熱電堆式熱流傳感器的設(shè)計與實驗研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的跨越式發(fā)展，許多工業(yè)生產(chǎn)過程需要對熱能的流向進行精確的控制，以達到需要的特性和對產(chǎn)品的質(zhì)量控制，熱能傳遞過程的優(yōu)化對許多系統(tǒng)是否能夠達到最優(yōu)狀態(tài)影響巨大，熱流密度反映了這一過程。熱流密度是溫度的派生參數(shù)，無法直接感知。因此，研發(fā)用于直接測量熱流密度的傳感器至關(guān)重要。結(jié)合科學研究和工業(yè)生產(chǎn)的要求，提出了一種體積小、重量輕、精度高的熱電堆式熱流傳感器的設(shè)計方案。
　　首先，根據(jù)測量熱流密度的基本原理對已有的熱流測量技術(shù)進

2、行了分類闡述，詳細介紹了各類測量技術(shù)的特點。結(jié)合國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，確立了研制熱流傳感器的必要性。依據(jù)總體設(shè)計的指標，確定了熱電堆式熱流傳感器的設(shè)計方案。簡單介紹了熱電偶測溫原理和溫差測量電路的組成，根據(jù)一維導熱模型推導出輸入熱流與熱阻層溫差的線性關(guān)系，從而得到熱電堆式熱流傳感器的測量原理。詳細討論分析了在兩種邊界條件和測量輻射熱流情況下，傳感器測量熱流的誤差，總結(jié)出影響傳感器性能的參數(shù)及相關(guān)解決方案。然后介紹了熱電堆式熱流傳感器的測量元

3、件的基本結(jié)構(gòu)，根據(jù)熱流傳感器測量輻射熱流的特點，設(shè)計了傳感器的基本結(jié)構(gòu)。通過ANSYS有限元分析軟件對影響傳感器性能的關(guān)鍵參數(shù)進行了熱力學仿真，提出了傳感器測量元件具體材料和結(jié)構(gòu)的要求。此后介紹了熱流測量元件中熱阻層的選擇原則、熱電堆材料選擇依據(jù)和制作方法，通過對比分析確定了傳感器的裝配方案。提出了熱流傳感器測試系統(tǒng)的組成，完成了差分放大電路和二階低通濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)，設(shè)計了LabVIEW上位機顯示面板，基于MSP430和LCD實現(xiàn)熱