一种双节点热流传感器线序检测方法与流程

本发明涉及一种双节点热流传感器的线序检测方法，属于实验测量领域。

背景技术：

在常规风洞试验和飞行试验中常常采用同轴热电偶进行模型表面热流测量，且一般使用的同轴热电偶均为单节点同轴热电偶(即只能测量模型表面温度)，传感器一旦出现损坏，则测量位置的温度信息全部丢失，风险较大，另外采用单节点同轴热电偶进行热流测量只能获得模型表面温度，测量获得的信息较少，对复杂区域模型表面热流辨识带来巨大困难。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题为：提供一种双节点热流传感器，同时，针对该传感器线序不易分辨的问题，提出一种线序检测方法，通过在传感器顶部节点施加热激励，使得传感器的前后两个测量节点产生温差，同时测量两根相同材质补偿导线与另外一种补偿导线间的电压值，根据电压绝对值的相对大小，区分两根相同材质补偿导线的次序。

本发明解决的技术方案为：

一种双节点热流传感器线序检测方法，步骤如下：

(1)将双节点热流传感器安装于模型壁面上；

(2)在传感器头部施加一个热激励；

(3)同时测量第一补偿导线a与另外两根待区分的补偿导线x、y之间的电压值，分别为vax和vay；

(4)对比两个电压值绝对值的大小，

若|vax|＞|vay|，则补偿导线x为第二补偿导线b，补偿导线y为第三补偿导线c；

若|vax|＜|vay|，则补偿导线x为第三补偿导线c，补偿导线y为第二补偿导线b。

所述双节点热流传感器为柱型传感器，包括外电极、绝缘层、内电极、第一补偿导线a、第二补偿导线b以及第三补偿导线c；

所述外电极与所述内电极由能够组成热电偶的两种材料分别制成，所述内电极为柱体，所述外电极为隔着所述绝缘层紧密包裹住所述内电极的筒体；在传感器的尾端，长出所述外电极的所述内电极端部侧壁上焊接有第二补偿导线b，在所述外电极底部侧壁上分别焊接有第一补偿导线a和第三补偿导线c。

所述第二补偿导线b、第三补偿导线c与所述内电极的材料均相同，所述第一补偿导线a与所述外电极的材料相同；在传感器的顶端形成有所述内电极与所述外电极连通的第一节点，第二补偿导线b与所述外电极的连接处形成为第二节点。

三根补偿导线能够组合成三条测量通道，第一测量通道为所述第一补偿导线a、第一节点、第二补偿导线b连通的回路；第二测量通道为第一补偿导线a、第二节点、第三补偿导线c连通的回路；第三测量通道为第二补偿导线b、第一节点、第二节点、第三补偿导线c连通的回路。

在传感器的顶端，所述内电极与所述外电极的端面齐平，所述第一节点位于传感器顶端的端面上。

所述第一节点为通过打磨将内电极与外电极连接形成的节点，或者为通过镀导电涂层令内电极与外电极连接的节点。

所述绝缘层为电绝缘材料制成，厚度为10-20μm，在传感器尾端，第二节点与所述外电极端部的距离小于2mm；所述内电极长出所述外电极的长度小于5mm；所述外电极和第一补偿导线a为镍铬合金材料，所述内电极和第二补偿导线b为铜镍材料，所述绝缘层为绝缘漆，所述传感器外径为1.4mm，所述内电极直径为0.9mm。

传感器安装在被测试模型壁面上的通孔中，传感器的顶端端面与模型壁面外侧平齐，传感器的尾端以及补偿导线均位于模型内部，传感器的外电极与模型壁面上的安装孔紧密接触，第二节点靠近模型壁面内侧且距离小于1mm。

所述热激励为热吹风、电加热板或者火焰，将传感器头部的温度在5s内上升5℃以上。

测量补偿导线之间的电压值采用万用表或者数据采集设备，电压测量的灵敏度高于0.1mv；对比所测的两个电压绝对值为同一时刻所测电压值，且测量时刻位于施加热激励后的2～10s时间范围内；对比所测电压绝对值的大小，两个电压绝对值之间的差值大于0.1mv时有效。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提出的双节点热流传感器可同时进行两个节点温度的测量，获得的温度信息更加丰富，可为热流辨识提供更加丰富的温度信息；

(2)本发明提出的双节点热流传感器的安全系数更高，在使用过程中即使有一个节点损坏还可以测量获得另外一个点的温度

(3)双节点热流传感器为国内首创，目前尚无快速检测双节点热流传感器线序的方法，本发明线序检测法很好的解决了该问题。

附图说明

图1为传感器结构示意图；

图2为传感器安装示意图；

图3为检测流程图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。

如图1所示，本发明涉及一种双节点热流传感器，通过优化传感器的补偿导线连接方式，选择合理的测试方案，可以同时测量模型表面温度和背面温度信息，测量获得的信息更加丰富，另外，如果传感器的某一个部位出现损坏，一般情况下还能获得测量位置的一部分温度信息，可靠性更高。

如图1所示，本发明所述双节点热流传感器为柱型传感器，包括外电极、绝缘层、内电极、第一补偿导线a、第二补偿导线b以及第三补偿导线c。

外电极与所述内电极由能够组成热电偶的两种材料分别制成，所述内电极为柱体，所述外电极为隔着所述绝缘层紧密包裹住所述内电极的筒体；在传感器的尾端，长出所述外电极的所述内电极端部侧壁上焊接有第二补偿导线b，在所述外电极底部侧壁上分别焊接有第一补偿导线a和第三补偿导线c。

其中第一补偿导线a与外电极为同一种材质，第二补偿导线b和第三补偿导线c与内电极为同一种材质。第一补偿导线a有一根，其连接在外电极的尾段外侧；第二补偿导线b连接在内电极尾端，第三补偿导线c连接在外电极尾段外侧。该传感器共有两个测量节点，分别为节点①和节点②，节点①位于传感器顶端，为内电极和外电极的连接处，内外电极可以通过打磨的方式形成节点，也可以通过镀导电涂层形成连接节点；节点②位于外电极尾段外侧，为补偿导线c与外电极的连接处，节点②与外电极尾段的距离小于2mm。

内电极的长度大于外电极的长度，两者的长度差小于5mm。传感器为柱状，安装于模型表面的安装孔中，保证模型与传感器之间连接牢靠，无缝隙，可以采用螺纹连接，也可以采用胶水粘结。传感器安装过程中，保证节点②与模型背面(内壁面)的距离小于1mm，传感器固定以后，将传感器顶端修整至与壁面外侧平齐。

三根补偿导线能够组合成三条测量通道，第一测量通道为所述第一补偿导线a、第一节点、第二补偿导线b连通的回路；第二测量通道为第一补偿导线a、第二节点、第三补偿导线c通的回路；第三测量通道为第二补偿导线b、第一节点、第二节点、第三补偿导线c连通的回路。

将传感器的三根导线采用适当的方式进行组合，三条导线可以有三种组合方式进行测量，选择其中的一种组合方式(即上一段中的第一测量通道和第二测量通道)进行测量，可以实现b和c的快速区分，然后经过换算可以获得两个测量节点(节点①和节点②)的温度对应的电压值，通过对应热电偶的分度表进行换算，可得两个测量节点的温度信息。由模型表面温度和背面温度信息，经热流辨识，可得模型表面的热流密度。

该双节点热流传感器已经在xx和yy飞行试验中得到了大量应用，所使用的传感器类型为e型，传感器外电极和第一补偿导线a为镍铬合金材料，内电极和补偿导线b\c为铜镍材料，绝缘层为绝缘漆，传感器外径为1.4mm，绝缘层厚度为10-20μm，内电极直径为0.9mm，节点①为采用粗砂纸打磨形成的内外电极连接点，节点②为采用激光焊接形成的连接点。将补偿导线b作为公共的负极，补偿导线a和补偿导线c分别作为正极进行测量，获得的电压值分别为vab和vcb(单位mv)，冷端补偿温度为26℃，其对应的电压值为1.556mv，则节点①温度对应的电压值为v1＝vab+1.556，节点②温度对应的电压值为v2＝v1-vcb。通过e型热电偶的分度表可以换算出节点①和节点②的温度分别为t1和t2，t1可以认为是模型表面的温度，t2为模型背面的温度信息。由模型表面温度t1和背面温度t2，经过气动热辨识，可以获得模型表面热流密度q。

双节点热流传感器共有三个补偿导线，其中两个补偿导线的材质完全相同，补偿导线外壳颜色特征是根据补偿导线的材质进行区分的，因此无法直接区分两根颜色相同的补偿导线次序，尤其是当传感器已经安装到模型上以后，补偿导线与传感器电极的连接点已经被封装在传感器的保护壳中或者是覆盖在传感器安装连接胶中，无法直接观察到补偿导线与传感器电极的连接点，更加难以区分两根相同材质的补偿导线的次序，这为测试系统的连接带来了巨大的困难。

如图2所示，将双节点热流传感器安装于模型壁面，传感器安装在被测试模型壁面上的通孔中，传感器的顶端端面与模型壁面外侧平齐，传感器的尾端以及补偿导线均位于模型内部，传感器的外电极与模型壁面上的安装孔紧密接触，第二节点靠近模型壁面内侧且距离小于1mm。

传感器头部与模型壁面平齐，对传感器头部区域进行快速加热，在传感器的两个节点之间产生温差，表面温度(节点①)大于背面温度(节点②)，同时测量第一补偿导线a与另外两根补偿导线(分别记为补偿导线x和补偿导线y之间的电压值(记为vax和vay)，假如|vax|＞|vay|，则补偿导线x为图1中所示的第二补偿导线b，补偿导线y为第三补偿导线c。

假如|vax|＜|vay|，则补偿导线x为图1中所示的第三补偿导线c，补偿导线y为第二补偿导线b。采用以上方法可以方便快捷地对双节点热流传感器的两个外表特征一致的补偿导线进行有效区分。

综上，如图3所示，本发明针对双节点热流传感器，提出一种双节点热流传感器线序检测方法，包括：

(1)将双节点热流传感器安装于模型壁面上；

(2)在传感器头部施加一个热激励；热激励为热吹风、电加热板或者火焰，将传感器头部的温度在5s内上升5℃以上

(3)同时测量第一补偿导线a与另外两根待区分的补偿导线x、y之间的电压值，分别为vax和vay；

(4)对比两个电压值绝对值的大小，

若|vax|＞|vay|，则补偿导线x为第二补偿导线b，补偿导线y为第三补偿导线c；

若|vax|＜|vay|，则补偿导线x为第三补偿导线c，补偿导线y为第二补偿导线b。

该方法已经在xx和yy飞行试验中得到了应用，飞行试验中采用的是e型热电偶，内电极为康铜材料，外电极为镍铬合金。第一补偿导线a为镍铬合金补偿导线，外表为红色；补偿导线b和c为康铜材质，外表为绿色。飞行器模型测试系统连接时发现补偿导线b和c表面的标记物丢失，无法区分彼此。此时采用本发明的方法有效解决了这一技术问题。具体方法如下：采用电热吹风对传感器的头部进行加热，采用两个万用表分别测量红色补偿导线与另外两个绿色补偿导线之间的电压值，测量获得的电压值绝对值较大的为补偿导线a与补偿导线b间的电压值，所连接的绿色补偿导线记为补偿导线b，另外一根绿色补偿导线即为补偿导线c。