一種爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，包括信號(hào)線，該傳感器還包括安裝板，在安裝板中心開設(shè)有通孔，安裝板上表面加工有圓形凹槽，凹槽中固結(jié)有外徑和凹槽直徑相同的熱平衡銅環(huán)；通孔上方的凹槽中固結(jié)有一個(gè)圓盤形的量熱塊，量熱塊與熱平衡銅環(huán)之間設(shè)置絕熱材料；在量熱塊下方設(shè)置有一對(duì)熱電偶絲，兩個(gè)熱電偶絲的下端均穿過隔離膠布，并分別固結(jié)有所述的信號(hào)線；通孔、凹槽、熱平衡銅環(huán)和量熱塊同軸心線設(shè)置。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、制作方便、易于安裝、響應(yīng)時(shí)間短、傳感器在較高的沖擊作用下不易被損壞等優(yōu)點(diǎn)，適宜爆炸場(chǎng)使用。
【專利說明】一種爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種熱流密度傳感器，它適用于溫壓/云爆炸藥爆炸場(chǎng)高溫高壓環(huán)境，用于測(cè)量爆炸場(chǎng)指定距離處的熱流密度。
【背景技術(shù)】
[0002]溫壓/云爆炸藥在密閉空間內(nèi)爆炸時(shí)，產(chǎn)生的熱量高于傳統(tǒng)炸藥，在密閉空間內(nèi)熱量不易散失，產(chǎn)生的沖擊波由于反射作用而得到加強(qiáng)，因此，溫壓/云爆炸藥特別適合于殺傷密閉空間內(nèi)的目標(biāo)。目前，世界各軍事強(qiáng)國(guó)紛紛展開溫壓/云爆炸藥毀傷效應(yīng)的研究。獲取溫壓/云爆炸藥的熱流密度曲線，結(jié)合目標(biāo)的熱物性數(shù)據(jù)，就可以對(duì)目標(biāo)的熱毀傷情況進(jìn)行評(píng)估。因此，準(zhǔn)確測(cè)量溫壓/云爆炸藥的熱流密度曲線具有特別重要的意義。
[0003]Ikg溫壓/云爆炸藥爆炸時(shí)，爆炸場(chǎng)內(nèi)熱流密度數(shù)量級(jí)常常高于10V/m2，熱流作用時(shí)間短(幾十至幾百ms數(shù)量級(jí))，爆炸時(shí)還伴隨巨大的沖擊波超壓，因此，爆炸場(chǎng)內(nèi)的熱流密度傳感器必須具有較強(qiáng)的抗沖擊能力，響應(yīng)時(shí)間短，測(cè)量上限高等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的圓箔式熱流密度傳感器測(cè)量上限受到銅箔厚度和紫銅熱沉體的限制，熱阻式熱流密度傳感器在測(cè)量上限較高時(shí)需要通水冷卻，這些缺點(diǎn)使它們難以滿足爆炸場(chǎng)的使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，該傳感器適用于溫壓/云爆炸藥爆炸環(huán)境，能耐瞬態(tài)高溫高壓作用，而且傳感器制作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、響應(yīng)時(shí)間短。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0006]一種爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，包括信號(hào)線，
[0007]該傳感器還包括安裝板，在安裝板中心開設(shè)有通孔，安裝板上表面加工有圓形凹槽，凹槽中固結(jié)有外徑和凹槽直徑相同的熱平衡銅環(huán)；
[0008]通孔上方的凹槽中固結(jié)有一個(gè)圓盤形的量熱塊，量熱塊的直徑大于通孔的直徑且小于熱平衡銅環(huán)的中心孔直徑，量熱塊與熱平衡銅環(huán)之間設(shè)置絕熱材料；在量熱塊下方設(shè)置有一對(duì)熱電偶絲，兩個(gè)熱電偶絲的上端分別固結(jié)在量熱塊下表面中心處和下表面邊緣處，兩個(gè)熱電偶絲的下端均穿出通孔，并分別固結(jié)有所述的信號(hào)線；
[0009]通孔、凹槽、熱平衡銅環(huán)和量熱塊同軸心線設(shè)置。
[0010]進(jìn)一步地，所述的通孔下方設(shè)置有覆蓋通孔下端面的隔離膠布，安裝板下表面上設(shè)置有用于安裝該傳感器的粘接膠，粘接膠位于隔離膠布的下部。
[0011]進(jìn)一步地，所述的量熱塊下表面中心處固結(jié)的熱電偶絲為銅鎳熱電偶絲，量熱塊下表面邊緣處固結(jié)的熱電偶絲為銅熱電偶絲。
[0012]優(yōu)選地，所述的銅鎳熱電偶絲和銅熱電偶絲均采用直徑為0.2mm的康銅熱電偶絲。
[0013]進(jìn)一步地，所述的安裝板采用聚酰亞胺材料制成，所述的熱平衡銅環(huán)和量熱塊通過聚酰亞胺粘接劑固結(jié)在凹槽中。
[0014]進(jìn)一步地，所述的熱平衡銅環(huán)和量熱塊為同樣的材質(zhì)，均采用銅制成。
[0015]進(jìn)一步地，所述的量熱塊的厚度和熱平衡銅環(huán)的厚度相同，量熱塊上表面、安裝板上表面和熱平衡銅環(huán)的上表面處于同一平面。
[0016]所述的熱電偶絲上涂抹有絕緣漆。
[0017]進(jìn)一步地，所述的信號(hào)線的外部設(shè)置有絕緣套管。
[0018]優(yōu)選地，所述的熱電偶絲的上端通過焊接的方式固結(jié)在量熱塊下表面，熱電偶絲的下端通過焊接的方式固結(jié)信號(hào)線。
[0019]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
[0020](I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝；該傳感器體積小，使用時(shí)僅需通過粘接膠將傳感器固定在安裝位置上即可；
[0021](2)制作材料容易獲取，成本低廉，易于加工；
[0022](3)測(cè)量精度高，傳感器設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了影響測(cè)量誤差的諸多因素，將各因素的影響降到最低，經(jīng)計(jì)算，該傳感器的測(cè)量擴(kuò)展不確定度小于10% Ck = 2)；
[0023](4)能滿足爆炸場(chǎng)的使用要求，在測(cè)量時(shí)間內(nèi)可保證傳感器的正常輸出，獲取的測(cè)量曲線正常。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中密閉爆炸罐的示意圖；
[0026]圖3是圖2的A-A剖面圖；
[0027]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖5是本發(fā)明實(shí)施例中量熱塊的升溫曲線；
[0029]圖6是本發(fā)明實(shí)施例中量熱塊的熱流密度曲線；
[0030]圖中標(biāo)號(hào)分別代表:1一熱平衡銅環(huán)，2—絕熱材料，3—量熱塊，4一熱電偶絲，5—安裝板，6一聚酰亞胺粘接劑，7—隔尚膠布，8—絕緣套管，9一焊接點(diǎn)，10一信號(hào)線，11一粘接膠，12一通孔；
[0031]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述。
【具體實(shí)施方式】
[0032]遵從上述技術(shù)方案，如圖1所示，一種爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，包括信號(hào)線10 ；
[0033]該傳感器還包括安裝板5，在安裝板5中心開設(shè)有通孔12，通孔12的下方設(shè)置有覆蓋通孔12下端面的隔離膠布7 ;安裝板5上表面加工有圓形凹槽，凹槽中固結(jié)有外徑和凹槽直徑相同的熱平衡銅環(huán)I ;
[0034]通孔12上方的凹槽中固結(jié)有一個(gè)圓盤形的量熱塊3，量熱塊3的直徑大于通孔12的直徑且小于熱平衡銅環(huán)I的中心孔直徑，量熱塊3與熱平衡銅環(huán)I之間設(shè)置絕熱材料2 ；在量熱塊3下方設(shè)置有一對(duì)熱電偶絲4，兩個(gè)熱電偶絲4的上端分別固結(jié)在量熱塊3下表面中心處和下表面邊緣處，兩個(gè)熱電偶絲4的下端均穿過隔離膠布7和粘接膠11，并分別固結(jié)有所述的信號(hào)線10 ;信號(hào)線10可通過焊接的方式與熱電偶絲4連接；[0035]通孔12、凹槽、熱平衡銅環(huán)I和量熱塊3同軸心線設(shè)置。
[0036]在量熱塊3下表面中心處固結(jié)的熱電偶絲4為銅鎳熱電偶絲，量熱塊3下表面邊緣處固結(jié)的熱電偶絲4為銅熱電偶絲；銅鎳熱電偶絲和銅熱電偶絲均采用直徑為0.2mm的康銅熱電偶絲；熱電偶絲4的上端通過焊接的方式固結(jié)在量熱塊3下表面，焊接處要求平滑牢固，焊接完畢后熱電偶絲4能承受一定的拉力。熱電偶絲4的下端(參考端)與信號(hào)線10焊接于焊接點(diǎn)9處，焊接點(diǎn)9處要求焊接穩(wěn)固；熱電偶絲4表面涂抹絕緣漆保證絕緣性，而信號(hào)線10與焊接點(diǎn)9外設(shè)置有絕緣套管8保證該段的絕緣性；該段可根據(jù)實(shí)際需要適當(dāng)彎曲。
[0037]安裝板5下表面上設(shè)置有一層用于安裝該傳感器的粘接膠11，粘接膠11位于隔離膠布7的下部；使用時(shí)將該傳感器通過粘接膠11粘結(jié)在安裝點(diǎn)即可；而通孔12下端覆蓋的隔離膠布7的作用是保證粘接膠11與測(cè)量表面粘結(jié)時(shí)，膠不會(huì)回流到量熱塊3下表面，以免影響測(cè)量結(jié)果。
[0038]量熱塊3與熱平衡銅環(huán)I幾何尺寸較小，測(cè)量時(shí)兩者上表面平齊并指向爆心，可認(rèn)為施加在它們上的熱流密度值相同。量熱塊3為圓餅狀，采用和熱平衡銅環(huán)I相同的高熱導(dǎo)率銅制成，并且量熱塊3和熱平衡銅環(huán)I的厚度相同、熱物性相同，因此兩者的溫度變化
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率y相同。由于量熱塊3和熱平衡銅環(huán)I的初溫相同，而量熱塊3和熱平衡銅環(huán)I之間還 dt
設(shè)置有導(dǎo)熱率極低的絕熱材料2，進(jìn)一步阻止了熱量的傳導(dǎo)，可以近似認(rèn)為量熱塊3側(cè)向不存在熱損失，計(jì)算熱密度時(shí)把量熱塊3按照一維無限大平板模型來計(jì)算。
[0039]安裝板5采用聚酰亞 胺材料制成，而熱平衡銅環(huán)I和量熱塊3通過聚酰亞胺粘接劑6固結(jié)在凹槽中。由于粘接劑與安裝板5材料一致，其熱物性參數(shù)相同，它們絕熱性能較好，減小了由于熱傳導(dǎo)帶來了傳感器測(cè)量誤差。
[0040]本發(fā)明的熱流密度值q通過下式進(jìn)行計(jì)算:
【權(quán)利要求】
1.一種爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，包括信號(hào)線(10)，其特征在于， 該傳感器還包括安裝板(5)，在安裝板(5)中心開設(shè)有通孔(12)，安裝板(5)上表面加工有圓形凹槽，凹槽中固結(jié)有外徑和凹槽直徑相同的熱平衡銅環(huán)(I); 通孔(12)上方的凹槽中固結(jié)有一個(gè)圓盤形的量熱塊(3)，量熱塊(3)的直徑大于通孔(12)的直徑且小于熱平衡銅環(huán)(I)的中心孔直徑，量熱塊(3)與熱平衡銅環(huán)(I)之間設(shè)置絕熱材料(2);在量熱塊(3)下方設(shè)置有一對(duì)熱電偶絲(4)，兩個(gè)熱電偶絲(4)的上端分別固結(jié)在量熱塊(3)下表面中心處和下表面邊緣處，兩個(gè)熱電偶絲(4)的下端均穿出通孔(12)，并分別固結(jié)有所述的信號(hào)線(10)； 通孔(12)、凹槽、熱平衡銅環(huán)(I)和量熱塊(3)同軸心線設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的通孔(12)下方設(shè)置有覆蓋通孔(12)下端面的隔離膠布(7)，安裝板(5)下表面上設(shè)置有用于安裝該傳感器的粘接膠(11)，粘接膠(11)位于隔離膠布(7)的下部。
3.如權(quán)利要求1所述的爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的量熱塊(3)下表面中心處固結(jié)的熱電偶絲(4)為銅鎳熱電偶絲，量熱塊(3)下表面邊緣處固結(jié)的熱電偶絲(4)為銅熱電偶絲。
4.如權(quán)利要求3所述的爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的銅鎳熱電偶絲和銅熱電偶絲均采用直徑為0.2mm的康銅熱電偶絲。
5.如權(quán)利要求1所述的爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的安裝板(5)采用聚酰亞胺材料制成，所述的熱平衡銅環(huán)(I)和量熱塊(3 )通過聚酰亞胺粘接劑(6 )固結(jié)在凹槽中。
6.如權(quán)利要求1所述的爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的熱平衡銅環(huán)(I)和量熱塊(3)為同樣的材質(zhì)，均采用銅制成。
7.如權(quán)利要求1所述的爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的量熱塊(3)的厚度與熱平衡銅環(huán)(I)的厚度相同，量熱塊(3 )上表面、安裝板(5 )上表面和熱平衡銅環(huán)(I)的上表面處于同一平面。
8.如權(quán)利要求2所述的爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的熱電偶絲(4)上涂抹有絕緣漆。
9.如權(quán)利要求2所述的爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的信號(hào)線(10)的外部設(shè)置有絕緣套管(8)。
10.如權(quán)利要求1所述的爆炸場(chǎng)用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的熱電偶絲(4)的上端通過焊接的方式固結(jié)在量熱塊(3)下表面，熱電偶絲(4)的下端通過焊接的方式固結(jié)信號(hào)線(10)。
【文檔編號(hào)】G01K17/06GK103674337SQ201310568094
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】張俊鋒, 何性順, 蘇健軍, 李芝絨, 姬建榮, 王勝?gòu)?qiáng), 潘文, 趙超越, 孔霖, 張玉磊, 茍兵旺, 閆瀟敏 申請(qǐng)人:西安近代化學(xué)研究所