基于Abaqus的热流传感器非稳态传热研究

建立了热电堆式热流传感器在高温环境下的非稳态传热理论模型,深入分析了输出电压和热阻层上下表面温差等参数之间的关系;然后基于有限元软件Abaqus对模型进行了验证,并结合实验数据探讨了导热系数、塞贝克系数对输出信号的影响,最后提出了优化方案。结果表明,当热阻层最高温度超过1 500℃时,其导热系数会发生较明显变化从而引起输出信号的非线性,这是影响传感器工作时长的主要因素;而当热阻层上下表面温差超过600℃,塞贝克系数会发生变化从而使测量失效,这是影响传感器最大量程的主要因素。优化后的传感器最大量程可以达到1 MW/m~2,并且工作时间延长了17.2%。     

国产和芬兰湿敏电容传感器高、低温静态测试结果及分析

最近,我们对长春气象仪器厂提供的10支国产湿敏电容传感器和一支从芬兰进口的同类传感器进行了不同温度条件的静态测试。测试所用标准设备为分流法湿度发生装置。测试温度分别为20℃、－10℃和一30℃。每种温度条件都分升湿和降湿行程进行了三个循环测试,每个行程取7个测试点。一主要测试结果以被试传感器的示值直接减去分流法湿度设备提供的标准湿度得出差值,将全县程各个测试点的所有差值一起统计,得11只传感器全量程的系统误差和标准偏差列表1。其中编号为册的是芬兰的湿敏电容传感器,其余10支为国产传感器。可以看出,无论是高温还…     

高低温环境对三轴高 g 值加速度传感器灵敏度变化影响研究

针对高低温环境对高 g 值加速度传感器灵敏度影响机理不清的问题,通过建立两端固支的敏感单元数学模型,得到了 传感器灵敏度与敏感单元纵向应力、横向应力的关系。 通过热-力耦合仿真分析得到了传感器灵敏度与温度间的关系,在 -40℃ ~ 50℃范围内,传感器灵敏度随温度的增加而减小,且在-40℃ ~ 20℃ 范围内灵敏度变化较快,在 20℃ ~ 50℃ 范围内灵敏 度变化较慢。 通过传感器高低温试验得到高低温环境下传感器灵敏度数据,-40℃条件下灵敏度大小为 0. 523 μV/ g;50℃ 条件 下灵敏度大小为 0. 516 μV/ g。 与仿真结果进行对比,验证了温度变化对传感器灵敏度的影响规律,为提升高 g 值加速度传感 器在高低温环境下测量精度具有理论参考意义。     

电磁力平衡传感器非线性的温度影响与补偿

电磁力平衡传感器的非线性输出主要由动圈附加磁场的影响产生,且随温度变化较大,远不能满足0.1 mg及以下分辨力的电子天平分析称量要求。分析了电磁力平衡传感器非线性产生机理,细致探究了温度对非线性输出的影响,提出了基于双磁钢的新型电磁力平衡传感器温度补偿方法,利用磁路结构的对称性将动圈产生的附加磁场分为上、下两部分形成对消,大大降低了传感器非线性输出。在单温度点下通过对传感器进行非线性校正,能快速、有效地减小补偿误差。实验结果表明,本文采用上述方法研制的电磁力平衡传感器在20℃温度下进行校正后,在温度范围为10~30℃、温度变化速率小于0.3℃/h的恒温室中进行量程50 g、分辨力0.01 mg的半微量分析称量,传感器的示值误差峰值不超过0.05 mg,大大降低了非线性补偿的计算复杂度。     

一种高灵敏度声表面波振动传感器的设计研究

高温振动监测在故障诊断、设备维护等方面发挥重要作用,为此本文提出一种基于四端固支梁对称结构的硅酸镓镧 (LGS)声表面波(SAW)高温振动传感器,采用算法优化设计,可实现高灵敏度、宽频段等特性,耐温最高可达 800℃ ;构建四端 固支梁 SAW 振动传感器数学模型,分析其灵敏度与固有频率;建立传感器结构模型,并在 20℃ ~ 800℃内进行力学与电学仿真, 揭示传感器高温力学与电学性能变化规律。 结果表明,本传感器相比单一 SAW 谐振器结构,灵敏度提高约 7. 047 倍;在 20℃ ~ 800℃内,灵敏度随温度升高而增大,800℃时达到 9. 879 1×10 -6 / g;固有频率随温度升高而减小,800℃ 为 3 018. 4 Hz。 最 后通过实验初步验证了本设计方案的可行性,为 SAW 振动传感器优化设计与高温应用提供新的思路。     

高温大量程热流传感器结构及信号调理电路的设计

以热电堆式热流传感器为例,结合所建立的热传导模型,分析高温大量程热流传感器不能长时间工作的原因,通过设计并优化传感器的结构及工艺,实现在储热体尺寸不变的情况下,热流传感器能够在高温大量程热流辐射下长时间工作,经实验验证在1 MW/m~2以上的辐射热流下工作时间能够延长20%以上。同时为便于后续系统对热流传感器输出信号进行处理,提高系统信噪比,保证传感器输出信号的归一化,利用集成芯片AD620对热流敏感芯体输出的弱信号进行了放大调理,经小批量试制,同一量程输出误差在5%范围以内。     

不同反射率光纤光栅再生过程及温度特性研究

针对再生光栅在高温退火后存在较低反射率导致高温测量受限的问题,采用244nm氩离子激光制作两支栅区长度分别为10mm和25mm的种子光栅,使用超高温箱式炉对种子光栅进行900℃的快速高温退火处理。在擦除初始种子光栅后制备出高温再生光栅,并在200℃-900℃温度范围内对高温退火后的两支再生光栅的高温传感特性进行实验测试。结果表明:在900℃温度稳定环境中测试100min,10mm再生光栅中心波长的稳定度为4pm,反射率为19.03%;25mm再生光栅中心波长的稳定度为8pm,反射率高达84.13%;在200-900℃温度范围内,两支再生光栅温度线性度较好,相关系数均在0.998以上;温度灵敏度系数分别为15.23pm/℃和15.24pm/℃;栅区长度为25mm的再生光栅更适合用于制作高温传感器。     

不同质量块布局双端固支梁的等效弹簧系数的热效应

通过理论研究和有限元仿真分析了热效应对两种不同质量块布局的双端固支梁的等效弹簧系数的影响,两种质量块分别布局为质量块与梁对称布置和质量块位于梁平面一侧布置。 推导了双端固支梁等效弹簧系数随温度的变化公式,仿真分析了双端固支梁-质量块系统的一阶固有频率以及质量块在静载荷作用下的位移。通过固有频率及载荷-位移两种方式,分别得到了两种布局下的质量系统在不同温度下的等效弹簧系数。对于质量块对称布置和单侧布置,根据一阶固有频率得到的等效弹簧系数随温度的变化与理论分析都吻合;而利用载荷-位移得到的等效弹簧系数随温度的变化,需要对位移进行修正。计算结果表明,对于质量块位于梁一侧的系统,温度变化对其等效弹簧系数有重要影响,质量块的不对称会在温度变化时产生对梁的弯矩作用,从而使质量块产生位移,造成微机电传感器和执行器输出信号的改变。     

高温磁通门传感器设计与实现

针对井下智能导钻工程中使用的传统磁通门传感器不耐高温且在尺寸上无法满足井下狭小空间等问题,设计了工作在175℃高温环境下的高性能数字磁通门传感器。该传感器基于二次谐波法设计,采用SM320F28335GBS作为主控芯片,协调控制激励电路、感应电路、反馈电路与温度数据采集电路,联合磁通门探头实现了高温环境下磁场信号的采集与处理。实验测试结果表明：该高温磁通门传感器的量程为±60 000 nT,分辨率为3 nT,线性度为0.03%,与高性能磁通门磁测数据的相关系数为0.927,在175℃高温环境下的磁测数据验证了该数字磁通门样机能够用于高温环境下的磁场测量。     

微型膜结构全光纤珐珀干涉高温传感器

制作了一种微型膜结构的全光纤在线珐珀干涉式高温传感器。该传感器是在单模光纤端面依次熔接一段大芯径空芯光纤和一段研磨的多模光纤膜片而构成的,因此,温度引起的珐珀腔光程差改变量由空芯光纤的热膨胀和温度引起腔内压强改变从而改变膜片的扰度两部分组成,从而使相同温度变化下传感器的光程差变化量更大,分辨率更高。实验结果表明,在100～650℃,该传感器单位温度变化的光程差变化量约为1.029 nm,温度分辨率约为1.5℃,测量线性度约为0.996 7,且滞回小,重复性好。这种膜结构的全光纤珐珀干涉式高温传感器因其体积小,温度分辨率高,将在多点高温测量领域有好的应用前景。     

基于热分析的电连接器的温度应力研究

为了研究温度对电连接器的影响及其影响程度,引入了等效电阻,对电连接器的温度场进行仿真分析,得出电连接器的温度场分布图,并且得出电连接器接触表面的最高温升约为23.2℃;通过对电连接器的温度-结构耦合场进行仿真分析,得出由温度引起的热变形对接触应力的影响较小以及温度对电连接器的影响主要体现在金属表面的氧化速率上的结论;通过建模及理论分析得出电连接器在温度应力作用下的失效物理过程及方程,为电连接器的可靠性设计领域开辟了新思路。     

用于恶劣环境的耐高温压力传感器

为了解决如高温200℃等恶劣环境下的压力测量问题,基于微机电系统(MEMS)和高能氧离子注入(SIMOX)技术,研制了一种量程为0~120 kPa的压阻式压力传感器。该传感器芯片由硅基底、薄层二氧化硅、惠斯登电桥结构的硼离子注入层、氮化硅应力匹配层、钛-铂-金梁式引线层和由湿法刻蚀形成的空腔组成。在氧剂量1.4×10¹⁸/cm²和注入能量200 keV条件下,由高能氧离子注入技术形成厚度为367 nm的埋层二氧化硅层,从而将上部测量电路层和硅基底隔离开,解决了漏电流问题,使得传感器芯片可以在高温200 ℃以上的环境下使用。为了提高传感器在宽温度范围内的稳定性,对温度补偿工艺进行了研究,补偿后的传感器灵敏度温度系数和零位温度系数很容易控制在1×10^-4/℃·FS。实验标定结果表明:在200 ℃下,研发的耐高温压力传感器具有很好的工作性能,其线性度误差达0.12%FS、重复性误差为0.1%FS、迟滞误差为0.12%FS,精度达0.197%FS,满足油井、风洞、汽车和石化工业等现代工业的应用需求。     

提高600℃高温转速传感器温度特性的方法

介绍了提高600℃高温转速传感器温度特性的一种方法。通过改善材料的温度特性,使传感器可满足工作温度600℃的环境要求,并对因温度引起的材料绝缘电阻下降进行了结构上的改进,得出的试验数据表明传感器运行良好。     

喷射沉积SiC_p/Al-20Si-4.5Cu梯度复合材料的优化热处理工艺

采用喷射沉积技术制备了SiCp/Al-20Si-4.5Cu梯度复合材料,并对其进行致密化和不同温度、时间的固溶、时效热处理,通过对比硬度得出优化的热处理工艺参数;然后对热处理前后的试样进行拉伸试验,并观察拉伸断口形貌。结果表明:该复合材料优化的固溶温度为485℃,固溶时间为1.5h,时效温度为175℃,时效时间为7h;SiC颗粒含量的梯度变化导致复合材料时效速度呈梯度变化;高SiC含量的表层峰值时效后的抗拉强度最高,为432MPa,其伸长率为5.8%,此时沿SiC颗粒含量梯度降低方向上的复合材料则处于欠时效状态,塑性较好;梯度复合材料中高SiC含量表层的脆性断裂特征明显,沿梯度方向上随SiC含量的降低,复合材料拉伸断口上的韧窝增多,韧性断裂趋势增强。     

一种可取消零点温度补偿电阻和灵敏度温度补偿片的新型数字称重传感器的设计

称重传感器已进入数字时代,数字称重传感器高速发展,各种新技术应用层出不穷。宁波柯力电气制造有限公司（以下简称“柯力公司”）通过大量实验,获取不同量程、不同结构模拟传感器的零点和弹性模量随温度变化的数据,建立数学补偿模型,通过软件补偿系数对输出数值进行连续补偿修正,对原有传感器的零点温度、灵敏度温度模拟补偿原理创新变革,...     

一种新型双层热感式微流量传感器及参数优化

热感式微流量传感器具备灵敏度高、可靠性好、测量精度高等优势,广泛应用于环境监测系统、生物研究、化工工艺控制等领域,然而传统热感式流量传感器的量程有限,从而限制了其进一步拓展应用领域。本文提出了一种新的设有主次双流道的双层热感式微流量传感器,低流率时输出主流道的温差信号,而大流率时输出次流道的温差信号,从而拓宽量程。为了能获得更好的传感器性能,通过数值模拟优化了支流流道入口大小与位置和流道高度与宽度,优化后双层热感式微流量传感器的量程为0～145 m/s式,同时确保灵敏度超过0.03 K/(m·s^-1),并且确定了主次流道输出温差信号的转换流速阈值为63 m/s。最后分析了传感器内部粘性耗散,发现上游探测器前端的粘性耗散是引起传感器失效的主要原因,为改进热感式微流量传感器性能提供参考。     

用双剪统一屈服准则求固支圆板的极限荷载

首次采用俞茂宏统一屈服准则对圆支圆板进行了塑性极限荷载分析,得出了固支圆板在均布荷载作用下的统一解形式,对于不同的材料,本文均能出相应的极限荷载,可以广泛应用于机械工程的相关结构中。     

在蠕变—疲劳条件下评估固溶温度对GH135合金性能的影响

就GH132合金在900℃和980℃的固溶温度下的高温拉伸性能、常规持久、高温低周疲劳和蠕变-疲劳交互作用性能进行了对比试验研究。提出了一种简便的评估固溶温度在蠕变-疲劳条件下对合金性能影响的方法。应用这种方法,可以为合金选定适合在蠕变-疲劳条件下工作的固溶温度。这种方法也可用于新材料研制、选材和对其它工艺参数的筛选。     

空压站夏季高温工况下净化设备运行现状及对策

空压站夏季高温工况下,半数以上空压机和净化设备出现过载甚至报警停机,其主要原因有3个:一是对循环冷却水系统重视不够,表现为冷却水量不足、水温偏高、水质偏差;二是单元产品选购时未顾及压力、温度系数和极限工况,导致选型偏小;三是空压机厂对末端冷却器重视不足,甚至偷工减料,造成其排气温度普遍偏高,水冷机组高达45℃以上,风冷机组更高达55℃以上。而净化行业的规定工况:欧州为35℃,美国为38℃,我国行业标准两种工况并存。某些制造厂为应对高温工况对吸附式干燥器最高允许进气温度为40℃,冷干机在特殊设计下,最高允许进气温度为45℃,但实际运行状况不佳。分析了高温对压缩空气站净化设备的影响,提出了应对措施和解决方案。     

大量程MEMS加速度计在高温环境下的多元相依可靠性评估

以往在进行微电子机械系统(micro-electro-mechanical system, MEMS)加速度计的可靠性评估时,通常只考虑一种性能参数,导致所得到的可靠性评估结果比较片面。针对大量程MEMS加速度计在高温环境下的失效情况,设计了相应的加速退化试验,根据零偏和标度因数两种性能参数的退化情况对大量程MEMS加速度计进行了多元相依可靠性评估。结果表明,对大量程MEMS加速度计进行多元相依可靠性评估可以提高评估精度,得到更为准确的结果。