一种薄膜热电堆热流传感器灵敏度系数的实验研究

为应对长时间、高频响、高热流密度条件下的热流密度测试要求，通过热沉体设计发展了一种新型热阻式薄膜热电堆热流传感器，并利用对比标定的方法、采用辐射标定方式确定各个此类型传感器的灵敏度系数。标定实验数据表明：该类型热流传感器的灵敏度系数与感应面温度相关，且在高于一定温度之上校正关系式不同于以往的线性关系而呈现出二次非线性关系。通过分析可知：呈现出二次非线性校正关系式的原因主要是依赖于温度的热阻层导热系数以及薄膜热电偶Seebeck 系数。实验数据以及分析结果为该类型热流传感器的标定和优化设计提供了参考，同时确保了该类型热流传感器在使用过程中获得准确、可靠的热流测试数据。     

基于薄膜热电堆的新型高温瞬态热流密度传感器的研制

目前针对国内薄膜瞬态热流传感器一致性较差、制备工艺不成熟等问题，提出了一种基于光刻工艺和离子束溅射镀膜工艺的制备方法，200对T型金属薄膜热电偶沉积在10mm×10mm的水冷块上，测量1μm的氧化铝热阻层温差，从而得到瞬态热流密度值。对新型高温瞬态热流密度传感器进行比对法标定，一致性误差为0.211%，即工艺的一致性约为99.79%。实验表明，研制的新型高温瞬态热流密度传感器的一致性好,制备工艺具备良好重复性和可移植性，能够满足高温瞬态热流检测需要，为热流传感器的推广应用及标准化、批量化生产提供了良好的技术支撑。     

基于薄膜热电堆的新型高温瞬态热流密度传感器的研制

目前针对国内薄膜瞬态热流传感器一致性较差、制备工艺不成熟等问题，提出了一种基于光刻工艺和离子束溅射镀膜工艺的制备方法，200对T型金属薄膜热电偶沉积在10mm×10mm的水冷块上，测量1μm的氧化铝热阻层温差，从而得到瞬态热流密度值。对新型高温瞬态热流密度传感器进行比对法标定，一致性误差为0.211%，即工艺的一致性约为99.79%。实验表明，研制的新型高温瞬态热流密度传感器的一致性好,制备工艺具备良好重复性和可移植性，能够满足高温瞬态热流检测需要，为热流传感器的推广应用及标准化、批量化生产提供了良好的技术支撑。     

用不均匀钢带法测量对流换热系数的测量技术研究

对用不均匀钢带进行换热测量做了研究。制作了贴有14块扇形不均匀加热钢带作为测量面的换热盘。推导了计算不均匀加热钢带热流密度的三种不同的关系式,并对他们做了比较验证。计算了造成主要测温误差的热阻,方法是采用热电偶和热像仪相结合来比较他们的测温结果。对换热盘进行测试验证的结果表明其可以进行旋转盘的换热测量。通过换热实验,采用不均匀钢带加热、热电偶测温和遥测仪采集数据的方法,由测量出的盘面温度分布计算换热系数。     

碳纳米管薄膜传感器及其应变传感特性

碳纳米管薄膜可作为应变传感器用于结构损伤的健康监测。采用机械搅拌、超声处理和高速离心等分散工艺将多壁碳纳米管单分散后,通过真空吸滤法制备碳纳米管薄膜。对碳纳米管薄膜传感器进行了深入的研究,设计了一种高灵敏度的碳纳管薄膜应变传感器,与结构基体一体成型。弯曲应变传感实验表明碳纳米管薄膜传感器在不同的应变范围、不同的循环次数、不同的温度范围等条件下都具有良好的应变传感特性。结果表明碳纳米管薄膜传感器灵敏度较高,灵敏度系数为188.31(0~22 500 με),且具有较好的应变传感可逆性和可重复性。      

标准辐射热源

本文介绍一种为热流量值传递而研制的“标准辐射热源”。简述了“标准辐射热源”的原理和结构,给出了它的技术指标。误差分析表明该“标准辐射热源”输出的热流值误差不大于±3％。“热流”是个物理量,表示在单位时间内通过单位面积的能量,单位是KW/M~2(或W/CM~2),用以描述研究对象的热状态。它广泛用于能源、燃烧、宇航等领域。为了测量热流的大小,我国各科研生产部门都根据各自的需要研制了各种类型的热流传感器供测量时使用。但是,计量部门没有热流量值的传递系统,不可能对各种热流传感器进行分度和检定,因而热流量值也不统一。为了解决各种热流传感器在量值上的统一问题,研制了一套“热流测量系统”,对各种热流传感器进行分度和检定以实现热流量值的统一。“标准辐射热源”是“热流测量系统”中热流标准值的输出装置,所达到的主要技术指标为: 1.温度范围:900℃～2000℃(若石墨发热体经热解涂层处理后,最高温度可达3000℃); 2.控温精度:≤±2℃/10分钟;3.“靶子”两侧温度对称性:≤±2℃;4.黑度系数ε:0.99±0.005。测定技术指标的实验数据由表(1)和表(2)给出。黑度系数ε为计算值。     

氧-乙炔烧蚀试验中热流密度的计算

通过氧-乙炔烧蚀试验中改变氧气与乙炔气流量比值的一系列试验,研究了热流密度随其变化的规律,并利用一元线性回归方法,分区间拟合得到了热流密度与两种气体流量比值的数学关系式,经检验该关系式适用性较好,为防热复合材料在氧-乙炔烧蚀试验中热流密度的变化提供了可靠的计算依据.     

高超声速飞行器热流密度/分层温度/碳化层研究

受试验设备能力限制,地面风洞无法完全模拟高超声速飞行器临近空间热环境。文章采用在飞行器表面开孔安装长时耐高温热流传感器直接测量热流密度的方法,国内首次获得Ma12以上高超声速飞行器表面热流密度时变数据和边界层转捩特征。实测热流值与理论预示值规律相同,两者偏差小于20%。针对树脂基材料导热微分方程中虽考虑了热解吸热项,但未考虑导热系数随温度变化情况,采用在树脂基材料导热微分方程中加入物性参数随温度变化项的方法,计算了飞行器热防护结构内部分层温度和碳化层厚度,并与实测结果进行了比较,不考虑树脂热解特性和材料物性参数随温度变化,理论值高于实测值,最大偏差275~320℃;考虑热解特性和物性参数随温度变化情况,计算值与实测值最大偏差小于70℃。     

对流换热系数的瞬态测量技术

使用等热流法瞬态实验测量对流换热系数:基于流动稳定及热平衡条件下对测量表面突加一稳定热流,测出测量表面高低两种窄幅热色液晶的显色时间,根据窄幅液晶的显色温度及其时间通过求解一维半无限大平板非稳态导热方程得到对流换热系数.推导出此方法的误差传递公式,在此基础上分析如何得到准确的对流换热系数.最后给出热流法测对流换热系数的实验流程,并通过自由盘实验验证热流法测对流换热系数的可行性.     

关于单元表面吸收率的系统温度误差计算

利用系统灵敏度理论和系统误差统计理论,通过引入辐射传递系数和角系数间的关系,针对漫发射、漫反射热系统,提出了关于单元表面吸收率的系统温度误差计算方法。以立方体内表面间的辐射换热为例,采用该计算方法对系统温度误差进行了计算。通过分析比较表明:采用该方法得到系统温度灵敏度具有较高计算精度,系统统计温度误差受实验次数影响,并且在均方差较小的情况下,系统统计温度误差之比等于系统温度灵敏度之比的绝对值。     

基于可调谐光纤法珀滤波器的FBG应变测量实验研究

本文介绍了基于可调谐法珀滤波器的FBG解调技术,说明了其优缺点及其适用的场合。然后,采用等强度梁对FBG应变传感器进行了标定,该FBG应变传感器在20℃时的应变灵敏度系数为1. 176pm·με~(-1)。最后,对某无人机模型的机翼进行了应变实验测试,获得了比较理想的测量结果。此实验也证明了FBG应变传感器适用于一些低速、缓变、高精度、大容量测量的场合,具有比较广阔的应用前景。     

基于样条曲线插值的压力传感器的温度补偿

提出了基于三次样条曲线插值的温度补偿方法,用这种方法对测压范围为0.013 3×105~3.198 9×105 Pa,温度应用范围为-55~+80℃的高精度谐振筒压力传感器的实验标定结果进行了温度补偿.为加快标定过程,给出了传感器标定点数的减少方案.结果表明,在传感器的标定点数减少2/3的情况下,提出的温度补偿方法的综合误差为0.007 9%,约是基于径向基函数(RBF)神经网络的温度补偿方法的1/2,从而有效减少了传感器的标定成本和工作量.这对于解决高精度压力传感器的温度补偿问题具有一定的理论意义和工程应用价值.      

毛细泵环路系统运行特性的数值研究

给出了描述毛细泵环路(CPL)系统运行特性的非稳态模型,并运用该模型模拟了系统的启动过程,考察了储液罐中温度波动以及蒸发器上热负荷的突然改变对系统稳定性的影响;从数值模拟的角度更好地预测和分析CPL系统运行的过程和特点,该模型的数值结果与实验现象和实验数据相比有较好的一致性。通过该模型还可以进一步揭示CPL系统运行过程中启动困难、储液罐温度不能波动过大以及热流密度突然改变引起系统失效等内在原因,为设计出性能优良的CPL系统提供了理论依据。     

喷雾冷却系统稳态特性的实验研究

设计了一套可观察喷雾过程中的喷雾锥角、雾化效果、发热面上液膜及腔内气液分布状态的实验系统。验证了喷雾冷却技术解决极高热流密度散热问题的能力。通过实验研究了该系统的传热性能与稳态运行特性,分析了流量、喷嘴压降、喷雾高度、热流密度、热沉温度及回流液体过冷度等因素对系统传热性能和特性的影响。     

考虑热物性变化的月壤温度数值模拟

探月设备的热分析设计依赖于真实有效的月面热环境信息。借助于ANSYS热分析模块,建立了月壤导热系数随密度和温度变化、热容随温度变化的变热物性月壤温度求解模型,分别计算了月面纬度为26°和赤道地区的月表温度,探讨了赤道地区浅层月壤的温度分布。其中,月表温度计算结果与实测数据良好的一致性表明计算模型和所用计算参数适用可靠;而通过修正月壤导热系数来提高计算结果与实测数据的吻合程度则部分展示了月壤温度计算理论;在探讨赤道地区浅层月壤的温度分布时,文章给出了不同时刻对应的月壤温度剖面和热流剖面,并适度分析了月壤内部热流和导热系数对月壤温度剖面的影响,这些为利用月壤的温度剖面规律进行探月设备的热控设计提供了理论支持。     

溅射薄膜热电偶在非金属结构表面瞬态温度测量中的应用研究

介绍了利用薄膜成型技术,在非金属试验件表面用真空离子溅射技术制作薄膜热电偶,进行表面温度测量,并探讨薄膜热电偶在瞬态加热条件下与粘贴的常规热电偶在测温结果上的区别,为今后将薄膜制作技术应用于温度、热流密度及高温应变测量打下基础。     

基于经验的抓取姿态构造及数据手套校正

针对数据手套校正过程中真实人手姿态获取困难、校正模型简单的问题,提出一种基于真实抓取经验的校正数据库构造方法.该算法根据人手生理结构和手套传感器布局建立具有更高运动逼真度的虚拟手运动学模型,实现更为灵活的拇指运动和软手掌效果;在不需要任何外部硬件设备的情况下,将真实抓取经验与最优化理论结合,寻找针对给定三维物体及操作任务的最优抓取姿态,从而构造真实人手姿态数据库;利用最小二乘拟合和闭环迭代算法获得精确的数据手套传感器输出模型.实验结果表明:所提出的姿态构造方法能有效提高数据手套校正效率,且操作过程简单,易于实现自动化校正,适合实际工程应用.     

基于稳态方法的对流换热系数传感器研制

基于稳态方法研制出一种对流换热系数传感器.在研究中引入一个标定端,并分析其精度,与经典的经验公式进行了对比.通过标定实验验证了此传感器的可行性,得到修正系数值 K ,修正后传感器测量值与标准值的相对误差范围为0.4%~1.7%,不同传感器的K值不同.     

激光测距传感器光束矢向和零点位置标定方法

激光测距传感器常用于飞机壁板法向检测。为了解决激光测距传感器加工和安装误差导致的法向检测精度下降问题,提出和实施了一种利用几何数学模型和最小二乘法进行激光测距传感器光束矢向和零点位置标定的方法。首先,利用角度标定理论获取激光束与主轴进给方向的夹角。然后,借助激光跟踪仪建立坐标系,根据激光测距传感器射在与电主轴进给方向成不同夹角的平面上的测量值,利用几何数学模型计算出各激光点之间的相对坐标,运用最小二乘法拟合出激光束的空间方程,进而得到光束矢向和零点位置。最后,在航空制孔机器人平台上进行标定实验,并且根据标定结果进行了实验验证。实验结果证明:该方法能够较为准确地标定出激光测距传感器的光束矢向和零点位置,可使法向检测精度在0.18°内。      

掺杂nc-Si:H薄膜中纳米硅晶粒的择优生长

发现PECVD生长的系列掺杂氢化纳米硅(nc-Si:H)薄膜中纳米硅晶粒(nc-Si)有择优生长的趋势.用Raman、XRD、AFM、HRTEM等方法研究其微观结构时发现:掺磷的nc-Si:H薄膜XRD 峰位的二倍衍射角约为33°.掺硼nc-Si:H薄膜的XRD峰位的二倍衍射角约为47°.用自由能密度与序参量的关系结合实验参数分析得到:较高的衬底温度引起序参量改变,使掺磷nc-Si:H薄膜中nc-Si的晶面择优生长.适当的电场作用引起序参量改变,导致掺硼nc-Si:H薄膜在一定的自由能密度范围内nc-Si的晶面择优生长.