基于热电堆的新型高温薄膜热流传感器的研制

摘要

精确的热流测量对航空发动机设计至关重要,实时监测和获取发动机涡轮叶片表面精确的热流分布可以为航空发动机热端部件设计提供依据,也可以进行状态监测和故障诊断。薄膜热流传感器具有体积小、响应速度快、对工作环境的流动干扰小等优点。然而,目前能够应用于高温高热流环境中测量的薄膜热流传感器在灵敏度方面仍然存在较大的局限性。设计和制造了基于铂铑热电堆的新型高温薄膜热流传感器。该传感器由Pt/Pt-13Rh薄膜热电堆、底层SiO_(2)/Al_(2)O_(3)热阻层、顶层Al_(2)O_(3)保护层组成,底层SiO_(2)/Al_(2)O_(3)热阻层位于Al_(2)O_(3)陶瓷基底和热电堆之间。传感器分别在0~110 kW/m^(2)的热流和1 000℃的温度下进行了测试。测试结果显示,传感器的输出与施加的热流表现出良好的线性关系,灵敏度为8.04×10^(-6)V/(kW/m^(2)),实验数据与仿真结果相近。具有Al_(2)O_(3)保护层的传感器在1 000℃中保温3 h后电阻、灵敏度及响应特性基本上不受影响。设计的新型高温薄膜热流传感器具有较高的灵敏度和可靠性,将为高温环境中的热流测量提供一种新方法。