一种同时测量面向与法向热流的高时空分辨率温度传感器

技术特征：
1.一种测量面向以及法向热流的温度测量系统，其特征在于，包括：测温单元、数据采集单元以及高温火焰实验台，其中，所述高温火焰实验台包括乙炔高温火焰发生器以及定位组件，所述定位组件靠近所述乙炔高温火焰发生器设置，所述定位组件上固定有所述测温单元，所述测温单元包括基板以及至少一组测温元件，所述测温元件具有金属薄膜电极，所述数据采集系统和所述测温单元电连接。2.根据权利要求1所述的温度测量系统，其特征在于，所述金属薄膜电极由白金薄膜形成，所述金属薄膜电极包括第一电极块以及第二电极块，所述第一电极块和所述第二电极块之间通过蛇形部连接，所述蛇形部的线宽为3-10微米。3.根据权利要求2所述的温度测量系统，其特征在于，所述金属薄膜电极的厚度为80-200nm。4.根据权利要求2所述的温度测量系统，其特征在于，所述测温单元的宽度以及长度分别独立地为80-200微米。5.根据权利要求1所述的温度测量系统，其特征在于，所述测温单元的基板为氮化铝陶瓷。6.根据权利要求5所述的温度测量系统，其特征在于，所述基板为四边形基板，所述测温单元包括4组所述测温元件，所述测温元件分列在所述四边形基板的四角。7.根据权利要求1所述的温度测量系统，其特征在于，进一步包括恒温单元，所述恒温单元包括恒温真空腔，与所述恒温真空腔相连的分子泵，所述恒温真空腔内具有用于放置所述测温单元的恒温台，以及多个可独立供电的、用于与所述测温单元相连的电极。8.根据权利要求7所述的温度测量系统，其特征在于，所述恒温单元进一步具有检测电路结构，所述检测电路结构具有可接入所述测温单元的端口，所述检测电路至少包括可变电阻、固定电阻以及至少两个电压表，所述固定电阻、可变电阻以及所述测温单元串联，所述至少两个电压表分别用于检测所述固定电阻和所述测温单元的电压。9.一种利用权利要求1-8任一项所述的温度测量系统测量热流的方法，其特征在于，包括：获取测温单元中的测温元件在不同温度下、功率为0时的电阻值，并拟合获得电阻-温度线性响应关系，以及所述测温单元的初始电阻，并根据所述电阻-温度线性响应关系的斜率以及所述初始电阻，获得所述测温单元的电阻温度系数β，并获得所述测温元件的温度测量值的修正关系：t＝t0 δr/(r0β)将所述测温单元置于高温火焰实验台中，依靠定位组件移动所述测温单元的位置，以获取所述测温单元距离乙炔高温火焰发生器不同距离下的温度，并根据所述温度测量值的修正关系获取高温乙炔火焰的热流数据。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述测温元件的温度测量值的修正关系是通过将所述测温单元置于恒温单元内获取的：在所述恒温单元内的恒温台接入固定电压的前提下，控制所述恒温单元内恒温台中和所述测温元件连接的电极，以改变所述测温元件的输入电压，并利用电压表分别测量和所述测温单元串联的固定电阻以及所述测温元件的电压变化，以获取不同温度下所述测温元件的电阻和功率数据，绘制r-p图，得到功率p＝0时所述测温元件的电阻值；
在所述恒温台不外加电压时，测得常温下所述测温元件的初始电阻r0；改变所述恒温台的接入电压，以获取多组温度和所述测温元件在功率为0时的电阻值，并进行拟合得到所述测温元件的电阻-温度线性响应关系，并获取所述测温单元的电阻温度系数β：β＝δr/(r0δt)其中，为电阻-温度线性响应关系中任意两点之间的电阻差。

技术总结
本发明公开了测量面向以及法向热流的温度测量系统以及测量热流的方法。该系统包括：测温单元、数据采集单元以及高温火焰实验台，其中，所述高温火焰实验台包括乙炔高温火焰发生器以及定位组件，所述定位组件靠近所述乙炔高温火焰发生器设置，所述定位组件上固定有所述测温单元，所述测温单元包括基板以及至少一组测温元件，所述测温元件具有金属薄膜电极，所述数据采集系统和所述测温单元电连接。该系统可以较好地模拟高超声速飞行器表面的气动热特性，测温单元具有好的面向以及法向热流跟随性以及敏感性，且空间、时间分辨率均较高。时间分辨率均较高。时间分辨率均较高。


技术研发人员：王海东 罗旭雯 赵帅伊
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/10/25