基于离子束镀膜的液体管路温度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了基于离子束镀膜的液体管路温度传感器及其制备方法，在保护壳内部置入了两片测温元件，测温元件包括基片、附在基片上的电阻丝栅膜、焊盘、保护膜、玻璃层、引线，用导线将测温元件的引线引出，并且与电连接器焊接；用环氧树脂将保护壳内的空腔灌封；保护壳的前端探头直径由一种较大的直径变径为一种较小的直径，并在变径处进行倒角。本发明专利技术的核心敏感元件国产化，可靠性高耐久性好，可以应用于航空、航海等军工领域及恶劣的海洋民用领域。

Liquid Pipeline Temperature Sensor Based on Ion Beam Coating and Its Preparation Method

The invention discloses a liquid pipeline temperature sensor based on ion beam coating and its preparation method. Two temperature measuring elements are inserted into the protective shell. The temperature measuring elements include a substrate, a resistance wire grating film attached to the substrate, a welding pad, a protective film, a glass layer and a lead wire. The lead wire of the temperature measuring element is drawn out by a wire and welded with an electric connector; and the protective shell is made of epoxy resin. Cavity filling; the diameter of the probe at the front end of the protective shell changes from a larger diameter to a smaller diameter, and chamfers at the diameter change. The core sensor of the invention is localized, has high reliability and good durability, and can be applied in military industry fields such as aviation, navigation and other harsh marine civil fields.

【技术实现步骤摘要】
基于离子束镀膜的液体管路温度传感器及其制备方法
本专利技术属于航空、航海等军用温度传感器领域及海洋民用温度传感器领域。具体涉及一种基于离子束镀膜技术的液体管路温度传感器及其制备方法，通过薄膜铂电阻元件实现温度的测量。
技术介绍
在航空、航海等军工领域及恶劣的海洋民用领域，可靠性高耐久性好的液体管路温度测量问题一直是相关领域存在的问题，目前使用的液体管路温度传感器普遍存在以下问题：一是核心敏感元件多为进口，国产化程度低。对于温度传感器，一般选用薄膜铂电阻元件作为敏感元件。薄膜铂电阻元件是用真空沉积的薄膜技术把铂溅射在陶瓷基片上，膜厚在2μm以内，用玻璃烧结料把Ni(或Pd)引线固定，经激光调阻制成的薄膜元件，其优点是抗振等机械性能优，响应时间快。目前，高可靠的薄膜铂电阻元件多为日本、德国进口，国内在该领域研究的单位不多，没有核心竞争力。二是使用寿命短，可靠度低。对于严酷的航空、航海等军工领域及恶劣的海洋民用领域，传感器的抗环境性能要求高，对工作的可靠性要求高。在高振动、冲击、酸碱等恶劣环境下，常规的传感器在测量精度与测量可靠性上都将受到影响。目前，国内传感器在此类应用环境下的可靠性耐久性都不高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于离子束镀膜的液体管路温度传感器，用来测量液体管路内液体介质的温度，这种液体管路温度传感器采用离子束镀膜技术、成熟的机加装配工艺技术和材料，生产工艺简单，安装方便，可靠性高耐久性好。可以很好地解决航空、航海等军工领域及恶劣的海洋民用领域中可靠性不高耐久性不好的液体管路温度测量问题。为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：基于离子束镀膜的液体管路温度传感器，包括测温元件和电连接器，其特征在于，在保护壳内部置入了两片测温元件，测温元件包括基片、附在基片上的电阻丝栅膜、焊盘、保护膜、玻璃层、引线，用导线将测温元件的引线引出，并且与电连接器焊接；用环氧树脂将保护壳内的空腔灌封；保护壳的前端探头直径由一种较大的直径变径为一种较小的直径，并在变径处进行倒角。所述基片材料为Al2O3陶瓷；所述电阻丝栅膜材料为Pt；所述保护膜材料为SiOxNy；所述引线材料为Ag或Au。保护壳的外螺纹退刀槽内按照一定的光洁度加工，并在退刀槽内倒角。在液体管路温度传感器安装在液体管路的安装座上时，保护壳的外螺纹退刀槽内置入密封圈，有利于液体管路温度传感器在液体管路安装座上的密封。保护壳材料为06Cr19Ni10不锈钢，并对外壳表面进行镀镉钝化或者不锈钢钝化的腐蚀防护处理。所述测温元件的制备方法，包括如下步骤：第1步.清洗基片：超声清洗Al2O3陶瓷基片。第2步.预处理基底表面：对Al2O3陶瓷基片表面进行离子束轰击二次清洗；第3步.离子束溅射制作Pt导电薄膜：在预处理过的Al2O3陶瓷基片表面采用离子束溅射的方式沉积一层Pt导电薄膜。第4步.光刻制作Pt电阻膜：在Pt导电薄膜表面用匀胶机均匀旋涂上正性光刻胶，接下来用掩模板通过紫外曝光机进行曝光，然后使用显影液进行显影，再利用离子束刻蚀的方法，刻蚀掉光刻胶覆盖图形以外多余的Pt膜层，用无水乙醇超声波清洗去除掉覆盖的光刻胶，得到所设计的Pt电阻丝栅膜层。第5步.离子束溅射制作保护膜：在焊盘以外的部分采用离子束溅射的方式沉积一层SiOxNy保护膜覆盖住Pt电阻膜层。第6步.焊接引线：将两根Ag或Au引线通过焊接的方式分别从两个焊盘处引出。第7步.烧结玻璃层：用玻璃烧结料将焊盘与引线固定。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：a)本专利技术的核心敏感元件是基于离子束镀膜技术自行生产的，实现了核心敏感元件的国产化，并且相比其他镀膜技术诸如化学气相沉积、真空蒸镀，离子束镀膜的膜层和基体的附着力更强，膜层的致密性、均匀性更优，采用该技术制作的测温元件可靠性更高。b)本专利技术每支传感器内装入两片测温元件，两片测温元件同时工作，互为备份，提高了传感器的可靠性。c)本专利技术传感器的前端探头直径由一种较大的直径变径为一种较小的直径，并在变径处进行倒角。这种变径设计，减小了传感器在管路中受液体冲刷时的应力，减小了传感器在受到振动、冲击时的应力，提高了强度耐久性。d)本专利技术传感器的安装螺纹退刀槽内按照一定的光洁度加工，并在退刀槽内倒角，在传感器安装时，退刀槽内置入密封圈，安装后密封圈在退刀槽内受到挤压变形，可以很好的保证传感器在液体管路安装座上的密封性。e)本专利技术传感器的外壳选用不锈钢06Cr19Ni10不锈钢，该不锈钢是奥氏体不锈/耐酸钢，碳含量低，具有良好耐晶间腐蚀性，对氧化性酸有很强的耐腐蚀性能，对碱溶液及大部分有机酸和无机酸亦有一定的耐腐蚀能力。并对外壳表面进行镀镉钝化或者不锈钢钝化的腐蚀防护处理。提高了耐酸碱等恶劣自然环境的能力。f)本专利技术的测温元件的Pt电阻膜上采用离子束溅射的方式沉积了一层SiOxNy保护膜，将Pt电阻膜与大气隔绝，相比传统的Al2O3、Si3N4薄膜，SiOxNy薄膜在经过高温处理后本身发生轻微氧化，薄膜结构会变的更致密，这有利于对Pt电阻膜的抗氧化保护，从而提高了测温元件的抗氧化能力。附图说明图1-1是本专利技术液体管路温度传感器结构示意图。图1-2是图1-1的俯视图.图2是实施例的外螺纹退刀槽的局部放大图。图3是实施例的前端探头直径变径设计前后两种结构的应力仿真分布。图4是液体管路温度传感器在液体管路上的安装示意图。图5-1是测温元件示意图。图5-2是5-1的侧视图。图6是测温元件制作方法的工艺流程图。图中，1-液体管路温度传感器，2-测温元件，3-环氧树脂，4-保护壳，5-导线，6-电连接器，7-密封圈，8-安装座，9-液体管路，10-基片，11-电阻丝栅膜，12-焊盘，13-保护膜，14-玻璃层，15-引线。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，结合实施例作详细描述。参见图1-1和图1-2，所述基于离子束镀膜技术的一种可靠性高耐久性好的液体管路温度传感器1，由测温元件、传感器结构体、电连接器等组成，在保护壳4内部置入测温元件2；导线5将测温元件2的引线引出，并且与电连接器6焊接连接；用环氧树脂3将保护壳4内的空腔灌封。在保护壳4内部置入两片测温元件2，两片测温元件同时工作，互为备份，提高了传感器的可靠性。如图5-1和图5-2所示，测温元件2包括基片10、附在基片上的电阻丝栅膜11、焊盘12、保护膜13、玻璃层14、引线15，所述基片材料为Al2O3陶瓷；所述电阻丝栅膜材料为Pt；所述保护膜材料为SiOxNy，所述引线材料为Ag或Au。如图4所示，在传感器安装在液体管路的安装座8上时，退刀槽内置入密封圈7，有利于传感器在液体管路安装座上的密封。保护壳4的前端探头直径由一种较大的直径Φ12变径为Φ8再变径为Φ5，并在变径处分别进行倒角R2、R1。图3为变径设计前后两种结构的仿真分析，在传感器径向施加随机振动载荷，两种结构的应力分布如图3所示。从图中可以看到，变径设计前(a)结构的应力集中区为探头根部，应力最大可达0.65MPa，变径设计后(b)结构的应力集中区为Φ8与Φ5的过渡区，应力为0.38MPa。故变径设计后(b)结构的强度更优，耐久性更优。如图2所示，保护壳4的外螺纹退刀槽内按照光洁度1.6来加工，并在退刀槽内倒角R0.5。传感器的保护壳4选用不锈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于离子束镀膜的液体管路温度传感器，包括测温元件和电连接器(6)，其特征在于，在保护壳(4)内部置入了两片测温元件(2)，测温元件(2)包括基片(10)、附在基片上的电阻丝栅膜(11)、焊盘(12)、保护膜(13)、玻璃层(14)、引线(15)，用导线(5)将测温元件(2)的引线(15)引出，并且与电连接器(6)焊接；用环氧树脂(3)将保护壳(4)内的空腔灌封；保护壳(4)的前端探头直径由一种较大的直径变径为一种较小的直径，并在变径处进行倒角。

【技术特征摘要】
1.基于离子束镀膜的液体管路温度传感器，包括测温元件和电连接器(6)，其特征在于，在保护壳(4)内部置入了两片测温元件(2)，测温元件(2)包括基片(10)、附在基片上的电阻丝栅膜(11)、焊盘(12)、保护膜(13)、玻璃层(14)、引线(15)，用导线(5)将测温元件(2)的引线(15)引出，并且与电连接器(6)焊接；用环氧树脂(3)将保护壳(4)内的空腔灌封；保护壳(4)的前端探头直径由一种较大的直径变径为一种较小的直径，并在变径处进行倒角。2.如权利要求1所述的基于离子束镀膜的液体管路温度传感器，其特征在于，所述基片(10)材料为Al2O3陶瓷；所述电阻丝栅膜(11)材料为Pt；所述保护膜(13)材料为SiOxNy；所述引线(15)材料为Ag或Au。3.如权利要求1所述的基于离子束镀膜的液体管路温度传感器，其特征在于，保护壳(4)的外螺纹退刀槽内按照一定的光洁度加工，并在退刀槽内倒角。4.如权利要求1所述的基于离子束镀膜的液体管路温度传感器，其特征在于，在液体管路温度传感器安装在液体管路的安装座(8)上时，保护壳(4)的外螺纹退刀槽内置入密封圈(7)，有利于液体管路温度传感器在液体管路安装座上的密...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，孙丞，鹿文龙，杨静，孙航，强熙隆，雷玥，彭旗，张瑾瑶，
申请(专利权)人：陕西电器研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61