熱沉式熱流傳感器焊接工藝研究（一）

摘 要：在科學技術，工業生產和工程建設過程中，熱通量以多種方式傳遞，其中最常見的三種模式是熱傳導，對流和輻射。 隨著現代科學技術的飛速發展，熱流密度的測量技術受到越來越多的關注。 在熱分析監測領域，熱流密度測量的重要性也已被確認和認可了，并且相應的熱通量測量方法得到了很大的發展和廣泛應用。熱流傳感器是測量熱傳遞（熱流密度或熱通量）的基本工具，本文結合熱沉式熱流傳感器的原理、用途、結構構成等進行焊接工藝的研究。

關鍵詞：熱流測量；特點是尺寸小；焊接

一、引言

節能與環境保護是全球性的緊迫問題，人類生產、生活中的能量和用品大都是通過熱力過程轉換得來，能量的耗散也在這個過程中。熱流傳感器是測量熱傳遞（熱流密度或熱通量）的基本工具，是構成熱流計的最關鍵器件。

熱沉式熱流傳感器是溫度梯度型熱流傳感器中的一種。主要可應用于：燃燒室輻射熱通量的測量，太陽能輻射強度，火災實驗，材料研發，熔爐研發等熱傳遞研究中。這類傳感器的原理是：當熱量從康銅表面進入，這個熱使康銅的溫度升高。且沿著康銅的徑向傳到銅熱沉體上，并通過熱沉體耗散到周圍環境中去。康銅箔中心的溫度高于它周徑上的溫度，這個溫度差很容易由熱電偶檢測并輸出與之對應的電壓信號E。這個電壓信號可以很容易地與康銅表面的熱射通量q建立起函數關系，就可進行熱流測量。通常其關系可表達為：

E/q=αR2/S （1）

式中：E/q是熱流計的靈敏度，mV/（W/m2）

α是系數

R是康銅的半徑，m

S是康銅的厚度，m

圖1是熱沉式傳感器的典型結構圖，包括一個康銅圓形薄片。通過焊接工藝將感應薄片連接在一個無氧銅熱沉體上，銅導線連接在感應薄片中心點以及熱沉體任何位置。用銅—康銅熱電偶測量薄片中心和邊緣的溫度差，這個溫度差加上熱沉體自身的溫度，就是感應薄片的中心溫度。它的基本響應特性參數是靈敏度、測量范圍和時間常數，這些特性取決于薄片的直徑和厚度。對于給定的熱流，傳感器的靈敏度和圓形薄片的中心和邊緣的溫度差成比例。為了增加靈敏度，薄片應當更薄或者直徑更大。傳感器的測量范圍受到薄片中心最大允許溫度的限制。

康銅箔是焊到空心圓柱體的銅熱沉上。一條銅引線焊到康銅箔中心，這樣就得到一個由銅引線—康銅箔—銅熱沉體組成的差分熱電偶對—熱電堆。焊在康銅箔中心的銅引線與焊在銅熱沉體上的銅引線構成熱電堆的輸出。

二、 熱沉式熱流傳感器焊接工藝分析

熱阻式熱流計的結構特點是尺寸小，康銅片的尺寸很薄。需要把康銅和熱沉體之間緊密連接起來，保持良好的熱傳導。銅導線的焊接。選用直徑為0.25mm的純銅絲為導線。

三、結語

熱沉式熱流傳感器使用精度要求高，因焊接有難度，所以進行熱沉式熱流傳感器焊接工藝進行分析研究，得出最佳的焊接工藝。詳細工藝見熱沉式熱流傳感器焊接工藝研究（二）

參考文獻

[1] 劉初平編.氣動熱與熱防護試驗熱流測量[M].國防工業出版社，2013

[2] 林貽強，芮冬梅.熱電偶測量端的焊接方法.儀器儀表標準化與計量， 2001（6）：38～39

作者簡介

李軍（1978-），男（漢族），四川三臺人，本科，綿陽富林嵐科技有限責任公司董事長兼總經理，研究方向：電子、機械產品 無人機、傳感器的設計開發及企業管理。

（作者單位：綿陽富林嵐科技有限責任公司）