢、化工产品的分解与合成、建筑采暖、空调等热力过程的能耗检测与热能设施的安全保护检测,而我国还处于推广初期。研究自有知识产权的热流计是基于国家经济的发展对节能的迫切需要,创新研究要高于现有技术必须对国内、外现有的技术进行深入的研究,发扬其优势、改进其不足。广泛检索、消化国内、外专利成果与实用技术的基础上对热流计的发展历程进行了概括、对已有的热流计进行了分类、归纳热流计原理和制作方法,综合比较、分析提炼出性价比和通用性最高的绕线热阻式热流计测头及核心技术热电堆,指出其存在的问题和改进的方向。为下一步创新奠定坚实基础,最终使研究获授予中国发明专利权。 展开更多

关键词 热流计 传感器 热电堆 节能 检测

在线阅读 下载PDF 职称材料

自有知识产权热流计的研究 被引量：2

14

作者 廖亚非 张清文 何容盛 《重庆建筑大学学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期105-107,共3页

在广泛检索、消化国内、外专利成果与实用技术,指出其存在的问题和改进的方向的基础上进行的创新研究。研究成果是基于热电堆的原理用新型的平面布线取代三维的线圈布线。陈述了新型热流计的构造型式和制作方法———使制作工艺简化、... 在广泛检索、消化国内、外专利成果与实用技术,指出其存在的问题和改进的方向的基础上进行的创新研究。研究成果是基于热电堆的原理用新型的平面布线取代三维的线圈布线。陈述了新型热流计的构造型式和制作方法———使制作工艺简化、降低成本,使线长一致、电阻、电容、电感一致保证各个测头的一致性提高测头的精度,从而在较现有的绕线式热流计测头更高的检测精度范围内无需标定或降低标定的成本。为热能领域提供经济实用精度更高的热流、节能检测仪器。 展开更多

关键词 热流计 传感器 热电堆 节能 检测

在线阅读 下载PDF 职称材料