非稳态环境下塞式热流传感器的仿真与分析

作     者：徐秋瑾 杜红棉 马游春 王家祺 XU Qiu-jin;DU Hong-mian;MA You-chun;WANG Jia-qi

作者机构：中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051 

出 版 物：《科学技术与工程》 (Science Technology and Engineering)

年 卷 期：2022年第22卷第7期

页      面：2701-2708页

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家重点研发计划子课题(1912100044MZ) 国防重点实验室基金(6142001180412) 

主　　题：热流密度 热力学 有限元分析 热流传感器 

摘      要：非稳态热流密度是战斗部热毁伤威力评估的重要参数。针对爆炸场非稳态测试环境恶劣、气体高速流动、温度变化迅速的问题,对塞式热流传感器的组成材料、热敏元件等进行了重新选择。根据塞式热流传感器的组成结构和测量原理进行了理论推导,得到了塞式热流传感器测量热量的数学模型。针对非稳态爆炸场环境特点,对塞式热流传感器的热敏元件进行了爆炸冲击波下的应力仿真,获得了抗压力冲击的热敏元件参数,之后进行了非稳态热流的热力学仿真,得到了传感器热敏元件的温升曲线,最终确定了热敏元件的厚度与直径等要素。仿真结果表明,所设计的塞式热流传感器量程为0~9.6 MW/m^(2),响应时间为70 ms,测量误差为3.1%。此结果在一定程度上可满足爆炸场热流密度测试需求。