【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热量测量设备及高超声速测试，更具体地说，本专利技术涉及一种有效测试时间长的铂薄片热流传感器的制备及使用方法。
技术介绍
1、高超声速气动热环境试验主要用于获取飞行器表面的热流分布，为飞行器防热设计提供输入。目前常用气动热环境试验中主要使用的热流传感器之一的薄膜热电阻主要采用的是磁控溅射等物理气相沉积（pvd）技术生成的约500nm厚的铂薄膜作为敏感元件，但受pvd工艺参数稳定性、靶室环境污染、基底光洁度等因素影响，薄膜与基底之间的结合力以及薄膜自身的致密度都相对较差，在高超声速风洞试验中容易被冲刷减薄导致测量结果不准确，严重时甚至被冲刷脱落，损坏率高，降低试验效率和增加试验成本。此外，受一维半无限大体假设的限制，这种薄膜热电阻热流传感器由于缺乏底部温度变化的修正数据，只能进行100毫秒级以内的热流测试，严重限制了其使用范围。随着高超声速试验设备能力的发展，地面能够开展气动热环境试验的风洞试验时间达到100毫秒级以上，同时飞行试验在高超声速状态的持续时间也达到了秒级甚至更长，因此迫切需要发展能够用于长时间测试的热流传感器。
2、鉴于传统铂薄膜热电阻传感器的不足以及长时间热流测量的试验需求，采用微米量级厚度的金属铂薄片来代替传统薄膜，提高测热敏感元件的物理性能稳定性，并且保持热流测量分辨率和响应频率与薄膜铂热电阻热流传感器相当。同时采用在一定厚度上布置的铂电阻测试结果用于温度修正，提升传感器有效测试时间；结合飞秒激光的焊接、冷去除等加工技术，专利技术了一种可用于长时间测试的厚铂片电阻热流传感器制备及使用方法
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
2、为了实现根据本专利技术的这些目的和优点，提供了一种有效测试时间长的铂薄片热流传感器，包括：
3、传感器底座；
4、基底，其固定设置在所述传感器底座的上表面，所述基底的下表面固定设置有温度修正元件；
5、测热敏感元件，其固定设置在所述基底的上表面；所述温度修正元件和测热敏感元件均为同向双螺旋线状结构；
6、两个第一导电膜，其分别与所述测热敏感元件的两连接端相接；
7、两个第二导电膜，其分别与所述温度修正元件的两连接端相接；
8、两根第一信号线，其分别与所述第一导电膜相接；
9、两根第二信号线，其分别与所述第二导电膜相接。
10、优选的是，其中，所述测热敏感元件为铂薄片，铂薄片的厚度为1μm~5μm，铂薄片螺旋线条宽度、间隔以及螺旋圈数根据需要确定。
11、优选的是，其中，所述温度修正元件为铂薄片或薄膜热电阻，所述温度修正元件与所述测热敏感元件的同向双螺旋线状结构呈交错排布。
12、优选的是，其中，所述传感器底座为氧化锆单晶材质。
13、优选的是，其中，所述基底为圆柱结构，所述基底的材质为可透激光的氧化锆单晶；所述基底的直径为2mm，厚度为2mm，所述基底的上表面和下表面为光洁面。
14、优选的是，其中，所述第一导电膜和第二导电膜的材质为耐高温的导电浆，所述第一导电膜紧贴所述基底和传感器底座，所述第二导电膜紧贴所述传感器底座，
15、优选的是，其中，所述第一信号线和第二信号线为铜芯导线，所述第一信号线和第二信号线的长度不小于1000mm。
16、一种有效测试时间长的铂薄片热流传感器的制备方法，包括以下步骤：
17、步骤一、采用辊压的方法将块状金属铂辊压为微米量级厚度的片状金属铂片，将金属铂片通过聚焦激光熔化基底上表面局部区域焊接到基底的上表面，并保证连续焊点形成同向双螺旋线条，再将金属铂片未焊接的部位通过飞秒激光冷去除，由此得到同向双螺旋线状结构的铂薄片线条；将温度修正元件通过激光焊接到基底的下表面，并保证连续焊点形成同向双螺旋线条，再将温度修正元件未焊接的部位通过激光冷去除，由此形成同向双螺旋线状结构的温度修正元件；
18、步骤二、将基底下表面通过激光焊接到传感器底座上；
19、步骤三、在铂薄片两端和温度修正元件两端分别敷设耐高温导电浆，导电浆高温固化形成两个第一导电膜和两个第二导电膜，在传感器底座底端采用四根不同颜色的铜芯导线分别点焊接第一导电膜和第二导电膜，实现第一信号线与第一导电膜的电性连接以及第二信号线和第二导电膜的电性连接。
20、优选的是，其中，所述步骤一中，所述温度修正元件的制备方法替换为采用pvd工艺沉积在所述基底的下表面，在基底下表面得到薄膜热电阻结构的温度修正元件。
21、一种有效测试时间长的铂薄片热流传感器的使用方法，所述温度修正元件用于对测热敏感元件计算得到的热流进行修正，同时提供一种基于传热方向上温度梯度的热流计算方法，达到延长热流传感器有效测试时间的目的；其中，热流计算方法如下式所示：
22、
23、
24、
25、
26、其中， ρ是基底的密度、 c是基底的比热容、 k是基底的导热系数， t1是测热敏感元件测得的温度， t2是温度修正元件测得的温度， α是当铂薄片热流传感器用于不大于500ms的有效试验时间内的修正系数，由铂薄片热流传感器标定实验数据确定， β是当铂薄片热流传感器用于大于500ms的有效试验时间内的传感器灵敏度系数，同样由铂薄片热流传感器标定实验数据确定， q为待测热流， q1为100ms时间内的待测热流， t为热流测试时间， t n、 t i、 t i-1分别表示第 n、 i、 i-1时刻， t1, i表示测热敏感元件电阻变换而来的第 i时刻基底上表面温度、 t1, i-1表示测热敏感元件电阻变换而来的第 i-1时刻基底上表面温度。
27、本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术采用微米量级厚度的金属铂薄片来代替传统薄膜，提高了测热敏感元件的物理性能稳定性，并且保持热本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种有效测试时间长的铂薄片热流传感器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器，其特征在于，所述测热敏感元件为铂薄片，铂薄片的厚度为1μm~5μm。
3.如权利要求1所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器，其特征在于，所述温度修正元件为铂薄片或薄膜热电阻，所述温度修正元件与所述测热敏感元件的同向双螺旋线状结构呈交错排布。
4.如权利要求1所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器，其特征在于，所述传感器底座为氧化锆单晶材质。
5.如权利要求1所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器，其特征在于，所述基底为圆柱结构，所述基底的材质为可透激光的氧化锆单晶；所述基底的直径为2mm，厚度为2mm，所述基底的上表面和下表面为光洁面。
6.如权利要求1所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器，其特征在于，所述第一导电膜和第二导电膜的材质为导电浆，所述第一导电膜紧贴所述基底和传感器底座，所述第二导电膜紧贴所述传感器底座。
7.如权利要求1所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器，其特征在于，所述
8.一种如权利要求1-7任一项所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述温度修正元件的制备方法替换为采用PVD工艺沉积在所述基底的下表面，在基底下表面得到薄膜热电阻结构的温度修正元件。
10.一种如权利要求1-7任一项所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器的使用方法，其特征在于，所述温度修正元件用于对测热敏感元件计算得到的热流进行修正，同时提供一种基于传热方向上温度梯度的热流计算方法，达到延长热流传感器有效测试时间的目的；其中，热流计算方法如下式所示：
...【技术特征摘要】
1.一种有效测试时间长的铂薄片热流传感器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器，其特征在于，所述测热敏感元件为铂薄片，铂薄片的厚度为1μm~5μm。
3.如权利要求1所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器，其特征在于，所述温度修正元件为铂薄片或薄膜热电阻，所述温度修正元件与所述测热敏感元件的同向双螺旋线状结构呈交错排布。
4.如权利要求1所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器，其特征在于，所述传感器底座为氧化锆单晶材质。
5.如权利要求1所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器，其特征在于，所述基底为圆柱结构，所述基底的材质为可透激光的氧化锆单晶；所述基底的直径为2mm，厚度为2mm，所述基底的上表面和下表面为光洁面。
6.如权利要求1所述的有效测试时间长的铂薄片热流传感器，其特征在于，所述第一导电膜和第二导电膜的材质为导电浆，所述第一导电膜紧贴所...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，范孝华，陈苏宇，刘济春，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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