一种基于K型热电偶堆的耐高温热流传感器及其制造方法与流程

本发明属于热流热强度测试传感器技术领域，具体涉及一种基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器及其制造方法。

背景技术：

目前仅仅把温度作为热量传递的唯一信息已经远远不能满足研究需要，在农业生产、科学研究、航空航天、动力工程等领域，有很多关于热流的研究，所谓热流是指单位时间内在单位面积上所传递的热量，是节能检测监测的重要手段。在很多领域，被测对象的温度都在500℃以上，甚至可达1000℃，甚至更高，特别是航天工业，应用甚广。

目前国内市场上的热流传感器，多为常温热流传感器，高温热流传感器(达到1000℃，甚至超出1000℃)全部被进口品牌垄断。高温热流传感器的研制，关键是工艺，涉及材料、高温焊接、封装、防护、标定等。无论从市场需求还是技术发展趋势，开发一种响应时间快、性能稳定、耐高温性能好的耐高温热流传感器意义重大。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器，解决了上述提出的技术问题。

本发明采用的技术手段如下：一种基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器，包括封装机壳、固定支架和传感器机芯；所述传感器机芯设置于所述封装机壳内，所述封装机壳卡合连接于所述固定支架中部；所述传感器机芯包括k型热电偶堆，所述k型热电偶堆包括多个相互串联的k型热电偶，所述k型热电偶堆的首尾分别与耐高温引线焊接连接，所述k型热电偶包括镍铬合金正极和镍硅合金负极，所述k型热电偶堆的热阻为气体；所述k型热电偶绕制成矩形，各个所述k型热电偶成环形阵列排布；所述传感器机芯的前后两端面上分别设置第一绝缘层和第二绝缘层。

进一步的，所述封装机壳为圆形不锈钢机壳，所述封装机壳包括不锈钢后座、不锈钢机壳主体和不锈钢前盖，所述不锈钢机壳主体为上下设有圆柱形突起的不锈钢圆环，所述不锈钢机壳主体后端设有第一凹槽且与所述不锈钢后座密封焊接连接，所述不锈钢机壳主体前端设有第二凹槽且与所述不锈钢前盖密封焊接连接。

进一步的，所述固定支架包括环形卡扣和与所述环形卡扣两侧固定连接的固定压条，所述环形卡扣上设有一对卡片，所述不锈钢机壳主体通过卡片与所述环形卡扣连接，所述固定压条上设有螺母座，还包括螺栓，所述螺栓穿过耐高温磁铁和螺母座与螺母螺纹连接。

进一步的，所述耐高温引线穿过所述圆柱形突起与外部设备相连接。

进一步的，所述耐高温引线与所述圆柱形突起之间为密封连接，所述封装机壳内充满惰性气体，所述k型热电偶堆的热阻为惰性气体。

进一步的，所述传感器机芯的前端面通过第一耐高温胶接层与第一绝缘层粘接连接；所述传感器机芯的后端面通过第二耐高温胶接层与第二绝缘层粘接连接。

进一步的，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层为圆形云母片。

一种基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器的制作方法，包括权利要求1中所述的基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器，由以下步骤制成：

s1：将多个所述k型热电偶绕制成矩形，并将所有所述k型热电偶相互串联制成所述k型热电偶堆，然后在所述k型热电偶堆首尾焊接耐高温引线制成传感器机芯；

s2：在所述传感器机芯的前后两端面上粘接绝缘层；

s3：在不锈钢机壳主体后端的第一凹槽上放置不锈钢后座，并且将所述不锈钢机壳主体与所述不锈钢后座密封焊接连接；

s4：将所述传感器机芯放置于不锈钢机壳主体内，将耐高温引线穿过所述不锈钢机壳主体下部的圆柱形突起直至所述不锈钢机壳主体外部；

s5：在所述不锈钢机壳主体前端的第二凹槽上放置不锈钢前盖，并且将所述不锈钢机壳主体与不锈钢前盖密封焊接连接；

s6：在固定支架中部加工环形卡扣，在所述环形卡扣上下两端固定安装卡片，在所述卡片中部加工两个圆形的卡片通孔，将所述不锈钢机壳主体上下两端的圆柱形突起分别插入两个所述卡片通孔内；

s7：在固定支架左右两端各安装一个螺母座，在螺母座上放置螺母；

s8：将两个螺栓分别穿过耐高温磁铁和螺母座与螺母螺纹连接。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器，耐温可达1000℃，能够长期精确测试和测量200℃至800℃高温环境下的热流热强度检测。

(2)本发明的一种基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器，耐热性好，结构牢固，响应时间短。

(3)本发明的一种基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器的制造方法，生产效率高，一致性和稳定性好，成品率高，成本低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明所述基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器结构爆炸示意图；

图2是本发明所述传感器机芯结构示意图。

图中：1、k型热电偶堆，2、封装机壳，3、固定支架，4、传感器机芯，11、k型热电偶，12、耐高温引线，21、不锈钢后座，22、不锈钢机壳主体，23、不锈钢前盖，24、圆柱形突起，25、第一凹槽，26、第二凹槽，31、环形卡扣，32、固定压条，33、卡片，34、螺母座，35、螺母，36、螺栓，37、耐高温磁铁，38、卡片通孔，41、第一绝缘层，42、第二绝缘层。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，一种基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器，包括封装机壳2、固定支架3和传感器机芯4；所述传感器机芯4设置于所述封装机壳2内，所述封装机壳2卡合连接与所述固定支架3中部；所述传感器机芯4包括k型热电偶堆1，所述k型热电偶堆1包括多个相互串联的k型热电偶11，所述k型热电偶堆1的首尾分别与耐高温引线12焊接连接，所述k型热电偶11包括镍铬合金正极和镍硅合金负极，所述k型热电偶堆1的热阻为气体；所述k型热电偶11绕制成矩形，各个所述k型热电偶11成环形阵列排布；所述传感器机芯4的前后两端面上分别设置第一绝缘层41和第二绝缘层42。

所述k型热电偶11的节点为温度测试点，气体为所述k型热电偶堆1的热阻。

进一步的，所述封装机壳2为圆形不锈钢机壳，所述封装机壳2包括不锈钢后座21、不锈钢机壳主体22和不锈钢前盖23，所述不锈钢机壳主体22为上下设有圆柱形突起24的不锈钢圆环，所述不锈钢机壳主体22后端设有第一凹槽25且与所述不锈钢后座21密封焊接连接，所述不锈钢机壳主体22前端设有第二凹槽26且与所述不锈钢前盖23密封焊接连接。

进一步的，所述固定支架3包括环形卡扣31和与所述环形卡扣31两侧固定连接的固定压条32，所述环形卡扣31上设有一对卡片33，所述不锈钢机壳主体22通过卡片33与所述环形卡扣31卡合连接，所述固定压条32上设有螺母座34，还包括螺栓36，所述螺栓36穿过耐高温磁铁37和螺母座34与螺母35螺纹连接。

进一步的，所述耐高温引线12穿过所述圆柱形突起24与外部设备相连接。

进一步的，所述传感器机芯4的前端面通过第一耐高温胶接层与第一绝缘层41粘接连接；所述传感器机芯4的后端面通过第二耐高温胶接层与第二绝缘层42粘接连接。

进一步的，所述第一绝缘层41和所述第二绝缘层42为圆形云母片。

所述基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器能够精确测试和测量高温环境下200℃至1000℃范围内的热流热强度检测，尤其能够长期测试和测量200℃至800℃范围内的热流热强度检测。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于，所述k型热电偶堆11包括10组相互串联的k型热电偶11。

进一步的，所述第一绝缘层41和所述第二绝缘层42为厚度0.05mm的云母片。

进一步的，所述封装机壳2为直径37mm厚度5mm的不锈钢密封机壳。

实施例3

本实施例与实施例1不同之处在于，所述耐高温引线12与所述圆柱形突起24之间为密封连接，所述封装机壳2内充满惰性气体，所述k型热电偶堆1的热阻为惰性气体。

采用惰性气体作为所述k型热电偶堆1的热阻为能够提高感温灵敏度，减少响应时间。

实施例4

一种基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器的制作方法，包括权利要求1中所述的基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器，由以下步骤制成：

s1：将多个所述k型热电偶11绕制成矩形，并将所有所述k型热电偶11相互串联制成所述k型热电偶堆1，然后在所述k型热电偶堆1首尾焊接耐高温引线12制成传感器机芯4；

s2：在所述传感器机芯4的前后两端面上粘接绝缘层；

s3：在不锈钢机壳主体22后端的第一凹槽25上放置不锈钢后座21，并且将所述不锈钢机壳主体22与所述不锈钢后座21密封焊接连接；

s4：将所述传感器机芯4放置于不锈钢机壳主体22内，将耐高温引线12穿过所述不锈钢机壳主体22下部的圆柱形突起24直至所述不锈钢机壳主体22外部；

s5：在所述不锈钢机壳主体22前端的第二凹槽26上放置不锈钢前盖23，并且将所述不锈钢机壳主体22与不锈钢前盖23密封焊接连接；

s6：在固定支架3中部加工环形卡扣31，在所述环形卡扣31上下两端固定安装卡片33，在所述卡片33中部加工两个圆形的卡片通孔38，将所述不锈钢机壳主体22上下两端的圆柱形突起24分别插入两个所述卡片通孔38内；

s7：在固定支架3左右两端各安装一个螺母座34，在螺母座34上放置螺母35；

s8：将两个螺栓36分别穿过耐高温磁铁37和螺母座34与螺母35螺纹连接。

实施例5

本发明还提供了一种基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器，包括封装机壳2、固定支架3和传感器机芯4；所述传感器机芯4设置于所述封装机壳2内，所述封装机壳2卡合连接与所述固定支架3中部；所述传感器机芯4包括k型热电偶堆1，所述k型热电偶堆1包括10组相互串联的k型热电偶11，所述k型热电偶堆1的首尾分别与耐高温引线12焊接连接，所述k型热电偶11包括镍铬合金正极和镍硅合金负极，所述k型热电偶堆1的热阻为气体；所述k型热电偶11绕制成矩形，各个所述k型热电偶11成环形阵列排布；所述传感器机芯4的前后两端面上分别设置第一绝缘层41和第二绝缘层42，所述第一绝缘层41和所述第二绝缘层42为厚度0.05mm的云母片。

所述k型热电偶11的节点为温度测试点，气体为所述k型热电偶堆1的热阻。

进一步的，所述封装机壳2为直径37mm厚度5mm的圆形不锈钢密封机壳，所述封装机壳2包括不锈钢后座21、不锈钢机壳主体22和不锈钢前盖23，所述不锈钢机壳主体22为上下设有圆柱形突起24的不锈钢圆环，所述不锈钢机壳主体22后端设有第一凹槽25且与所述不锈钢后座21密封焊接连接，所述不锈钢机壳主体22前端设有第二凹槽26且与所述不锈钢前盖23密封焊接连接。

进一步的，所述固定支架3包括环形卡扣31和与所述环形卡扣31两侧固定连接的固定压条32，所述环形卡扣31上设有一对卡片33，所述不锈钢机壳主体22通过卡片33与所述环形卡扣31卡合连接，所述固定压条32上设有螺母座34，还包括螺栓36，所述螺栓36穿过耐高温磁铁37和螺母座34与螺母35螺纹连接。

进一步的，所述耐高温引线12穿过所述圆柱形突起24与外部设备相连接。

进一步的，所述耐高温引线12与所述圆柱形突起24之间为密封连接，所述封装机壳2内充满惰性气体，所述k型热电偶堆1的热阻为惰性气体。

进一步的，所述传感器机芯4的前端面通过第一耐高温胶接层与第一绝缘层41粘接连接；所述传感器机芯4的后端面通过第二耐高温胶接层与第二绝缘层42粘接连接。

进一步的，所述第一绝缘层41和所述第二绝缘层42为圆形云母片。

所述基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器能够精确测试和测量高温环境下200℃至1000℃范围内的热流热强度检测，尤其能够长期测试和测量200℃至800℃范围内的热流热强度检测。

所述基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器，由以下步骤制成：

s1：将多个所述k型热电偶11绕制成矩形，并将所有所述k型热电偶11相互串联制成所述k型热电偶堆1，然后在所述k型热电偶堆1首尾焊接耐高温引线12制成传感器机芯4；

s2：在所述传感器机芯4的前后两端面上粘接绝缘层；

s3：在不锈钢机壳主体22后端的第一凹槽25上放置不锈钢后座21，并且将所述不锈钢机壳主体22与所述不锈钢后座21密封焊接连接；

s4：将所述传感器机芯4放置于不锈钢机壳主体22内，将耐高温引线12穿过所述不锈钢机壳主体22下部的圆柱形突起24直至所述不锈钢机壳主体22外部；

s5：在所述不锈钢机壳主体22前端的第二凹槽26上放置不锈钢前盖23，并且将所述不锈钢机壳主体22与不锈钢前盖23密封焊接连接；

s6：在固定支架3中部加工环形卡扣31，在所述环形卡扣31上下两端固定安装卡片33，在所述卡片33中部加工两个圆形的卡片通孔38，将所述不锈钢机壳主体22上下两端的圆柱形突起24分别插入两个所述卡片通孔38内；

s7：在固定支架3左右两端各安装一个螺母座34，在螺母座34上放置螺母35；

s8：将两个螺栓36分别穿过耐高温磁铁37和螺母座34与螺母35螺纹连接。

由于采用了上述技术方案，本发明涉及的基于k型热电偶堆的耐高温热流传感器及其制造方法，能够长期精确测试和测量200℃至1000℃高温环境下的热流热强度检测，耐热性好，结构牢固，响应时间短，生产效率高，一致性和稳定性好，成品率高，成本低。本发明可在热流热强度测试传感器技术领域广泛推广。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。