[實用新型]一種用于瞬態(tài)溫度測量的薄膜傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420192906.3
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN203929258U
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔云先;趙家慧;郭立明;安陽;祁洋;宮刻;張啟祥
• 申請（專利權(quán)）人: 大連交通大學(xué)
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;C23C14/35;C23C14/06;C04B35/622
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 楊威;李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于溫度測量技術(shù)及傳感器制備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種用于瞬態(tài)溫度測量的薄膜熱電偶結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在冶金建材、熱工設(shè)備，動力機(jī)械、火箭發(fā)動機(jī)，化工容器、核能工程等多種學(xué)科領(lǐng)域中，瞬態(tài)溫度的測量都占有非常重要的地位，尤其是瞬態(tài)表面溫度。薄膜熱電偶具有熱容量小、體積小、響應(yīng)速度快、對待測部件破壞小以及對測試環(huán)境干擾小等優(yōu)點，因此在熱輻射測量及表面溫度測量中得到了重要的應(yīng)用。對于薄膜熱電偶，如利用物理氣相沉積中濺射方式進(jìn)行制備，則需要分兩次分別完成不同材料薄膜的沉積，雙重工藝難免會引入各種界面效應(yīng)，如雜質(zhì)、不同材料間的熱應(yīng)力等，這些都會對熱電偶的穩(wěn)定性和精確性造成影響；而且在薄膜接合部分薄膜厚度疊加也會對測試平面的平整度造成影響。同時薄膜熱電偶輸出的熱電勢一般在毫伏級別，要求熱電偶和基體間具有良好的絕緣性能，否則會因熱電勢損耗而產(chǎn)生測量誤差。由于一般絕緣材料其具有負(fù)電阻溫度系數(shù)，在高溫條件下阻值急劇減小，將失去絕緣性能，因此就對絕緣層薄膜的材料與制造方法提出了更高的要求。補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電極薄膜連接也一直是困擾薄膜熱電偶制備的問題之一。在進(jìn)行科學(xué)實驗時通常采用耐高溫導(dǎo)電銀膠粘結(jié)熱電偶電極與導(dǎo)線，但是由于導(dǎo)電銀膠在固體狀態(tài)下非常脆弱容易脫落，及其不牢固，所以，現(xiàn)在急需一種解決引線連接問題的方法。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于已有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型的目的是要提供一種響應(yīng)時間短、測量精度高，用于測量惡劣環(huán)境下瞬態(tài)連續(xù)溫度的鎧裝便攜式薄膜傳感器。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種用于瞬態(tài)溫度測量的薄膜傳感器，包括熱電極、套裝在熱電極外的不銹鋼套筒以及設(shè)置于熱電極、不銹鋼套筒之間的絕緣層，其特征在于：所述熱電極包括熱電極一及熱電極二，其中，熱電極一包括導(dǎo)線部分以及鍍覆在絕緣 層任一端面上的薄膜結(jié)構(gòu)部分，熱電極二為導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，熱電極一的薄膜結(jié)構(gòu)部分與熱電極二接觸形成熱接點——即測溫端；所述熱電極一的導(dǎo)線部分及熱電極二的長度均長于不銹鋼套筒的長度，且自遠(yuǎn)離測溫端的不銹鋼套筒端頭處伸出，上述熱電極伸出不銹鋼套筒的部分直接作為各個熱電極對應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線。

所述的絕緣層為高溫?zé)Y(jié)納米陶瓷粉制備而成的絕緣層。

所述的熱電極一薄膜結(jié)構(gòu)和導(dǎo)線結(jié)構(gòu)均采用鎳硅合金材料。

所述的熱電極二采用鎳鉻合金材料。

所述的不銹鋼套筒外壁設(shè)置螺紋結(jié)構(gòu)。

所述的熱電極一的薄膜結(jié)構(gòu)部分上鍍覆一層Si₃N₄保護(hù)膜。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果：

本實用新型攜帶方便、響應(yīng)時間短、測量精度高；其采用高溫?zé)Y(jié)納米陶瓷粉制備而成的絕緣層具有結(jié)合性好，強(qiáng)度高等優(yōu)點；且熱電極導(dǎo)線和補(bǔ)償導(dǎo)線一體化設(shè)計，避免了膠水粘結(jié)補(bǔ)償導(dǎo)線風(fēng)干后，硬、脆，易脫落的弊端。

附圖說明

圖1是本實用新型用于瞬態(tài)溫度測量的薄膜傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型測量端局部放大圖。

圖3是本實用新型采用磁控濺射方法濺射薄膜部分時所用的掩膜夾具；

圖4是本實用新型采用的導(dǎo)線支架結(jié)構(gòu)圖一；

圖5是本實用新型采用的導(dǎo)線支架結(jié)構(gòu)圖二。

圖中：1、熱電極一—導(dǎo)線部分，2、熱電極二，3、絕緣層，4、不銹鋼套筒，5、熱電極一—薄膜部分，A、測量端。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本薄膜傳感器主要包括熱電極(1、2)、套裝在熱電極外的不銹鋼套筒4以及設(shè)置于熱電極、不銹鋼套筒4之間的絕緣層3。

所述熱電極包括鎳硅材料制備的熱電極一及鎳鉻材料制備的熱電極二，其中，熱電極一包括導(dǎo)線部分1以及鍍覆在絕緣層端面上的薄膜結(jié)構(gòu)部分5，熱電極二2為導(dǎo)線狀結(jié)構(gòu)，熱電極一的薄膜結(jié)構(gòu)部分5與熱電極二2接觸形成熱接點——即針狀測溫端A，如圖2所示；所述熱電極一的導(dǎo)線部分1及熱電極二2的長度均長于不銹鋼套筒4的長度，且自不銹鋼套筒4端頭(從圖1看出，該 端頭是指遠(yuǎn)離測溫端A的不銹鋼套筒端頭)一側(cè)伸出，上述熱電極伸出不銹鋼套筒4的部分直接作為各熱電極對應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線，測量端A將測量到的溫度信號轉(zhuǎn)化為電信號通過導(dǎo)線輸送到冷端補(bǔ)償與信號調(diào)理模塊及計算機(jī)測試系統(tǒng)中。