[发明专利]一种高速热电偶时间常数测量装置与测量方法

摘要

本发明涉及一种高速热电偶时间常数测量装置与测量方法，属于传感器测温技术领域。该装置包含激发光源(1)，激发光调制系统(2)，计算机(3)，锁相放大器(4)，分束单元，精密位移台(9)；所述激发光源(1)通过信号线连接至所述激发光调制系统(2)，所述激发光调制系统(2)通过信号线连接至计算机(3)；热电偶测温点(10)设置在精密位移台(9)上，所激发光源(1)发出的激光束经过所述分束单元后，汇聚在所述热电偶测温点(10)上；所述锁相放大器(4)用于检测热电偶测温点(10)上的信号，并将信号传输至所述计算机(3)。本发明提出的基于频域扫描方法结合包围光照加热方式对热电偶进行时间常数测量，可有效提升热电偶时间常数标定的测量范围，精度和重复性。

主权项

1.一种高速热电偶时间常数测量方法，其特征在于：该法包含如下步骤：S1：将待测热电偶放置在精密位移台上，调整精密位移台，使得激光束聚焦于热电偶的测温点；S2：根据热电偶的测温范围，使用激光调制装置或者激光器自带调制功能对激光进行频率与强度调制；S3：使用经过调制的后的激光对热电偶进行指定温度范围内的定频加热，同时使用锁相放大器对该频率下的热电偶输出热电势信号的幅度与相位进行测量；S4：改变调制频率，重复步骤S2与步骤S3，记录对应频率下热电偶响应；S5：通过扫频加热得到热电偶的频率响应，根据频率响应来推算时间热电偶常数；具体包括以下步骤：S51：对待测热电偶建立基本传热方程其中，D、k、ρ、C分别为测点材料热扩散系数、导热系数、密度和比热容，T(x,y,z,t)表示热电偶的温度；S52：假定待测热电偶测点为半径为r的球体，则初始和边界条件满足：其中，T₀为初始温度，R为表面反射率，α为光吸收系数，J为整型后光斑能量分布，(1‑R)α代表热电偶表面吸收能量，h为热电偶和空气的传热系数，T(0,0,r,t)和T_air(0,0,r,t)分别为(0,0,r)处测点表面和接触空气的温度；S53：对传热方程进行傅里叶变换，求解得到特定位置处温度随频率的变化关系；S54：根据温度随频率的变化关系，建立热电偶输出信号的频率响应模型，计算时间常数；适用于所述测量方法的高速热电偶时间常数测量装置，包含激发光源(1)，激发光调制系统(2)，计算机(3)，锁相放大器(4)，分束单元和精密位移台(9)；所述激发光源(1)通过信号线连接至所述激发光调制系统(2)，所述激发光调制系统(2)通过信号线连接至计算机(3)；所述精密位移台(9)上放置热电偶测温点(10)，所述激发光源(1)发出的激光束经过所述分束单元后被分成多束的光线，所述光线汇聚在所述热电偶测温点(10)上，且多束的所述光线对所述热电偶测温点(10)呈多面包围光照；所述锁相放大器(4)用于检测热电偶测温点(10)上的信号，并将信号传输至所述计算机(3)。