1 中北大学电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
为了研究高斯脉冲激光激励下的热电偶时间常数测试方法, 构建以半导体激光器为加热源的热电偶动态性能测试系统, 采用负阶跃信号法分析不同温度下结点裸露式K型热电偶的动态响应曲线。实验首先通过调整激光器输出功率, 为热电偶提供目标温度。然后立即停止激光加热, 使热电偶产生负阶跃形式的动态测温过程。最后通过负阶跃信号法分析热电偶动态响应曲线计算得出时间常数。以目标温度为812.8 ℃和666.7 ℃为例分析其动态响应曲线中负阶跃部分, 计算得出对应的时间常数值分别为0.357 6 s和0.316 9 s。同时, 基于ANSYS有限元仿真软件平台进行高斯脉冲激光加热热电偶结点的瞬态传热分析研究。设定球形结点半径为1 mm, 导热系数为20 W/(m·K), 激光光斑半径为4 mm。通过仿真分析得到结点温度由957 ℃降至负阶跃温差的63.2%时所对应的时间为0.59 s, 这为热电偶时间常数值的精准测试提供一定的理论依据和测试方法。
高斯脉冲激光 热电偶 时间常数 有限元瞬态热分析 Gaussian pulsed laser thermocouple time constant finite element transient thermal analysis
1 航空工业上海航空测控技术研究所, 上海 201601
2 故障诊断与健康管理技术航空科技重点实验室, 上海 201601
研究了一种直接沉积在镍基高温合金上的薄膜热电偶传感器。针对航空发动机高温恶劣环境, 设计了传感器的膜层结构, 采用磁控溅射技术沉积 NiCrAlY薄膜过渡层, 以电子束蒸发和射频磁控溅射技术相结合的方法沉积 Al2O3薄膜绝缘层和保护层, 采用直流磁控溅射技术制备 Pt10Rh/Pt薄膜敏感层。测试结果表明, 薄膜热电偶传感器最高工作温度达 1100℃, 塞贝克系数 8.26μV/℃, 最大温度误差小于 1%, 使用寿命大于 20h。该薄膜热电偶能够承受恶劣的航空发动机试验环境, 显著地提高局部温度测量的精度, 对涡轮叶栅的寿命预期和冷却结构设计提供了参考依据。
薄膜热电偶 传感器 温度测量 标定 塞贝克系数 thin-film thermocouple sensor temperature measuring calibration seebeck coefficient
1 中北大学 电子测试技术国家重点实验室, 太原 030051
2 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
为了解决热电偶时间常数测试中阶跃温度问题, 采用模糊控制算法反馈控制激光器的输出功率, 设计了一种新的参量自适应模糊比例-积分-微分控制算法的闭环控制系统, 并进行了理论分析和实验验证, 测得某K型热电偶的时间常数为421.1ms。结果表明, 该算法能有效缩短平衡时间和增强控温系统的抗干扰能力。该结果对热电偶的校准研究是有帮助的, 具有一定的工程参考及应用价值。
测量与计量 时间常数测试 模糊控制 热电偶 模糊比例-积分-微分 闭环控制 measurement and metrology time constant test fuzzy control thermocouple fuzzy proportion-integration-differentiation closed-loop control
上海大学 机电工程与自动化学院 上海市智能制造及机器人重点实验室, 上海 200072
以通过热传导流入肋片热量与通过空气与肋片间的对流所散出的热量相等作为条件, 分别讨论翅片串接与翅片并接两种情形, 以热流传递的连续性作为关联条件, 并通过结构基座的温差及翅片顶端的热流为零这一求解条件, 推导出了整个散热结构的温度计算求解方程。并以某型铝制散热结构作为分析对象, 通过实验与仿真得到了该型散热结构关键节点的温度数值, 并与计算值进行了对比, 验证了所构建的计算模型的正确性。
LED散热 温度分布数学模型 型材散热结构 热电偶测温 数值仿真 LED heat dissipation mathematical model of temperature distribution profile heatsink thermocouple temperature measurement numerical simulation
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
Frontiers of Optoelectronics
2017, 10(2): 117
中北大学电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
针对热电偶时间常数的测试，采用上升时间为0.6 μs、功率为500 W的半导体激光器取代CO2激光器作为激励源，通过对激光光束的整形优化，在20 V工作电压和20 A工作电流条件下，利用半导体激光器在热电偶测温端形成1050 ℃阶跃温度。对测量结果进行小波降噪处理，建立测量模型。分析测量结果的不确定度来源，评定测量结果不确定度。实验测得时间常数为1.3268 s，扩展不确定度为1.12 ms。通过提高激光器输出功率，可在热电偶测温端产生更高的阶跃温度，以实现大量程热电偶时间常数的测试。
激光器 半导体激光器 热电偶 时间常数 不确定度 激光与光电子学进展
2016, 53(8): 081408
1 中国科学院 合肥物质科学研究院 等离子体物理研究所, 合肥 230031
2 合肥学院 电子信息与电气工程系, 合肥 230601
中性束注入(NBI )是托卡马克装置四种辅助加热手段(中性束注入、低杂波、离子回旋段波、电子回旋段波)中加热效率最高、物理机制最清楚的一种等离子体加热技术，是国际聚变界公认的最有效的辅助加热手段之一。为了探究EAST-NBI的穿透损失，通过对穿透损失率产生原理的理论分析，设计了具体硬件电路框图和实验方案，并通过实验验证了理论推导的正确性。具体做法首先通过对离子源束斑内中心点热电偶进行定量标定的方法作为穿透损失计算的标准。通过石墨瓦上热电偶单位能量下的温升与标定热电偶的温升之比来对穿透损失率进行计算。实验结果表明在一定的束能范围内,穿透损失率随着注入束能的增加而线性增长,穿透损失率随着等离子体密度增长呈指数衰减。
穿透损失率 束能 束斑 标定热电偶 shine-through beam energy beam spot thermocouple calibration 强激光与粒子束
2015, 27(12): 126001
中北大学电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
传统的可溯源热电偶动态校准系统采用CO2 激光器作为光源，存在着光路调节不便、激光光斑能量分布不均匀的特点，无法保证传感器均匀加热。半导体激光器的光源具有输出光斑能量稳定、均匀、发散角较大的特点。利用Zemax 软件对光路进行优化设计，选取合适的光纤和透镜进行耦合，精简了可溯源热电偶动态校准的光路设计，使激光光路调控更加方便，保证了热电偶的均匀加热。实验结果表明：这种设计大大降低了光路调节难度，提高了激光的利用率，为热电偶的动态校准提供高质量的激光光源。
测量 可溯源 热电偶 光纤耦合透镜 半导体激光器 激光与光电子学进展
2015, 52(10): 102201
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
随着电子设备不断向小型化、集成化发展,热电制冷器作为一种有效的主动冷却器件被应用于精密恒温器、医疗仪器、电子控制元件等的快速制冷及在环境条件变化下的适应性调节,其非稳态传热研究具有重要价值.虽然国内外学者针对热电制冷器工作原理和制冷性能的研究已做了大量工作,但大多都将热电偶内焦耳热视为均匀内热源,忽略了微观导热情况.为了得到适于工程应用的分析方法,遵循实际情况,将焦耳热作为热电偶内非均匀内热源,建立了分析模型,并基于分流和叠加的思想,提出了一种热电偶内温度和热流量分布的工程求解方法,最终得到了热电偶在第三类边界条件下的温度和热流量分布公式.通过对结果的验算,证明了所得计算公式的正确性,为热电制冷技术的深入研究和应用提供了理论指导.
热电制冷 热电偶 非均匀内热源 第三类边界条件 热传导 thermoelectric refrigeration thermocouple nonuniform internal generation the third boundary condition heat transfer
