张奇 王新华

摘要：铜塞式热流传感器在诸多领域已经得到广泛应用，本文以铜塞式热流传感器测量原理为基础，研究了本体材料热物性、本体轴向长度等因素对热流测量结果的影响，为后续改进传感器结构提供理论指导。

Abstract： Copper plug-type heat flux sensor has been applied in widespread fields. Based on the measurement principle of the copper plug heat flux sensor， this paper has researched the thermophysical properties of main body， axial length of main body， etc. And paper also provided theoretical direction for future structure improvement.

關键词：铜塞式;热流传感器;测量

Key words： copper plug-type;heat flux sensor;measurement

中图分类号：TK31                                       文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）12-0025-03

0  引言

随着航天航空、船舶、兵器等行业领域的不断发展，有很多关键的参数测量精度要求日益提高。其中，因高速气动加热、高温应用环境等因素造成设备表面局部温度急剧升高，对超高温、宽量程的热流测量需求日益凸显[1]。铜塞式热流传感器作为应用场景较广的热流测量设备，具有测量范围广、结构简单、成本较低、使用便捷等特点[2]。

本文针对铜塞式热流传感器在热流测量过程中多个影响测量精度的因素进行仿真计算和分析研究，为后续铜塞式热流传感器结构提升改进提供理论和试验依据。

1  铜塞式热流传感器测量原理

铜塞式热流传感器是非接触式、瞬态辐射热流测量仪器，该传感器主要由传感器本体铜制塞块、隔热套及基体三部分组成，常用于电弧加热设备试验的热流测量。环形隔热套用阻隔塞块与基体之间的导热，使得塞块侧表面近似保持为绝热壁面。热电偶布置于传感器体下端面中心位置处，用于测量传感器在瞬态热交换过程中的温度变化率。（图1）

测量原理如下[2]：

其中：q为热流，单位W/m2;ρ为密度，单位为kg/m3;Cp为比热容，单位为W/（kg·K）;δ为塞块高度，单位为m;T为温度，单位为K;t 为时间，单位为s。……