[發(fā)明專利]一種集成式薄膜溫度熱流復(fù)合傳感器及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210415028.2
• 申請(qǐng)日: 2012-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN102928106A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝貴久;何峰;顏志紅;景濤;張建國(guó);董克冰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所
• 主分類號(hào): G01K7/02
• 分類號(hào): G01K7/02;G01K17/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 馬強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜特種傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微機(jī)械加工技術(shù)的薄膜傳感器及其制備方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種集成式薄膜溫度熱流復(fù)合傳感器及其制備方法，通過薄膜熱電偶實(shí)現(xiàn)絕熱層溫度和熱流的測(cè)量，這種薄膜溫度熱流復(fù)合傳感器制造工藝簡(jiǎn)單，具有較高的測(cè)量精度。

背景技術(shù)

飛機(jī)或?qū)椖Ｐ驮诟咚亠L(fēng)洞測(cè)試試驗(yàn)，需要對(duì)飛行器上的每個(gè)點(diǎn)在不同馬赫數(shù)下和不同攻角狀態(tài)下的受熱情況進(jìn)行測(cè)試分析，準(zhǔn)確計(jì)算出材料在受熱狀態(tài)下的力學(xué)性能，以便選用合適材料，并采取防熱措施，保障飛行器安全可靠的高速飛行。如何準(zhǔn)確、快速測(cè)量出表面熱流量，是設(shè)計(jì)可靠防熱系統(tǒng)的先決條件。長(zhǎng)期以來(lái)，通過對(duì)溫度變化檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)熱流量傳遞測(cè)量。

由于受飛行器外殼結(jié)構(gòu)限制，采用傳統(tǒng)的測(cè)量體溫度傳感器安裝困難，且破外飛行器外殼結(jié)構(gòu)形狀。因此，需要一種溫度與熱流復(fù)合傳感器可對(duì)飛行器外殼材料在高速飛行過程中的溫度和熱流同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。目前，熱流測(cè)量通過熱流傳感器，溫度測(cè)量采用溫度傳感器，還沒有一種傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器外殼材料溫度以及熱流的同時(shí)測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提出一種集成式薄膜溫度熱流復(fù)合傳感器及其制備方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器表面溫度和熱流的同時(shí)測(cè)量，這種溫度熱流復(fù)合傳感器基本采用現(xiàn)有的成熟工藝技術(shù)和材料，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，安裝方便，不會(huì)影響飛行器結(jié)構(gòu)可靠性，具有良好的抗環(huán)境干擾能力及可靠性水平。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

參見圖1，所述集成式薄膜溫度熱流復(fù)合傳感器1包括基片2，設(shè)于基片2上的過渡層3，設(shè)于過渡層3上的薄膜熱電偶陣列；所述薄膜熱電偶陣列由一個(gè)獨(dú)立的薄膜熱電偶10和通過外接點(diǎn)11串聯(lián)的兩個(gè)以上薄膜熱電偶10組成，所述薄膜熱電偶10包括A電極4（如PtRh13電極）和B電極5（如Pt電極）；所述A電極4和B電極5的接點(diǎn)上設(shè)有厚熱障層6；所述薄膜熱電偶陣列中的外接點(diǎn)11上和獨(dú)立薄膜熱電偶10的自由端電極上設(shè)有薄熱障層7；所述獨(dú)立薄膜熱電偶10的兩個(gè)電極分別經(jīng)一個(gè)A焊盤12與各自對(duì)應(yīng)的A補(bǔ)償導(dǎo)線13連接，所述兩個(gè)以上串聯(lián)的薄膜熱電偶10的兩個(gè)外接端分別經(jīng)一個(gè)B焊盤9與各自對(duì)應(yīng)的B補(bǔ)償導(dǎo)線8連接（參見圖1）。

其中，所述基片2材料為Al₂O₃陶瓷，其直徑為50mm～150mm，厚度0.5mm～1mm；所述過渡層3材料為Ta₂O₅，厚度為0.05μm～0.1μm；所述薄膜熱電偶10的厚度為0.2μm～0.5μm；所述薄熱障層7材料為SiO₂，厚度為0.5μm～1μm。所述厚薄熱障層6材料為Al₂O₃或AlN，優(yōu)選為Al₂O₃，厚度為3μm～10μm。

所述薄膜熱電偶10為R型熱電偶、B型熱電偶或S型熱電偶，優(yōu)選為R型熱電偶。

可將薄膜溫度熱流復(fù)合傳感器1固定安裝于飛行器外殼，實(shí)現(xiàn)高速飛行過程中溫度及熱流雙參數(shù)的測(cè)量。

上述薄膜溫度熱流復(fù)合傳感器的制備方法，包括如下步驟：

（1）清洗基片，去除基片表面油污及雜質(zhì)；

（2）將基片與薄膜熱電偶A電極的不銹鋼掩膜套裝在一起，并用不銹鋼夾具夾好放在沉積鍍膜系統(tǒng)的行星架上；

（3）依次在基片表面淀積過渡層薄膜和薄膜熱電偶A電極的薄膜材料，取下不銹鋼掩膜；其中過渡層薄膜用以增強(qiáng)熱電偶薄膜與基片層的結(jié)合力，并增強(qiáng)熱電偶薄膜在高溫下的穩(wěn)定性；

（4）將基片與薄膜熱電偶B電極的不銹鋼掩膜板套裝在一起，并用不銹鋼夾具夾好放于沉積鍍膜系統(tǒng)的行星架上；

（5）依次在基片表面淀積過渡層薄膜和薄膜熱電偶B電極的薄膜材料；取下不銹鋼掩膜；

（6）將基片與薄熱障層材料的不銹鋼掩膜板套裝在一起并放于沉積鍍膜系統(tǒng)的行星架上；

（7）在基片上相鄰兩個(gè)薄膜熱電偶串聯(lián)處的外接點(diǎn)位置和獨(dú)立薄膜熱電偶的電極自由端位置沉積薄的熱障層薄膜材料；取下不銹鋼掩膜；

（8）將基片與厚熱障層材料的不銹鋼掩膜板套裝在一起并放于沉積鍍膜系統(tǒng)的行星架上；

（9）在基片上同一薄膜熱電偶A電極和B電極的接點(diǎn)位置沉積厚熱障層薄膜材料；取下不銹鋼掩膜；

（10）將經(jīng)上述步驟制成的薄膜熱電偶基片放入高溫氣氛退火爐，對(duì)制備的薄膜材料進(jìn)行退火處理，使薄膜結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定；

（11）利用切片機(jī)切片制得薄膜溫度熱流復(fù)合傳感器；