[發(fā)明專利]一種基于高溫瞬態(tài)熱流測量的薄膜熱流計(jì)及制作方法

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• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN110836737A
• 公開（公告）日: 2020-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔云先;黃金鵬;殷俊偉;賈穎;高富來;李麗
• 申請（專利權(quán)）人: 大連交通大學(xué)
• 主分類號: G01K17/00
• 分類號: G01K17/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發(fā)明提供一種基于高溫瞬態(tài)熱流測量的薄膜熱流計(jì)及制作方法，本發(fā)明結(jié)構(gòu)包括：氧化鋁陶瓷基底及設(shè)置在氧化鋁陶瓷基底上的熱電堆薄膜、氧化鋁熱阻層薄膜以及氧化鋯保護(hù)層薄膜；熱電堆薄膜包括鉑銠6和鉑銠30熱電堆薄膜，由成對的鉑銠6和鉑銠30貴金屬薄膜熱電偶串聯(lián)而成，熱電堆薄膜和氧化鋁熱阻層薄膜共同組成薄膜熱流計(jì)的熱電堆功能薄膜；氧化鋁陶瓷基底上開設(shè)有兩個(gè)通孔，通孔內(nèi)放置引線。本發(fā)明用鉑銠6貴金屬與氧化鋁陶瓷基底一體化設(shè)計(jì)取代了導(dǎo)電銀膠，避免了使用導(dǎo)電銀膠所帶來的引線端硬、脆，易脫落的弊端，同時(shí)對引線的固定化，避免了在高溫?zé)崃髡鹗幥闆r下的引線脫落的情況，具有結(jié)構(gòu)尺寸小、響應(yīng)時(shí)間快，測量精度高，便于裝配等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱流測量技術(shù)及傳感器制備技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，尤其涉及一種基于高溫瞬態(tài)熱流測量的薄膜熱流計(jì)及制作方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，各類航天飛行器朝著飛行高度更高，運(yùn)行速度更快的方向發(fā)展，對于超聲飛行器的研究和設(shè)計(jì)層面來講，飛行器運(yùn)行條件下外表面的高溫流場，發(fā)動機(jī)在高速運(yùn)行條件下燃燒室所處的熱環(huán)境一直是航天飛行器運(yùn)行速度進(jìn)一步提升的核心點(diǎn)。航天飛行器發(fā)動機(jī)，由于其燃燒室在工作過程中不僅要承受高溫、高壓，同時(shí)需要承受長時(shí)間的熱流沖刷，所以在發(fā)動機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，不僅僅要考慮溫度和壓力兩個(gè)數(shù)值，同時(shí)特別需要注意燃燒室壁面的熱防護(hù)工作。由于我國研究航天飛行器發(fā)動機(jī)起步較晚，熱防護(hù)技術(shù)發(fā)展還不是很成熟，尤其涉及到的高溫?zé)崃鳒y量技術(shù)還沒有很好的解決辦法。

目前，檢測熱流的傳感器有很多種，市面上流通的同軸熱電偶式熱流計(jì)、圓箔式熱流傳感器、薄膜熱電堆式熱流傳感器等，但是這些熱流傳感器在不同程度上都存在一些問題，不能很好的對高溫環(huán)境下的熱流密度進(jìn)行檢測。

例如同軸熱電偶響應(yīng)時(shí)間快，響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到1ms。由于選取的熱電極材料、絕緣層材料為耐高溫材料，所以可以承受住高溫以及高溫?zé)崃鞯臎_刷。同軸式熱電偶式熱流計(jì)尺寸小，測量及封裝裝置直徑尺寸僅為幾毫米，具有體積小，安裝位置靈活度，可多次重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。但是此類型熱流計(jì)也有很大的缺點(diǎn)，由于在具體實(shí)際加工過程中，每個(gè)傳感器的加工都是獨(dú)立的，所以在使用之前需要對每個(gè)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，重復(fù)性差。另一方面，此傳感器輸出值為電壓值，并不能直接反應(yīng)熱流情況，需要經(jīng)過計(jì)算機(jī)換算才能獲得實(shí)時(shí)熱流值，操作耗時(shí)繁瑣。

薄膜傳感器測量端敏感元件較小，能敏銳的監(jiān)測到周圍溫度的變化，因此薄膜傳感器的具有極短的響應(yīng)時(shí)間，但是受材料的影響，膜基結(jié)合力不足，在高溫?zé)崃鞯臎_刷下極其容易脫落，同時(shí)受到高溫沖刷之后，薄膜電阻發(fā)生變化，重復(fù)使用時(shí)需要進(jìn)行再次標(biāo)定。

圓箔式熱流傳感器可測量范圍較大，在不同監(jiān)測環(huán)境下，最大量程可以達(dá)到5MW/m2。不足之處在于圓箔式熱流傳感器只能監(jiān)測輻射熱流。

薄膜熱電堆熱流傳感器雖然說都是采用薄膜濺射技術(shù)，但是兩者的基本原理不同。熱電堆式熱流傳感器在實(shí)際工作時(shí)，通過冷熱端溫度不同產(chǎn)生熱電勢，通過傅里葉定律，可以換算得出施加在熱流計(jì)上的熱流值，這種傳感器響應(yīng)時(shí)間短，僅為40ms左右，但是由于受到材料和鍍膜技術(shù)的限制，引線端極其容易在高溫?zé)崃鞯臎_刷下脫落，導(dǎo)致傳感器的失效。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，而提供一種基于高溫瞬態(tài)熱流測量的薄膜熱流計(jì)及制作方法。本發(fā)明將鉑銠6貴金屬引線與氧化鋁陶瓷基底一體化設(shè)計(jì)取代了導(dǎo)電銀膠的使用，避免了使用導(dǎo)電銀膠所帶來的引線端硬、脆，易脫落的弊端，同時(shí)對引線的固定化，避免了在高溫?zé)崃髡鹗幥闆r下引線脫落的情況。

本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種基于高溫瞬態(tài)熱流測量的薄膜熱流計(jì)，包括：