[發明專利]一種高溫電渦流位移傳感器的制作方法

在審

• 申請號: 202110233385.6
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112857195A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 翟敬宇;崔得位;劉沖;李經民;丁來錢;劉濟銘;萬光勛
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發明屬于傳感器技術領域，公開了一種高溫電渦流位移傳感器的制作方法。本發明采用低溫共燒陶瓷作為基體材料，介電損耗和熱膨脹系數小，適宜在高溫環境中使用。通過在陶瓷基體上打孔、通孔填充銀漿和層壓實現上下層的連接。采用干法刻蝕和濕法刻蝕技術結合制作Si模具，使用Si模具在陶瓷表面納米壓印得到導體路徑的微通道，通過涂銀漿、光刻和顯影技術得到線圈金屬導體。最后通過對齊、等靜壓、切割和燒結得到最終的感應探頭。采用高溫氧化鋁陶瓷和無機高溫膠對探頭進行無縫隙封裝，實現了探頭位置的固定和避免油污等的腐蝕。本發明通過將LTCC技術和MEMS技術有機結合，制作的感應探頭靈敏度更高、高溫適應性更強以及品質因數更大。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，公開了一種用于惡劣環境的高溫電渦流位移傳感器的制作方法。

背景技術

渦流檢測是一種非接觸式測量方式，電渦流傳感器具有良好的靈敏度、線性度和動態特性，抗干擾能力強，不受油污等介質影響，因而在電力、冶金、機械等無損探測領域廣泛應用。但在一些惡劣環境下，如發電廠空氣預熱器測量間隙及航空發動機測渦輪轉速，溫度很高且腐蝕性強，一般傳感器滿足不了溫度要求，且傳統電渦流傳感器存在線圈尺寸均一性差、高溫下鐵氧磁體失效、熱變形大以及電磁損耗大等問題。因此一般電渦流傳感器的使用溫度都不超過200℃，且關于此類的研究很少。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高溫電渦流傳感器及其制造方法，用于解決現有技術中電渦流傳感器線圈尺寸均一性差、高溫鐵氧磁體失效、熱變形大以及電磁損耗大等問題。

本發明的技術方案：

一種陶瓷基高溫電渦流傳感器，包括探頭組件、外殼組件和高溫同軸電纜組件。探頭組件包括感應線圈3、低溫共燒陶瓷基體2，線圈3是通過在陶瓷基體2表面和內部制作金屬導體，并將多層陶瓷層壓燒結得到的。外殼組件包括上殼體6和下殼體1，兩者通過螺栓連接，殼體內部填充高溫絕緣膠以形成密閉環境。高溫同軸電纜5通過壓接的方式與探頭組件的表面電極4連接，通過高溫膠和上殼體6的通孔固定位置。

一種高溫電渦流位移傳感器的制作方法，步驟如下：

步驟1：預處理，使用和生瓷片尺寸相同的2～8mm厚的多孔金屬極板壓在生瓷片表面，在烘干爐中預處理，可以排出生瓷片的有機膠，避免在后面工序中發生較大的變形，從而影響打孔、金屬圖形化等關鍵工藝的精度。

步驟2：生瓷片打孔。按照預先設計的圖形在生瓷片指定位置上打通孔，孔徑大小、位置精度均直接影響布線密度與基板質量，打孔方式可以是紫外激光打孔和CO₂激光打孔。

步驟3：通孔填充。配置一定濃度的金屬漿料并在生瓷片背面涂滿，通過設置壓力、時間等參數，利用真空負壓吸附的方法使通孔填滿漿料。負壓吸附方法可以是微孔注入法和絲網印刷法。

步驟4：金屬模具制作。以金屬鋁(Al)片作為基體材料，根據設計的圖形制作掩膜版，利用掩膜版覆蓋在基體表面干法刻蝕出垂直的側壁，然后利用濕法刻蝕的各向同性，刻蝕出上窄下寬，具有1°～5°脫模斜度的型槽。濕法刻蝕方式可以是浸入式和噴灑式。

步驟5：納米壓印，將制成的金屬模具在低溫共燒陶瓷基片上納米壓印得到微通道，利用去離子水處理后用惰性氣體吹干表面。納米壓印技術可以是熱壓印和微接觸印刷。

步驟6：金屬圖形化，在低溫陶瓷表面旋涂5～30μm厚的感光金屬漿料，利用掩膜版在表面光刻出線圈圖形、經過顯影液的顯影和漂洗，烘干后冷卻，得到線圈金屬導體。金屬漿料可以是感光銀漿或金漿料。

步驟7：疊片和層壓。將有金屬化圖形和形成互聯通孔的生瓷片放入疊片機中，按照設計的順序對齊堆疊在一起，真空封裝后送入層壓機中進行等靜壓，使之成為一個緊密粘結的多層基板胚體。