|
圖8.（a）用于TFHFS性能的測試系統（插圖為
校準傳感器的安裝及熱通量傳感器的制備
馬弗爐壁）(b） 測試平臺示意圖
對應于（a）。
燒結前不導電，導電性好
燒結后。鑒于這些結果，我們認為
制備工藝是制備納米晶的有效方法
擬定的熱 ux傳感器。
三、 TFHFS性能評估
測試平臺如圖8（a）所示，用于測試
準備好傳感器，圖8（b）是傳感器的原理圖
測試平臺。Muf e爐用于提供高
環境溫度和熱量。HT-50多功能-
加熱校準和溫度傳感器（ITI，美國）
測量在同一塊莫來石磚上進行
裝配式傳感器。兩個傳感器的敏感表面
平行且垂直于加熱方向。
DAQ設備（Fourtec，以色列）用于傳輸數據
以及對所述發熱信號和輸出電壓進行處理以
一臺顯示它們的計算機。在熔爐里，
內部空間用莫來石磚密封并加熱
電線均勻地分布在墻上。
對TFHFS進行了一系列性能測試
muf e爐內50-900 C的空氣。加熱速度
muf e爐的溫度分別為3 C/min和10 C/min
溫度范圍為50-300 C和300-900 C，根據
微波爐的使用要求。經過長時間的
反復試驗，試驗結果見圖9和圖10。
圖9顯示了HT-50測得的T-q曲線
傳感器。T、 q分別是溫度和熱量 ux，
由HT-50標準傳感器測量溫度-
爐內的真實變化。在這種情況下，傳感器表面
180774第7卷，2019年
TZhang等人：超高溫環境下TFHFS的設計和制造
圖9 HT-50校準傳感器的熱流密度-溫度曲線
在50-900℃下測試。
圖10測試溫度下TFHFS的輸出電壓-溫度曲線
50-900攝氏度。
溫度從50攝氏度上升到900攝氏度
標準HT-50傳感器測得的功率約為3-57kW/m2。
結果表明，毛發中產生的熱量-
nace隨著溫度的升高而不斷增加。
我們還觀察到，與其他溫度相比
范圍內，HT-50傳感器測得的熱 ux增加
在50-300攝氏度范圍內緩慢移動。這說明
熱耗率由回火的變化率決定-
爐內的自然狀態，符合熱的定義
ux密度。
同時，制作了該器件的T-輸出電壓曲線
TFHFS如圖10所示，電壓與
TFHFS的溫度與樣品的溫度非常一致
HT-50傳感器。這表明傳感器可以用來檢測
熱量在50-900攝氏度之間。最大輸出
900℃時，傳感器的電壓為1.44 mV，表示
傳感器的輸出電壓很大。
在圖11中，TFHFS的輸出電壓-q曲線在
計算結果表明，輸出功率為3～57kw/m2
圖11 TFHFS的輸出電壓與熱通量曲線
在3-57千瓦/平方米。
TFHFS的電壓隨著熱沖擊而提高。這個
實驗結果表明，該器件的輸出電壓q曲線
3-57 kW/m2的TFHFS與高速線路匹配
學位：
U D 0:02447 C 0:02552 q；R2直徑0:99185
從實驗結果看，輸出熱電勢
熱傳感器的溫度與溫度有很好的線性關系
由標準HT-50傳感器測量的負載熱密度，
這與理論分析是一致的。
TFHFS在每個加熱點的靈敏度，
由（3）計算，如圖12所示
測試了制備的TFHFS在3-57kw/m2范圍內的靈敏度
在0.025-0.030mV/（kW/m2）范圍內均勻分布，
表明靈敏度誤差約為20%
在加熱傳感器的范圍內。在S D NSABdx=k中，
傳感器制作完成后，測定了N和dx。
然而，熱電材料的塞貝克系數-
絕緣材料的熱導率k為
不是常數，它們會隨著溫度的增加而略有變化
溫度，導致傳感器靈敏度的變化-
伊蒂S。
兩個獨立開關的輸出電壓（U1，U2）
熱電偶（TC1、TC2）與溫度的關系如所示
圖13熱電偶電壓隨溫度的升高趨勢
溫度與鉑/銠熱電偶相同
參考文獻[19]。從圖中可以看出，輸出
低溫下兩個熱電偶的電壓
截面很小，導致脾氣比較大-
溫度測量誤差低于400℃。熱電偶是
更適合400℃以上的溫度測量，
結合Pt/Rh的特點
熱電偶。因為TC1和TC的熱連接因為TC1和TC2的熱連接是
位于絕緣層內和絕緣層外
兩個熱電偶具有相同的
冷端溫度（Tcold）。溫差
第7卷，2019 180775
TZhang等人：超高溫環境下TFHFS的設計和制造
表3不同溫度下SAB的參數。
圖12.TFHFS在3-57 kW/m2范圍內的靈敏度與溫度曲線。
圖13:TC1，TC2的輸出電壓-溫度曲線
50-900攝氏度。
隔熱層（1T）內外均可
計算。
根據（2），
U1 D NSAB .Thot1 t冷/I
U2 D NSAB .Thot2 t冷/I
1 T丁字褲2 Thot1；
那么，
1T D（U2 U1）=（NSAB）
圖14.絕緣與溫度的溫差
100-900℃下的曲線。
圖15.HT-50校準傳感器的q與溫度曲線
在100-900攝氏度。
此外，隨著TCs的Seebeck系數的變化
根據表3，計算結果如下所示
在圖14中，表明900℃時的1T高于
22.3攝氏度。這可能是由于
基板和絕緣體之間的熱導率。
此外，TC2可用于環境溫度
監測由于其熱點直接暴露在空氣中。
為了研究制備的TFHFS的可重用性，
我們在100-900攝氏度的溫度下測試了傳感器三次
結果如圖15和圖16所示
每個實例的q-T曲線與每個實例都很好地匹配
180776第7卷，2019年
TZhang等人：超高溫環境下TFHFS的設計和制造
圖16 TFHFS的輸出電壓-溫度曲線
在100-900攝氏度。
另外，900℃時產生的熱量為3-57kW/m2。
此外，最大誤差約為9.8%
在400℃時觀察到。
此外，還得到了TFHFS的輸出電壓-T曲線
在圖16中，示出了
三次試驗的TFHFS均在1.39-1.44mV之間，
在相同條件下測得的曲線顯示
一致性好，說明TFHFS具有穩定的穩定性
輸出電壓在100ࡉ900 C范圍內。最大值
錯誤發生在400 C，其值約為
8.5%. 最后，通過綜合圖15和
圖16，我們可以得出結論，制備的TFHFS顯示出
良好的輸出電壓和穩定的熱靈敏度 ux在100-
900攝氏度。另外，我們制造的傳感器
該工藝也能在1400℃下穩定工作，表明
在這個實驗中制造的傳感器有可能
在較高溫度下工作[20]。
四、 結論
本文介紹了一種陶瓷基厚膜
適用于高溫環境的熱傳感器。屏幕-
印刷，這是容易和低成本的，用于制造
TFHFS。表征結果表明Pt和Pt/Rh
電極在1350ĝC下環化后連接良好，并且
TCs的厚度和寬度約為20 m
分別為300 m和300 m。實驗結果表明，該方法是可行的
所設計的熱 ux傳感器的最大輸出電壓為
高達1.44mv，保溫層可產生
900℃時22℃的溫差。敏感性-
研究了3～57kw/m2熱傳感器的性能
在0.025-0.030 mV/（kW/m2）范圍內均勻分布，
表明所制備的傳感器具有較高的靈敏度
給定的熱度范圍。這是由于蛇紋石
陶瓷接頭上多個熱電偶的集成-
戰略。此外，可重用性調查顯示
制備的TFHFS在100-900℃下具有穩定的輸出電壓
誤差為8.5%。在更高溫度下工作也很困難
可能，但這里沒有研究。因此，制造
傳感器可用于某些惡劣環境下的熱監測
應用。
參考文獻
[1] 答。H愛潑斯坦，G。R蓋內特和R。JG諾頓，高頻
響應熱- ux儀表，’版本。科學院。《儀器》，第57卷，第4期，第639-649頁，
1986
[2] C。A.Pullins和T。EDiller，“原位高溫熱傳感器”
校準，''國際期刊。《熱質轉換》，第57卷，第17期，第3429 3438頁，
2010
[3] 答。R吉福，D。O。哈勃和P。A.克萊頓，“持久熱量”傳感器
對于極端的溫度和高溫環境。嗜熱菌。熱度
Transf.，第24卷，第1期，第69-76頁，2010年。
[4] R。J盧伯克，S。盧克和B。R羅西克，“一種新的瞬態高溫”
高焓傳熱儀表對流校準裝置
ows，’J。《傳熱》，第140卷，第4期，2017年。
[5] J。v皮爾斯，G。麥金和T。福特，《優化煤氣熱處理》
帶有一個固定點的渦輪葉片，用于改進在用熱偶-
請參見《國際期刊》。《Thermophys》，第29卷，第1期，第223-230頁，2008年。
[6] S。D.威爾遜，G。C弗雷利克和J。DWrbanek，`制造和測試
《斯特林變換器用薄lm熱ux傳感器》，《美國原子能協會雜志》，第24卷，第5期，
第頁 |
