[发明专利]一种测量沿壁面热流的平面型热流传感器及其标定方法

权利要求书

1.一种实现沿壁面热流测量的平面型薄膜热流传感器，其特征在于，实现测量温差的热电堆印刷在基底表面，同时基底上集成了三个圆弧形薄膜铂电阻，共同构成了平面型薄膜热流传感器；所述的热电堆由多个金铂热电偶串联而成，铂电阻为三个半径不同的同心圆弧，分布在热电堆的冷热端两侧。

2.根据权利要求1所述的平面型薄膜热流传感器，其特征在于，所述基底为氧化铝陶瓷基底上，基底直径为22mm，厚度为0.36mm，导热率为36W/m·K。

3.根据权利要求1所述的平面型薄膜热流传感器，其特征在于，所述三个圆弧形薄膜铂电阻的弧形半径分别为1.55mm、2.55mm和7.05mm，每个铂电阻宽为0.1mm，膜厚为10μm。

4.根据权利要求3所述的平面型薄膜热流传感器，其特征在于，所述热电堆由四十四个金铂热电偶串联而成，呈圆弧状排布在基底表面；每个金铂热电偶极宽0.1mm，在电极两端重合区域分别构成热电堆冷端和热端；其中，热端所在圆弧半径为3.5mm，冷端所在的圆弧半径为6.5mm。

5.对权利要求1所述的平面型薄膜热流传感器进行标定的方法，其特征在于：

对位于可调温度的恒温场中的传感器中心加载激光，当激光被传感器表面中心位置吸收后，热量沿传感器中心向边缘传递；待热平衡后，根据温度分布规律，由薄膜铂电阻的温度推出热电堆冷热端温度，得到温度差，建立温度差和热电堆输出的关系实现传感器的静态标定。

6.如权利要求5所述的标定方法，其特征在于：采用耐高温探针和对应的针套配合在一起并固定在耐高温PCB上，所述耐高温探针的位置与传感器引脚位置相对应，实现传感器测试信号的稳定输出。

7.如权利要求5所述的标定方法，其特征在于：

在薄膜热流传感器静态标定中，热电偶的热电势E与温度T具有如下关系：

E＝a₀+a₁T+a₂T²+···+a₉T⁹ (1)

其中a_i为拟合系数，i＝0,1...9；

当热电堆热端和冷端温度分别为T₁和T₂时，根据热电堆输出电势和温度的关系，得到：

V_out＝n·[a₁(T₁-T₂)+a₂(T₁²-T₂²)+...+a₉(T₁⁹-T₂⁹)] (2)

其中，n为热电堆串联的热电偶数；假设T₁＝ΔT+T₂，ΔT→0，那么上式简化为：

V_out≈n(a₁+2a₂T₂+3a₃T₂²···9a₉T₂⁸)ΔT (3)

根据定义，式(3)中括号内的内容即为塞贝克系数；当温差ΔT较小时，塞贝克系数通过公式(3)实现测量；在小温差情况下，提供不同的环境温度，便可得到在不同温度下对应的塞贝克系数。