[發明專利]瞬態溫度和熱流密度聯測傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201611229624.6
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106840435A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 李娟;張叢春;楊伸勇;丁桂甫
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

1.一種瞬態溫度和熱流密度聯測傳感器，其特征在于，所述傳感器包括：陶瓷基底(1)、正極熱電偶(2)、負極熱電偶(3)、熱電偶連接層(4)、熱阻層(5)、正極熱電偶引線端(6)、負極熱電偶引線端(7)、正極熱電堆引線端(8)以及負極熱電堆引線端(9)，其中：

所述正極熱電偶(2)、負極熱電偶(3)、熱電偶連接層(4)、熱阻層(5)、正極熱電偶引線端(6)、負極熱電偶引線端(7)、正極熱電堆引線端(8)以及負極熱電堆引線端(9)均設在陶瓷基底(1)上；所述正極熱電偶(2)與負極熱電偶(3)通過熱電偶連接層(4)對接；一個正極熱電偶(2)和一個負極熱電偶(3)串聯形成一對熱電偶，多對熱電偶首尾搭接形成薄膜熱電堆，以增大熱電堆的輸出電勢；熱阻層(5)覆蓋在薄膜熱電堆的冷結點上方；一對熱電偶的熱結點通過正極熱電偶引線端(6)、負極熱電偶引線端(7)接出，正極熱電偶引線端(6)、負極熱電偶引線端(7)的輸出電勢與溫度有關；所述熱電偶為一對或多對，多對熱電偶測量多個溫度；

當外部環境在所述傳感器上施加以垂直方向的熱流時，覆蓋在薄膜熱電堆冷結點上方的熱阻層(5)存在一厚度，則薄膜熱電堆的冷結點和熱結點存在溫度差，根據塞貝克效應，薄膜熱電堆兩端就產生相應電勢差，薄膜熱電堆的兩端分別通過正極熱電堆引線端(8)和負極熱電堆引線端(9)接出，正極熱電堆引線端(8)和負極熱電堆引線端(9)輸出電勢與熱流密度相關，從而實現對溫度和熱流密度的瞬態測量。

2.根據權利要求1所述的一種瞬態溫度和熱流密度聯測傳感器，其特征在于，所述正極熱電偶引線端(6)和負極熱電偶引線端(7)分別作為測溫引線端，用于溫度的輸出；所述正極熱電堆引線端(8)和負極熱電堆引線端(9)分別作為薄膜熱電堆的引線端，用于熱流密度的輸出。

3.根據權利要求2所述的一種瞬態溫度和熱流密度聯測傳感器，其特征在于，所述正極熱電偶(2)、正極熱電偶引線端(6)和正極熱電堆引線端(8)采用磁控濺射方法沉積薄膜、利用掩膜濺射方法或liftoff方法實現圖形化，材料選用鉑銠或鉑：

當所述薄膜熱電堆為PtRh-Pt型熱電偶串聯而成時，正極熱電偶(2)、正極熱電偶引線端(6)正極熱電堆引線端(8)選同種材料，材料選用鉑銠；

當所述薄膜熱電堆為Pt/ITO型熱電偶串聯而成時，正極熱電偶(2)正極熱電偶引線端(6)與正極熱電堆引線端(8)選同種材料，材料選用鉑。

4.根據權利要求2所述的一種瞬態溫度和熱流密度聯測傳感器，其特征在于，所述負極熱電偶(3)和負極熱電偶引線端(7)和負極熱電堆引線端(9)采用磁控濺射方法沉積薄膜、利用掩膜濺射方法或liftoff方法實現圖形化，材料選用鉑或ITO：

當所述薄膜熱電堆為PtRh-Pt型熱電偶串聯而成時，負極熱電偶(3)、負極熱電偶引線端(7)與負極熱電堆引線端(9)選用同種材料，材料選用鉑；

當所述薄膜熱電堆為Pt/ITO型熱電偶串聯而成時，負極熱電偶(3)、負極熱電偶引線端(7)與負極熱電堆引線端(9)選用同種材料，材料選用ITO。

5.根據權利要求3或4所述的一種瞬態溫度和熱流密度聯測傳感器，其特征在于，所述正極熱電偶引線端(6)的引線和負極熱電偶引線端(7)的引線采用兩種不同的金屬細線，其中：所述正極熱電偶引線端(6)的引線采用與正極熱電偶引線端(6)相同的金屬材料細絲，金屬細線的材料為鉑銠或鉑；所述負極熱電偶引線端(7)的引線采用與負極熱電偶引線端(7)相同的金屬材料細絲，金屬細線的材料為鉑或ITO。

6.根據權利要求3或4所述的一種瞬態溫度和熱流密度聯測傳感器，其特征在于，所述正極熱電堆引線端(8)的引線和負極熱電堆引線端(9)的引線采用兩種不同的金屬細線，其中：正極熱電堆引線端(8)的引線的金屬細線材料為鉑絲或者鉑銠絲，負極熱電堆引線端(9)的引線的金屬細線材料為鉑或ITO。

7.根據權利要求1-4任一項所述的一種瞬態溫度和熱流密度聯測傳感器，其特征在于，所述熱阻層(5)采用濺射二氧化硅或者懸涂聚酰亞胺形成。