|
图8.（a）用于TFHFS性能的测试系统（插图为
校准传感器的安装及热通量传感器的制备
马弗炉壁）(b） 测试平台示意图
对应于（a）。
烧结前不导电，导电性好
烧结后。鉴于这些结果，我们认为
制备工艺是制备纳米晶的有效方法
拟定的热 ux传感器。
三、 TFHFS性能评估
测试平台如图8（a）所示，用于测试
准备好传感器，图8（b）是传感器的原理图
测试平台。Muf e炉用于提供高
环境温度和热量。HT-50多功能-
加热校准和温度传感器（ITI，美国）
测量在同一块莫来石砖上进行
装配式传感器。两个传感器的敏感表面
平行且垂直于加热方向。
DAQ设备（Fourtec，以色列）用于传输数据
以及对所述发热信号和输出电压进行处理以
一台显示它们的计算机。在熔炉里，
内部空间用莫来石砖密封并加热
电线均匀地分布在墙上。
对TFHFS进行了一系列性能测试
muf e炉内50-900 C的空气。加热速度
muf e炉的温度分别为3 C/min和10 C/min
温度范围为50-300 C和300-900 C，根据
微波炉的使用要求。经过长时间的
反复试验，试验结果见图9和图10。
图9显示了HT-50测得的T-q曲线
传感器。T、 q分别是温度和热量 ux，
由HT-50标准传感器测量温度-
炉内的真实变化。在这种情况下，传感器表面
180774第7卷，2019年
TZhang等人：超高温环境下TFHFS的设计和制造
图9 HT-50校准传感器的热流密度-温度曲线
在50-900℃下测试。
图10测试温度下TFHFS的输出电压-温度曲线
50-900摄氏度。
温度从50摄氏度上升到900摄氏度
标准HT-50传感器测得的功率约为3-57kW/m2。
结果表明，毛发中产生的热量-
nace随着温度的升高而不断增加。
我们还观察到，与其他温度相比
范围内，HT-50传感器测得的热 ux增加
在50-300摄氏度范围内缓慢移动。这说明
热耗率由回火的变化率决定-
炉内的自然状态，符合热的定义
ux密度。
同时，制作了该器件的T-输出电压曲线
TFHFS如图10所示，电压与
TFHFS的温度与样品的温度非常一致
HT-50传感器。这表明传感器可以用来检测
热量在50-900摄氏度之间。最大输出
900℃时，传感器的电压为1.44 mV，表示
传感器的输出电压很大。
在图11中，TFHFS的输出电压-q曲线在
计算结果表明，输出功率为3～57kw/m2
图11 TFHFS的输出电压与热通量曲线
在3-57千瓦/平方米。
TFHFS的电压随着热冲击而提高。这个
实验结果表明，该器件的输出电压q曲线
3-57 kW/m2的TFHFS与高速线路匹配
学位：
U D 0:02447 C 0:02552 q；R2直径0:99185
从实验结果看，输出热电势
热传感器的温度与温度有很好的线性关系
由标准HT-50传感器测量的负载热密度，
这与理论分析是一致的。
TFHFS在每个加热点的灵敏度，
由（3）计算，如图12所示
测试了制备的TFHFS在3-57kw/m2范围内的灵敏度
在0.025-0.030mV/（kW/m2）范围内均匀分布，
表明灵敏度误差约为20%
在加热传感器的范围内。在S D NSABdx=k中，
传感器制作完成后，测定了N和dx。
然而，热电材料的塞贝克系数-
绝缘材料的热导率k为
不是常数，它们会随着温度的增加而略有变化
温度，导致传感器灵敏度的变化-
伊蒂S。
两个独立开关的输出电压（U1，U2）
热电偶（TC1、TC2）与温度的关系如所示
图13热电偶电压随温度的升高趋势
温度与铂/铑热电偶相同
参考文献[19]。从图中可以看出，输出
低温下两个热电偶的电压
截面很小，导致脾气比较大-
温度测量误差低于400℃。热电偶是
更适合400℃以上的温度测量，
结合Pt/Rh的特点
热电偶。因为TC1和TC的热连接因为TC1和TC2的热连接是
位于绝缘层内和绝缘层外
两个热电偶具有相同的
冷端温度（Tcold）。温差
第7卷，2019 180775
TZhang等人：超高温环境下TFHFS的设计和制造
表3不同温度下SAB的参数。
图12.TFHFS在3-57 kW/m2范围内的灵敏度与温度曲线。
图13:TC1，TC2的输出电压-温度曲线
50-900摄氏度。
隔热层（1T）内外均可
计算。
根据（2），
U1 D NSAB .Thot1 t冷/I
U2 D NSAB .Thot2 t冷/I
1 T丁字裤2 Thot1；
那么，
1T D（U2 U1）=（NSAB）
图14.绝缘与温度的温差
100-900℃下的曲线。
图15.HT-50校准传感器的q与温度曲线
在100-900摄氏度。
此外，随着TCs的Seebeck系数的变化
根据表3，计算结果如下所示
在图14中，表明900℃时的1T高于
22.3摄氏度。这可能是由于
基板和绝缘体之间的热导率。
此外，TC2可用于环境温度
监测由于其热点直接暴露在空气中。
为了研究制备的TFHFS的可重用性，
我们在100-900摄氏度的温度下测试了传感器三次
结果如图15和图16所示
每个实例的q-T曲线与每个实例都很好地匹配
180776第7卷，2019年
TZhang等人：超高温环境下TFHFS的设计和制造
图16 TFHFS的输出电压-温度曲线
在100-900摄氏度。
另外，900℃时产生的热量为3-57kW/m2。
此外，最大误差约为9.8%
在400℃时观察到。
此外，还得到了TFHFS的输出电压-T曲线
在图16中，示出了
三次试验的TFHFS均在1.39-1.44mV之间，
在相同条件下测得的曲线显示
一致性好，说明TFHFS具有稳定的稳定性
输出电压在100ࡉ900 C范围内。最大值
错误发生在400 C，其值约为
8.5%. 最后，通过综合图15和
图16，我们可以得出结论，制备的TFHFS显示出
良好的输出电压和稳定的热灵敏度 ux在100-
900摄氏度。另外，我们制造的传感器
该工艺也能在1400℃下稳定工作，表明
在这个实验中制造的传感器有可能
在较高温度下工作[20]。
四、 结论
本文介绍了一种陶瓷基厚膜
适用于高温环境的热传感器。屏幕-
印刷，这是容易和低成本的，用于制造
TFHFS。表征结果表明Pt和Pt/Rh
电极在1350ĝC下环化后连接良好，并且
TCs的厚度和宽度约为20 m
分别为300 m和300 m。实验结果表明，该方法是可行的
所设计的热 ux传感器的最大输出电压为
高达1.44mv，保温层可产生
900℃时22℃的温差。敏感性-
研究了3～57kw/m2热传感器的性能
在0.025-0.030 mV/（kW/m2）范围内均匀分布，
表明所制备的传感器具有较高的灵敏度
给定的热度范围。这是由于蛇纹石
陶瓷接头上多个热电偶的集成-
战略。此外，可重用性调查显示
制备的TFHFS在100-900℃下具有稳定的输出电压
误差为8.5%。在更高温度下工作也很困难
可能，但这里没有研究。因此，制造
传感器可用于某些恶劣环境下的热监测
应用。
参考文献
[1] 答。H爱泼斯坦，G。R盖内特和R。JG诺顿，高频
响应热- ux仪表，’版本。科学院。《仪器》，第57卷，第4期，第639-649页，
1986
[2] C。A.Pullins和T。EDiller，“原位高温热传感器”
校准，''国际期刊。《热质转换》，第57卷，第17期，第3429 3438页，
2010
[3] 答。R吉福，D。O。哈勃和P。A.克莱顿，“持久热量”传感器
对于极端的温度和高温环境。嗜热菌。热度
Transf.，第24卷，第1期，第69-76页，2010年。
[4] R。J卢伯克，S。卢克和B。R罗西克，“一种新的瞬态高温”
高焓传热仪表对流校准装置
ows，’J。《传热》，第140卷，第4期，2017年。
[5] J。v皮尔斯，G。麦金和T。福特，《优化煤气热处理》
带有一个固定点的涡轮叶片，用于改进在用热偶-
请参见《国际期刊》。《Thermophys》，第29卷，第1期，第223-230页，2008年。
[6] S。D.威尔逊，G。C弗雷利克和J。DWrbanek，`制造和测试
《斯特林变换器用薄lm热ux传感器》，《美国原子能协会杂志》，第24卷，第5期，
第页 |
