[發明專利]瞬態溫度傳感器

有效

• 申請號: 201310659087.9
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103776558B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 尤文斌;丁永紅;馬鐵華;張瑜;李新娥;祖靜;裴東興;范錦彪;沈大偉;張紅艷
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01K11/20
• 分類號: G01K11/20
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 李富元

技術領域

本發明公開了一種瞬態溫度傳感器屬瞬態高溫測試技術領域，具體涉及的是一種接觸式的黑體平面輻射瞬態溫度傳感器。該傳感器可用在火炮膛內、爆炸場等高溫、高壓的惡劣環境下，能快速精確的感知溫度信號并轉換成電信號。

背景技術

在傳統的測溫技術領域，尤其是在兵器科學技術領域中，由于熱電偶的溫度響應特性較慢（約1s左右），使被測溫度與實際溫度存在較大誤差和滯后；熱電阻式傳感器所適用的溫度范圍（﹣200～600℃）不能滿足高溫場合；紅外溫度傳感器容易受到火炮膛內，以及爆炸場等惡劣環境下煙霧的干擾。黑體式藍寶石光纖測溫計根據黑體輻射理論，利用藍寶石光纖黑體腔傳感器、錐度光纖、傳導光纖、溫度測量光電放大器等可以解決高溫測量的難題，但仍然需要依靠光纖傳輸溫度信息，藍寶石光纖黑體腔傳感器、錐度光纖、傳導光纖和溫度測量光電放大器之間連接繁雜，在狹小的測量空間不便使用，無法測量特殊位置瞬態溫度信息，且高溫、高壓、高沖擊特殊測量環境下，黑體式光纖傳感器機械強度不夠，抗沖擊性能不足，錐度光纖、傳導光纖極易受損，光纖之間信號耦合效率低，衰減嚴重，測得的溫度數據可靠性不高，無法保證被測信息的完整、準確。因此，為了精確測得瞬態高溫，迫切需要一種耐高溫、響應特性快并且受環境因素影響較小的測試裝置。瞬態高溫的準確測量就顯得尤為重要。

本發明的瞬態溫度傳感器，就是為了解決瞬態高溫測量的難題而研制的。瞬態高溫測量的共同特點是溫度高，變化快，可能伴有高壓或高速流動氣流，一次性過程居多。因此，在測量條件非常惡劣，技術要求很高的情況下，該瞬態溫度傳感器能把輻射式測溫技術和接觸式測溫技術有機地結合起來，可以順利地解決惡劣環境下瞬態高溫測量的難題。它能夠克服熱電偶、熱電阻、紅外傳感器、藍寶石光纖黑體腔傳感器等表現的缺點，在瞬態高溫測量領域具有很好的應用前景。

發明內容

????本發明的目的是：向社會提供這種瞬態溫度傳感器，該傳感器能夠在高溫、高壓、高沖擊下快速精確的完成對溫度信號的測量。

本發明的技術方案是這樣的：這種瞬態溫度傳感器，技術特點在于：該瞬態溫度傳感器由溫度敏感單元構成,這是該瞬態溫度傳感器的一種結構；或該瞬態溫度傳感器由溫度敏感單元和溫度信號調理單元組成，這是該瞬態溫度傳感器的另一種結構。上述的是該瞬態溫度傳感器的兩個技術方案。

?根據以上所述的瞬態溫度傳感器，技術特點還有：所述的溫度敏感單元由黑體輻射溫度敏感體和圓柱狀金屬外殼構成。所述的黑體輻射溫度敏感體具有將溫度場點的瞬態溫度信號從熱能---輻射光能---電能信號連續轉換的整體化黑體輻射溫度敏感體結構。所述的圓柱狀金屬外殼如是高強度圓柱狀金屬外殼，高強度金屬如是合金調質鋼、馬氏體時效鋼等。

????根據以上所述的瞬態溫度傳感器，技術特點還有：所述的整體化黑體輻射溫度敏感體結構是藍寶石α-Al₂O₃為基底，厚度為1.0～10.0mm，在藍寶石基底前表面設置金屬薄膜，在金屬薄膜上面設置熱導率高的陶瓷層，在藍寶石基底后表面設置窄帶濾光膜，在窄帶濾光膜后面設置光電變換器,構成整體化黑體輻射溫度敏感體，實現溫度信號-光信號-電信號的連續轉換。所述的藍寶石基底作黑體輻射溫度敏感體的優點是藍寶石的物理化學性能穩定,機械強度好,本質絕緣,耐腐蝕,在0.3～4.0μm波段范圍內透光性很好,熔點高達2045℃,選擇來做黑體輻射溫度敏感體的基底和核心件。所述的金屬薄膜、窄帶濾光膜如可采用沉積或濺射工藝技術或方法分別生長或鍍上到藍寶石基底前后面形成一體的黑體輻射溫度敏感體結構，然后在金屬薄膜上沉積或濺射熱導率高的陶瓷層，在窄帶濾光膜后面設置光電變換器。所述的金屬薄膜可采用金屬鉬、或銥、或鉑制造，金屬薄膜厚度為1.0～50.0μm，所述的金屬薄膜具有較高的發射率并隨著溫度的升高而增大，適用于高溫場合。所述的熱導率高的陶瓷層具有熔點高，熱膨脹系數小，導熱系數高并能夠保護金屬薄膜，防止金屬薄膜層被高溫氧化，所述的陶瓷層可采用氧化鋯ZrO₂、碳化硼B₄C、或氮化硅Si₃N₄制造，厚度為1.0～20.0μm。所述的窄帶濾光膜中心波長為680nm、帶寬為30nm,?厚度為10.0～100.0nm，該窄帶濾光膜可采用二氧化鈦TiO₂、或二氧化硅SiO₂材料制造。所述的光電變換器是高質量光電二極管或光電倍增管。