[實用新型]一種基于金剛石薄膜的全海深溫度傳感器

有效

• 申請號: 201721324913.4
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN207502059U
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 郭風祥;蓋志剛;張濤;張妹;邱慧敏;李恒;李正軍
• 申請（專利權）人: 山東省科學院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: G01K1/08
• 分類號: G01K1/08;G01K1/18;G01K13/02
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 劉娜;李新欣

本實用新型公開了一種基于金剛石薄膜的全海深溫度傳感器，包括管狀的金屬外殼，所述金屬外殼頂端設有金剛石基底，所述金屬外殼內部位于金剛石基底上設有硼摻雜金剛石薄膜材料制成的溫度響應元件，所述溫度響應元件的兩端設有電極引線，所述溫度響應元件和電極引線表面覆蓋有陶瓷或類金剛石絕緣層；所述金屬外殼和金剛石基底的連接處設有密封圈，同時還公開了該溫度傳感器的制備方法，本實用新型所公開的溫度傳感器體積小、響應速度快、分辨率高、結構穩定、測量不受外界海水壓力影響。

技術領域

本實用新型涉及一種溫度傳感器，特別涉及一種基于金剛石薄膜的全海深溫度傳感器。

背景技術

溫度是海洋的最基本的水文動力學參數之一，也是獲取鹽度等海洋物理參量的必需參數，海洋水體交換及水汽交換的重要影響因素。海水溫度的高精度快速測量，探索海洋內波、研究深海黑煙囪等高溫熱液活動區的重要手段。

現階段，特別是工作水深超過4000m的溫度傳感器，通用的海洋溫度傳感器采用鉑電阻作為溫度響應元件，利用氧化鋁、氮化鋁等陶瓷材料作為基底，溫度響應元件裸露或者利用玻璃等進行絕緣封裝，溫度響應元件與金屬外殼之間無直接接觸，與外殼、溫度響應元件等金屬材料相比這些材料的熱導率低，比熱容高，將降低溫度響應元件的響應速度，對海水溫度的快速變化難以捕獲，難以滿足快速測量和水下移動平臺的應用需要。海鳥SBE39plus溫度傳感器，在深海使用時，需要鈦合金外殼保護，其溫度響應常數高達25秒。專利申請號：CN200920164155.3涉及一種利用蜂窩狀保護管結合片狀鉑電阻的快速響應溫度傳感器。專利申請號：CN200420055437.7涉及一種絕緣隔板，固定并防止溫度響應元件變形，但是該方式降低了傳感器的響應速度。專利申請號：CN201020107919.8涉及耐高壓快速響應溫度傳感器，提出在測溫探針內部利用導熱介質填充微型熱敏電阻的方式，提高溫度測量的響應速度，然而，介質的增加通常導致系統比熱容的增加，降低對溫度變化的敏感性和響應速度。實用新型申請號：CN201510236552.7涉及一種高靈敏度薄膜型電阻溫度傳感器及制造方法，提出利用薄壁結構提高溫度傳感器響應速度，然而，該結構難以避免壓力對溫度響應元件的影響，并且在深海水域，該傳感結構需要進一步強化。

實用新型內容

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種基于金剛石薄膜的全海深溫度傳感器的制備方法，以達到體積小、響應速度快、分辨率高、結構穩定、測量不受外界海水壓力影響的目的。

為達到上述目的，本實用新型的技術方案如下：

一種基于金剛石薄膜的全海深溫度傳感器，包括管狀的金屬外殼，所述金屬外殼頂部設有金剛石基底，所述金屬外殼內部位于金剛石基底上設有硼摻雜金剛石薄膜材料制成的溫度響應元件，所述溫度響應元件的兩端設有電極引線，所述溫度響應元件和電極引線表面覆蓋有陶瓷或類金剛石絕緣層；所述金屬外殼和金剛石基底的連接處設有密封圈。

上述方案中，所述金剛石基底位于金屬外殼頂部內側或外側。

上述方案中，所述溫度響應元件形狀為柵狀。

上述方案中，所述金剛石基底的厚度為毫米級別。

上述方案中，所述溫度響應元件薄膜中硼的摻雜濃度范圍為0～5at.％。

上述方案中，所述金剛石基底材料為本征單晶金剛石、多晶微晶金剛石、超細納米晶本征金剛石、本征金剛石/碳化硅復合膜、摻雜金剛石/氮化鋁膜中的一種或者幾種的復合薄膜或者多層膜結構。

上述方案中，所述密封圈為類金剛石表面改性的密封圈。

上述方案中，所述溫度響應元件為環形或螺旋形。

一種基于金剛石薄膜的全海深溫度傳感器的制備方法，包括如下步驟：

(1)利用高溫高壓或者化學氣相沉積技術制備金剛石基底；