為了研究高斯脈沖激光激勵(lì)下的熱電偶時(shí)間常數(shù)測(cè)試方法,構(gòu)建以半導(dǎo)體激光器為加熱源的熱電偶動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng),采用負(fù)階躍信號(hào)法分析不同溫度下結(jié)點(diǎn)裸露式K型熱電偶的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)首先通過調(diào)整激光器輸出功率,為熱電偶提供目標(biāo)溫度。然后立即停止激光加熱,使熱電偶產(chǎn)生負(fù)階躍形式的動(dòng)態(tài)測(cè)溫過程。最后通過負(fù)階躍信號(hào)法分析熱電偶動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線計(jì)算得出時(shí)間常數(shù)。以目標(biāo)溫度為812.8℃和666.7℃為例分析其動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線中負(fù)階躍部分,計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)值分別為0.357 6 s和0.316 9 s。同時(shí),基于ANSYS有限元仿真軟件平臺(tái)進(jìn)行高斯脈沖激光加熱熱電偶結(jié)點(diǎn)的瞬態(tài)傳熱分析研究。設(shè)定球形結(jié)點(diǎn)半徑為1 mm,導(dǎo)熱系數(shù)為20 W/（m·K）,激光光斑半徑為4 mm。通過仿真分析得到結(jié)點(diǎn)溫度由957℃降至負(fù)階躍溫差的63.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為0.59 s,這為熱電偶時(shí)間常數(shù)值的精準(zhǔn)測(cè)試提供一定的理論依據(jù)和測(cè)試方法。 

【文章來源】：應(yīng)用激光. 2020,40(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

正階躍信號(hào)法測(cè)時(shí)間常數(shù)

圖1 正階躍信號(hào)法測(cè)時(shí)間常數(shù)圖1中t1、t2分別表示正階躍信號(hào)下熱電偶初始溫度時(shí)刻和溫度上升到階躍溫升的63.2%所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻;圖2中τ表示負(fù)階躍信號(hào)下的熱電偶時(shí)間常數(shù)。

利用輸出功率為0～500 W,中心波長為980 nm,脈沖上升時(shí)間小于10 μs的大功率半導(dǎo)體激光器構(gòu)建熱電偶動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。半導(dǎo)體激光器作為熱電偶表面溫度加熱源,紅外輻射溫度計(jì)和被測(cè)熱電偶分別放置于橢球面反射鏡的兩個(gè)共軛焦點(diǎn)處,為了防止二者之間產(chǎn)生直接的輻射熱傳遞,加入一隔熱塊。激光經(jīng)過光學(xué)整形系統(tǒng)整形后激勵(lì)在被測(cè)熱電偶表面,熱電偶表面迅速升溫。位于另一焦點(diǎn)處的高速紅外輻射溫度計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)熱電偶表面溫度變化。通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備得到電壓值可以計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的溫度值。調(diào)整激光器輸出功率及出光時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)熱電偶不同溫度的階躍溫升。


本文編號(hào)：3410941