一種爆炸場用熱流密度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種爆炸場用熱流密度傳感器，包括信號線，該傳感器還包括安裝板，在安裝板中心開設有通孔，安裝板上表面加工有圓形凹槽，凹槽中固結有外徑和凹槽直徑相同的熱平衡銅環；通孔上方的凹槽中固結有一個圓盤形的量熱塊，量熱塊與熱平衡銅環之間設置絕熱材料；在量熱塊下方設置有一對熱電偶絲，兩個熱電偶絲的下端均穿過隔離膠布，并分別固結有所述的信號線；通孔、凹槽、熱平衡銅環和量熱塊同軸心線設置。本發明具有結構簡單、成本低廉、制作方便、易于安裝、響應時間短、傳感器在較高的沖擊作用下不易被損壞等優點，適宜爆炸場使用。
【專利說明】一種爆炸場用熱流密度傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬于傳感器【技術領域】，具體涉及一種熱流密度傳感器，它適用于溫壓/云爆炸藥爆炸場高溫高壓環境，用于測量爆炸場指定距離處的熱流密度。
【背景技術】
[0002]溫壓/云爆炸藥在密閉空間內爆炸時，產生的熱量高于傳統炸藥，在密閉空間內熱量不易散失，產生的沖擊波由于反射作用而得到加強，因此，溫壓/云爆炸藥特別適合于殺傷密閉空間內的目標。目前，世界各軍事強國紛紛展開溫壓/云爆炸藥毀傷效應的研究。獲取溫壓/云爆炸藥的熱流密度曲線，結合目標的熱物性數據，就可以對目標的熱毀傷情況進行評估。因此，準確測量溫壓/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，爆炸場內熱流密度數量級常常高于10V/m2，熱流作用時間短(幾十至幾百ms數量級)，爆炸時還伴隨巨大的沖擊波超壓，因此，爆炸場內的熱流密度傳感器必須具有較強的抗沖擊能力，響應時間短，測量上限高等特點。傳統的圓箔式熱流密度傳感器測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量上限較高時需要通水冷卻，這些缺點使它們難以滿足爆炸場的使用要求。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于，提供一種爆炸場用熱流密度傳感器，該傳感器適用于溫壓/云爆炸藥爆炸環境，能耐瞬態高溫高壓作用，而且傳感器制作簡單、結構強度高、響應時間短。
[0005]為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案:
[0006]一種爆炸場用熱流密度傳感器，包括信號線，
[0007]該傳感器還包括安裝板，在安裝板中心開設有通孔，安裝板上表面加工有圓形凹槽，凹槽中固結有外徑和凹槽直徑相同的熱平衡銅環；
[0008]通孔上方的凹槽中固結有一個圓盤形的量熱塊，量熱塊的直徑大于通孔的直徑且小于熱平衡銅環的中心孔直徑，量熱塊與熱平衡銅環之間設置絕熱材料；在量熱塊下方設置有一對熱電偶絲，兩個熱電偶絲的上端分別固結在量熱塊下表面中心處和下表面邊緣處，兩個熱電偶絲的下端均穿出通孔，并分別固結有所述的信號線；
[0009]通孔、凹槽、熱平衡銅環和量熱塊同軸心線設置。
[0010]進一步地，所述的通孔下方設置有覆蓋通孔下端面的隔離膠布，安裝板下表面上設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]進一步地，所述的量熱塊下表面中心處固結的熱電偶絲為銅鎳熱電偶絲，量熱塊下表面邊緣處固結的熱電偶絲為銅熱電偶絲。
[0012]優選地，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，所述的熱平衡銅環和量熱塊通過聚酰亞胺粘接劑固結在凹槽中。
[0014]進一步地，所述的熱平衡銅環和量熱塊為同樣的材質，均采用銅制成。
[0015]進一步地，所述的量熱塊的厚度和熱平衡銅環的厚度相同，量熱塊上表面、安裝板上表面和熱平衡銅環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]進一步地，所述的信號線的外部設置有絕緣套管。
[0018]優選地，所述的熱電偶絲的上端通過焊接的方式固結在量熱塊下表面，熱電偶絲的下端通過焊接的方式固結信號線。
[0019]本發明的有益效果體現在以下幾個方面:
[0020](I)結構簡單，便于安裝；該傳感器體積小，使用時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)測量精度高，傳感器設計時充分考慮了影響測量誤差的諸多因素，將各因素的影響降到最低，經計算，該傳感器的測量擴展不確定度小于10% Ck = 2)；
[0023](4)能滿足爆炸場的使用要求，在測量時間內可保證傳感器的正常輸出，獲取的測量曲線正常。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發明的構剖面結構示意圖；
[0025]圖2是本發明實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是本發明實施例的硬件結構圖；
[0028]圖5是本發明實施例中量熱塊的升溫曲線；
[0029]圖6是本發明實施例中量熱塊的熱流密度曲線；
[0030]圖中標號分別代表:1一熱平衡銅環，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，10一信號線，11一粘接膠，12一通孔；
[0031]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳述。
【具體實施方式】
[0032]遵從上述技術方案，如圖1所示，一種爆炸場用熱流密度傳感器，包括信號線10 ；
[0033]該傳感器還包括安裝板5，在安裝板5中心開設有通孔12，通孔12的下方設置有覆蓋通孔12下端面的隔離膠布7 ;安裝板5上表面加工有圓形凹槽，凹槽中固結有外徑和凹槽直徑相同的熱平衡銅環I ;
[0034]通孔12上方的凹槽中固結有一個圓盤形的量熱塊3，量熱塊3的直徑大于通孔12的直徑且小于熱平衡銅環I的中心孔直徑，量熱塊3與熱平衡銅環I之間設置絕熱材料2 ；在量熱塊3下方設置有一對熱電偶絲4，兩個熱電偶絲4的上端分別固結在量熱塊3下表面中心處和下表面邊緣處，兩個熱電偶絲4的下端均穿過隔離膠布7和粘接膠11，并分別固結有所述的信號線10 ;信號線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I和量熱塊3同軸心線設置。
[0036]在量熱塊3下表面中心處固結的熱電偶絲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)與信號線10焊接于焊接點9處，焊接點9處要求焊接穩固；熱電偶絲4表面涂抹絕緣漆保證絕緣性，而信號線10與焊接點9外設置有絕緣套管8保證該段的絕緣性；該段可根據實際需要適當彎曲。
[0037]安裝板5下表面上設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；使用時將該傳感器通過粘接膠11粘結在安裝點即可；而通孔12下端覆蓋的隔離膠布7的作用是保證粘接膠11與測量表面粘結時，膠不會回流到量熱塊3下表面，以免影響測量結果。
[0038]量熱塊3與熱平衡銅環I幾何尺寸較小，測量時兩者上表面平齊并指向爆心，可認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I相同的高熱導率銅制成，并且量熱塊3和熱平衡銅環I的厚度相同、熱物性相同，因此兩者的溫度變化
dT
率y相同。由于量熱塊3和熱平衡銅環I的初溫相同，而量熱塊3和熱平衡銅環I之間還 dt
設置有導熱率極低的絕熱材料2，進一步阻止了熱量的傳導，可以近似認為量熱塊3側向不存在熱損失，計算熱密度時把量熱塊3按照一維無限大平板模型來計算。
[0039]安裝板5采用聚酰亞 胺材料制成，而熱平衡銅環I和量熱塊3通過聚酰亞胺粘接劑6固結在凹槽中。由于粘接劑與安裝板5材料一致，其熱物性參數相同，它們絕熱性能較好，減小了由于熱傳導帶來了傳感器測量誤差。
[0040]本發明的熱流密度值q通過下式進行計算:
【權利要求】
1.一種爆炸場用熱流密度傳感器，包括信號線(10)，其特征在于， 該傳感器還包括安裝板(5)，在安裝板(5)中心開設有通孔(12)，安裝板(5)上表面加工有圓形凹槽，凹槽中固結有外徑和凹槽直徑相同的熱平衡銅環(I); 通孔(12)上方的凹槽中固結有一個圓盤形的量熱塊(3)，量熱塊(3)的直徑大于通孔(12)的直徑且小于熱平衡銅環(I)的中心孔直徑，量熱塊(3)與熱平衡銅環(I)之間設置絕熱材料(2);在量熱塊(3)下方設置有一對熱電偶絲(4)，兩個熱電偶絲(4)的上端分別固結在量熱塊(3)下表面中心處和下表面邊緣處，兩個熱電偶絲(4)的下端均穿出通孔(12)，并分別固結有所述的信號線(10)； 通孔(12)、凹槽、熱平衡銅環(I)和量熱塊(3)同軸心線設置。
2.如權利要求1所述的爆炸場用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的通孔(12)下方設置有覆蓋通孔(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.如權利要求1所述的爆炸場用熱流密度傳感器，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)下表面邊緣處固結的熱電偶絲(4)為銅熱電偶絲。
4.如權利要求3所述的爆炸場用熱流密度傳感器，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.如權利要求1所述的爆炸場用熱流密度傳感器，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(I)和量熱塊(3 )通過聚酰亞胺粘接劑(6 )固結在凹槽中。
6.如權利要求1所述的爆炸場用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的熱平衡銅環(I)和量熱塊(3)為同樣的材質，均采用銅制成。
7.如權利要求1所述的爆炸場用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的量熱塊(3)的厚度與熱平衡銅環(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(I)的上表面處于同一平面。
8.如權利要求2所述的爆炸場用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的熱電偶絲(4)上涂抹有絕緣漆。
9.如權利要求2所述的爆炸場用熱流密度傳感器，其特征在于，所述的信號線(10)的外部設置有絕緣套管(8)。
10.如權利要求1所述的爆炸場用熱流密度傳感器，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信號線(10)。
【文檔編號】G01K17/06GK103674337SQ201310568094
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2013年11月12日
【發明者】張俊鋒, 何性順, 蘇健軍, 李芝絨, 姬建榮, 王勝強, 潘文, 趙超越, 孔霖, 張玉磊, 茍兵旺, 閆瀟敏 申請人:西安近代化學研究所