图8.（a）用于TFHFS性能的测试系统（插图为

校准传感器的安装及热通量传感器的制备

马弗炉壁）(b） 测试平台示意图

对应于（a）。

烧结前不导电，导电性好

烧结后。鉴于这些结果，我们认为

制备工艺是制备纳米晶的有效方法

拟定的热 ux传感器。

三、 TFHFS性能评估

测试平台如图8（a）所示，用于测试

准备好传感器，图8（b）是传感器的原理图

测试平台。Muf  e炉用于提供高

环境温度和热量。HT-50多功能-

加热校准和温度传感器（ITI，美国）

测量在同一块莫来石砖上进行

装配式传感器。两个传感器的敏感表面

平行且垂直于加热方向。

DAQ设备（Fourtec，以色列）用于传输数据

以及对所述发热信号和输出电压进行处理以

一台显示它们的计算机。在熔炉里，

内部空间用莫来石砖密封并加热

电线均匀地分布在墙上。

对TFHFS进行了一系列性能测试

muf  e炉内50-900  C的空气。加热速度

muf  e炉的温度分别为3  C/min和10  C/min

温度范围为50-300  C和300-900  C，根据

微波炉的使用要求。经过长时间的

反复试验，试验结果见图9和图10。

图9显示了HT-50测得的T-q曲线

传感器。T、 q分别是温度和热量 ux，

由HT-50标准传感器测量温度-

炉内的真实变化。在这种情况下，传感器表面

180774第7卷，2019年

TZhang等人：超高温环境下TFHFS的设计和制造

图9 HT-50校准传感器的热流密度-温度曲线

在50-900℃下测试。

图10测试温度下TFHFS的输出电压-温度曲线

50-900摄氏度。

温度从50摄氏度上升到900摄氏度

标准HT-50传感器测得的功率约为3-57kW/m2。

结果表明，毛发中产生的热量-

nace随着温度的升高而不断增加。

我们还观察到，与其他温度相比

范围内，HT-50传感器测得的热 ux增加

在50-300摄氏度范围内缓慢移动。这说明

热耗率由回火的变化率决定-

炉内的自然状态，符合热的定义

 ux密度。

同时，制作了该器件的T-输出电压曲线

TFHFS如图10所示，电压与

TFHFS的温度与样品的温度非常一致

HT-50传感器。这表明传感器可以用来检测

热量在50-900摄氏度之间。最大输出

900℃时，传感器的电压为1.44 mV，表示

传感器的输出电压很大。

在图11中，TFHFS的输出电压-q曲线在

计算结果表明，输出功率为3～57kw/m2

图11 TFHFS的输出电压与热通量曲线

在3-57千瓦/平方米。

TFHFS的电压随着热冲击而提高。这个

实验结果表明，该器件的输出电压q曲线

3-57 kW/m2的TFHFS与高速线路匹配

学位：

U D 0:02447 C 0:02552  q；R2直径0:99185

从实验结果看，输出热电势

热传感器的温度与温度有很好的线性关系

由标准HT-50传感器测量的负载热密度，

这与理论分析是一致的。

TFHFS在每个加热点的灵敏度，

由（3）计算，如图12所示

测试了制备的TFHFS在3-57kw/m2范围内的灵敏度

在0.025-0.030mV/（kW/m2）范围内均匀分布，

表明灵敏度误差约为20%

在加热传感器的范围内。在S D NSABdx=k中，

传感器制作完成后，测定了N和dx。

然而，热电材料的塞贝克系数-

绝缘材料的热导率k为

不是常数，它们会随着温度的增加而略有变化

温度，导致传感器灵敏度的变化-

伊蒂S。

两个独立开关的输出电压（U1，U2）

热电偶（TC1、TC2）与温度的关系如所示

图13热电偶电压随温度的升高趋势

温度与铂/铑热电偶相同

参考文献[19]。从图中可以看出，输出

低温下两个热电偶的电压

截面很小，导致脾气比较大-

温度测量误差低于400℃。热电偶是

更适合400℃以上的温度测量，

结合Pt/Rh的特点

热电偶。因为TC1和TC的热连接因为TC1和TC2的热连接是

位于绝缘层内和绝缘层外

两个热电偶具有相同的

冷端温度（Tcold）。温差

第7卷，2019 180775

TZhang等人：超高温环境下TFHFS的设计和制造

表3不同温度下SAB的参数。

图12.TFHFS在3-57 kW/m2范围内的灵敏度与温度曲线。

图13:TC1，TC2的输出电压-温度曲线

50-900摄氏度。

隔热层（1T）内外均可

计算。

根据（2），

U1 D NSAB .Thot1􀀀 t冷/I

U2 D NSAB .Thot2􀀀 t冷/I

1 T丁字裤2􀀀 Thot1；

那么，

1T D（U2􀀀 U1）=（NSAB）

图14.绝缘与温度的温差

100-900℃下的曲线。

图15.HT-50校准传感器的q与温度曲线

在100-900摄氏度。

此外，随着TCs的Seebeck系数的变化

根据表3，计算结果如下所示

在图14中，表明900℃时的1T高于

22.3摄氏度。这可能是由于

基板和绝缘体之间的热导率。

此外，TC2可用于环境温度

监测由于其热点直接暴露在空气中。

为了研究制备的TFHFS的可重用性，

我们在100-900摄氏度的温度下测试了传感器三次

结果如图15和图16所示

每个实例的q-T曲线与每个实例都很好地匹配

180776第7卷，2019年

TZhang等人：超高温环境下TFHFS的设计和制造

图16 TFHFS的输出电压-温度曲线

在100-900摄氏度。

另外，900℃时产生的热量为3-57kW/m2。

此外，最大误差约为9.8%

在400℃时观察到。

此外，还得到了TFHFS的输出电压-T曲线

在图16中，示出了

三次试验的TFHFS均在1.39-1.44mV之间，

在相同条件下测得的曲线显示

一致性好，说明TFHFS具有稳定的稳定性

输出电压在100ࡉ900  C范围内。最大值

错误发生在400  C，其值约为

8.5%. 最后，通过综合图15和

图16，我们可以得出结论，制备的TFHFS显示出

良好的输出电压和稳定的热灵敏度 ux在100-

900摄氏度。另外，我们制造的传感器

该工艺也能在1400℃下稳定工作，表明

在这个实验中制造的传感器有可能

在较高温度下工作[20]。

四、 结论

本文介绍了一种陶瓷基厚膜

适用于高温环境的热传感器。屏幕-

印刷，这是容易和低成本的，用于制造

TFHFS。表征结果表明Pt和Pt/Rh

电极在1350ĝC下环化后连接良好，并且

TCs的厚度和宽度约为20  m

分别为300  m和300  m。实验结果表明，该方法是可行的

所设计的热 ux传感器的最大输出电压为

高达1.44mv，保温层可产生

900℃时22℃的温差。敏感性-

研究了3～57kw/m2热传感器的性能

在0.025-0.030 mV/（kW/m2）范围内均匀分布，

表明所制备的传感器具有较高的灵敏度

给定的热度范围。这是由于蛇纹石

陶瓷接头上多个热电偶的集成-

战略。此外，可重用性调查显示

制备的TFHFS在100-900℃下具有稳定的输出电压

误差为8.5%。在更高温度下工作也很困难

可能，但这里没有研究。因此，制造

传感器可用于某些恶劣环境下的热监测

应用。

参考文献

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请参见《国际期刊》。《Thermophys》，第29卷，第1期，第223-230页，2008年。

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