热通量传感器技术回顾
热通量测量并不容易。在宏观层面上：传感器的存在可能会影响局部热通量。对于具有代表性的测量：使用具有低热阻的传感器。此外，传感器的环境 - 周围材料的热导率 - 在微观水平上起作用，可能会影响热通量传感器的灵敏度。这就是 Hukseflux 传感器具有“扩展器”的原因;覆盖热电堆的薄金属箔，为内部热电堆传感器创造了一个不依赖于其安装方式的环境。测试*证实了卓越的性能。
* 对 Hukseflux HFP01 和 FHF05-50X50 型号，以及从印刷热通量传感器的领先供应商处购买的传感器进行实验，该传感器采用基于导电油墨的热电堆，以及采用半导体热电堆的传感器型号。测试结果可能不适用于其他制造商生产的传感器或改进制造技术时的传感器。
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热通量传感器
热通量传感器测量薄层材料上的温差。它们通常采用热电堆，热电堆是通过创建两个不同导体（通常是金属合金）的交替图案来制造的。请参阅图 2。
图2 热通量传感器原理：传感器包含一个由两种金属合金交替图案组成的热电堆。
宏观检查：热阻
在宏观层面上：热通量传感器具有一定的热阻。
- 传感器安装在表面上，始终代表一个额外的电阻
- 在材料的包围下，传感器可能会局部增加或减少热阻
用户应该问问自己，这对他们的测量有什么影响。
为避免因热阻而产生测量误差，Hukseflux 采取以下对策：
- 使用高导热材料（HFP01陶瓷塑料复合材料）
- 使用薄型传感器（FHF系列）
- 使用防护装置，即中央热通量传感器周围的非敏感部件，以便传感器不会在测量误差最大的边缘进行测量（HFP01 和 FHF05 系列)
图3 热通量传感器（1）在热通量场（2）中的宏观视图。上图显示了一个传感器，该传感器的导热系数高于其环境。然后，热量倾向于流向传感器。测量结果是高估了实际（未受干扰的）热通量。中间的图片显示了一个传感器（1），其导热系数低于其环境。测量点（传感器中心）的热通量 （3） 低于未受干扰的情况下。下图显示了一个相对较薄且导电良好的传感器 （4），导致热通量几乎不受干扰，测量误差小。
显微镜：扩散器和导热系数依赖性
在热通量传感器内部，您会发现一个热电堆，通常嵌入塑料材料中，见图2。热电堆的痕迹是电导体，通常也能很好地导热。从外面看，传感器可能看起来像图 5 中的“A”。“吊具”是覆盖热电堆的薄金属箔。可能有一个大型吊具，如“B”，或多个小型吊具，如“C”。为了解释使用吊具的好处，我们放大了传感器，如图 4 所示，并重点介绍了微观效应：
图4 为了解释微观效应，我们放大了热通量传感器的一部分。如图 7 所示。
我们做了一个区分，如图 5 所示：
- A：不带吊具的传感器;热电堆可能是可见的，并且直接暴露在外
- B：带有导电金属箔的单个大型吊具的传感器。（应用于 Hukseflux 型号 HFP01)
- C：带有多个小型吊具的传感器（应用于FHF05系列 和 FHF06的所有Hukseflux型号）
结果是，传感器模型 A 的灵敏度取决于周围材料的导热性。
图5 答：不带吊具的传感器。一种热电堆合金（1），另一种热电堆合金（2） 在B和C中，热电堆被吊具覆盖。B：带单个大型吊具的传感器 （3） C：带多个小型吊具的传感器 （4）。
导热系数依赖性
热导率依赖性是热通量传感器的固有特性，其灵敏度取决于周围材料的热导率。这表示为灵敏度的百分比变化，可以是热导率的绝对变化，也可以是热导率的 [W/（m·K）] 变化。热导率依赖性是相对于安装在金属散热器上的校准参考条件下的灵敏度而言的。没有标准化的实验来执行测试。因此，所呈现的结果只是“比较”的。
测试结果
在不同条件下测试了传感器的灵敏度。参考条件安装在铝上，其他条件被耐热玻璃（玻璃）和硅胶（塑料）包围，形成具有不同导热系数的环境。
在A型传感器（图5）中，测试了采用领先供应商的两种不同制造技术制成的热电堆：第一种基于导电油墨，第二种基于半导体材料。测试结果如图 6 所示。在确定灵敏度时，测量变化的能力具有 1% 左右的可重复性，断言可以有意义地检测到 3% 的变化。在本实验中，校准不确定度设置为± 5%。
测试结果表明，A型传感器的热导率依赖性非常显著，而B型和C型误差远小于校准不确定度。
结论
- 当在与校准参考条件（校准有效的条件）不同的条件下使用时，不带扩散器的热通量传感器可能会因其热导率依赖性而产生较大的测量误差。
- 使用带有吊具的传感器可以降低这种风险。测量误差可以忽略不计。
讨论
带有 B 型和 C 型吊具的传感器，例如 Hukseflux 提供的 FHF 系列，对热导率的依赖性可以忽略不计。相比之下，A型传感器在与校准环境不同的环境中使用时会产生较大的误差。
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