一种薄膜结构石墨烯高温温度传感器，传感器包括：封装外壳，以及设置在封装外壳顶端的陶瓷端盖和设置在封装外壳内部底端的陶瓷基板，陶瓷端盖上设置有多个通孔；检测单元，检测单元设置陶瓷基板上；互连组件，互连组件设置在检测单元两侧，互连组件一端与检测单元连接，另一端与外部连接。本发明专利技术利用包含石墨烯层的检测纳米薄膜替代其它金属材料或者半导体材料，提高了电阻式温度传感器的测温区间，由于石墨烯材料的高热导率，提高了器件的响应速度。检测纳米薄膜被氧化铝纳米薄膜和衬底包裹着，有效消除了周围环境中的干扰因素，隔绝了检测纳米薄膜与外界的直接接触，从而提升了器件的耐高温能力以及稳定性，可应用于及其恶劣的高温测试环境。
【技术实现步骤摘要】
一种薄膜结构石墨烯高温温度传感器
本专利技术涉及高温测试
，具体涉及一种薄膜结构石墨烯高温温度传感器。
技术介绍
由于航空航天发动机、重型燃气轮机、火力发电站及冶炼炉等设备中某些部件长时间工作于高温恶劣环境下，因而需要用温度传感器对这些高温部件的温度参数进行实时监测，从而准确评估设备的健康状况，提高设备运行寿命，保证安全可靠运行。由于石墨烯在无氧环境下可耐3000℃的高温，且石墨烯热导率高达5300W/(m·K)，故采用石墨烯薄膜制备的传感器对温度的响应时间极短。由于Al2O3可承受1500℃以上的高温，衬底材料α-Al2O3熔点可达2030℃，因此采用Al2O3薄膜和α-Al2O3衬底对石墨烯无氧封装后可在1500℃以上的环境中稳定工作。目前金属薄膜高温温度传感器测温范围0～1300℃、精度高且性能稳定；但其热惯性大、响应时间长。如上海航空测控技术研究所开发的某型用于航空发动机涡轮叶片的薄膜高温温度传感器最高测量温度为1100℃[专利技术号：CN109338290A]，陕西电器研究所开发的某型用于飞行器快速响应薄膜温度传感器测温上限为1200℃，响应时间小于50ms[专利技术号：CN104748876A]。利用石墨烯材料开发一种快响应、体积小、高性能耐高温薄膜温度传感器是目前急需解决的一项科学技术。本专利技术所述的薄膜结构石墨烯高温温度传感器与金属薄膜高温温度传感器相比，石墨烯高温温度传感器可用于1500℃的高温且响应时间低至10ms。
技术实现思路
为了有效解决上述
技术介绍
问题的不足，本专利技术利用石墨烯代替金属和其它半导体材料，设计了一种薄膜结构石墨烯高温温度传感器。具有石墨烯层的检测纳米薄膜受温度影响电学特性发生改变，具体是温度改变了石墨烯层的电导率，然后通过外部检测电路检测检测纳米薄膜电导率的变化来实现对温度的测量。一种薄膜结构石墨烯高温温度传感器，可以长期稳定工作在1500℃的高温，所述传感器包括：封装外壳，以及设置在所述封装外壳顶端的陶瓷端盖和设置在封装外壳内部底端的陶瓷基板，所述陶瓷端盖上设置有多个通孔；检测单元，所述检测单元设置在由所述陶瓷端盖、陶瓷基板以及封装外壳共同界定的内部检测空间内并位于所述陶瓷基板上；互连组件，所述互连组件设置在所述检测单元两侧，所述互连组件一端与所述检测单元连接，所述互连组件另一端与外部连接导出检测单元中的电学响应。可选地，所述检测单元设置在所述陶瓷基板上面向内部检测空间的一侧，所述检测单元包括：检测纳米薄膜、金属电极、氧化铝纳米薄膜、衬底和阻挡层，所述衬底设置在所述陶瓷基板上，所述检测纳米薄膜设置在所述衬底上表面，所述氧化铝纳米薄膜覆盖在所述检测纳米薄膜上表面，所述金属电极设置在所述检测纳米薄膜两侧并与所述检测纳米薄膜连接，所述阻挡层设置在所述金属电极与衬底之间。可选地，所述检测纳米薄膜由上层氮化硼层、中层石墨烯层、下层氮化硼层组成，所述上层氮化硼层、中层石墨烯层、下层氮化硼层由上至下顺次设置，所述中层石墨烯层为蛇形弯折结构或圆盘形弯折结构。可选地，所述金属电极由复合电极，布线和内部互连电极组成，所述复合电极通过布线与内部互连电极连接，所述复合电极分别与所述中层石墨烯层的两个相对的端部连接，所述互连电极与互连组件连接，用于导出检测纳米薄膜中的电学响应。可选地，所述阻挡层设置在所述复合电极，布线和内部互连电极底部。可选地，所述互连组件包括：互连引线，互连焊盘，引线柱和外部互连电极，所述互连引线，互连焊盘，引线柱和外部互连电极顺次连接。可选地，所述陶瓷基板上开设有安装所述引线柱的安装孔，所述引线柱设置在所述安装孔内，所述互连焊盘设置在所述陶瓷基板上并与所述引线柱一端连接，所述互连焊盘上设置有互连凸点，所述互连引线一端与所述互连焊盘上的互连凸点连接，所述互连引线另一端与所述内部互连电极连接，所述封装外壳底部设置有容纳所述外部互连电极的开口，所述外部互连电极设置在所述陶瓷基板底部并与所述引线柱另一端连接，所述外部互连电极连接外部检测组件。本专利技术的有益效果在于，器件在原有电阻式温度传感器基础上，利用包含石墨烯层的检测纳米薄膜替代其它金属材料或者半导体材料，大大的提高了电阻式温度传感器的测温区间，并且由于石墨烯材料的高热导率，有效的提高了器件的响应速度。同时，检测纳米薄膜被氧化铝纳米薄膜和衬底包裹着，有效的消除了周围环境中的干扰因素，且氧化铝纳米薄膜隔绝了检测纳米薄膜与外界的直接接触，从而提升了器件的耐高温能力以及稳定性，可应用于及其恶劣的高温测试环境，是十分理想的高温温度传感器，器件可以长期稳定工作在1500℃的高温且响应时间低至10ms，并且适用于各种高温测试环境，具有很高的实用价值。附图说明图1为本专利技术实施例的外部结构示意图；图2为本专利技术实施例的截面结构示意图图；图3为本专利技术实施例的检测单元结构俯视图；图4为本专利技术实施例的检测纳米薄膜与金属电极结构示意图；图5为本专利技术实施例的检测纳米薄膜与金属电极俯视结构示意图；图6为本专利技术实施例的检测纳米薄膜截面结构示意图；图7为本专利技术实施例的中层石墨烯层与金属电极俯视结构示意图；图中所示，附图标记清单如下：检测纳米薄膜-1；通孔-2；氧化铝纳米薄膜-3；复合电极-4、8；布线-5、9；内部互连电极-6、10；陶瓷端盖-7；互连引线-11、13；互连凸点-12、14；互连焊盘-15、17；引线柱-16、18；衬底-19；陶瓷基板-20；封装外壳-21；上层氮化硼层-22；中层石墨烯层-23；下层氮化硼层-24；阻挡层-25、26；外部互连电极-27、28。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。另外，本专利技术实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。以下结合附图对本专利技术做进一步说明：如图1、2所示，为本专利技术第一实施例的外观立体图，提供一种薄膜结构石墨烯高温温度传本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种薄膜结构石墨烯高温温度传感器，可以长期稳定工作在1500℃的高温，其特征在于，所述传感器包括：/n封装外壳(21)，以及设置在所述封装外壳(21)顶端的陶瓷端盖(7)和设置在封装外壳(21)内部底端的陶瓷基板(20)，所述陶瓷端盖(7)上设置有多个通孔(2)；/n检测单元，所述检测单元设置在由所述陶瓷端盖(7)、陶瓷基板(20)以及封装外壳(21)共同界定的内部检测空间内并位于所述陶瓷基板(20)上；/n互连组件，所述互连组件设置在所述检测单元两侧，所述互连组件一端与所述检测单元连接，所述互连组件另一端与外部连接导出检测单元中的电学响应。/n
【技术特征摘要】
1.一种薄膜结构石墨烯高温温度传感器，可以长期稳定工作在1500℃的高温，其特征在于，所述传感器包括：
封装外壳(21)，以及设置在所述封装外壳(21)顶端的陶瓷端盖(7)和设置在封装外壳(21)内部底端的陶瓷基板(20)，所述陶瓷端盖(7)上设置有多个通孔(2)；
检测单元，所述检测单元设置在由所述陶瓷端盖(7)、陶瓷基板(20)以及封装外壳(21)共同界定的内部检测空间内并位于所述陶瓷基板(20)上；
互连组件，所述互连组件设置在所述检测单元两侧，所述互连组件一端与所述检测单元连接，所述互连组件另一端与外部连接导出检测单元中的电学响应。
2.根据权利要求1所述的薄膜结构石墨烯高温温度传感器，其特征在于，所述检测单元设置在所述陶瓷基板(20)上面向内部检测空间的一侧，所述检测单元包括：检测纳米薄膜(1)、金属电极、氧化铝纳米薄膜(3)、衬底(19)和阻挡层(25、26)，所述衬底(19)设置在所述陶瓷基板(20)上，所述检测纳米薄膜(1)设置在所述衬底(19)上表面，所述氧化铝纳米薄膜(3)覆盖在所述检测纳米薄膜(1)上表面，所述金属电极设置在所述检测纳米薄膜(1)两侧并与所述检测纳米薄膜(1)连接，所述阻挡层(25、26)设置在所述金属电极与衬底(19)之间。
3.根据权利要求2所述的薄膜结构石墨烯高温温度传感器，其特征在于，所述检测纳米薄膜(1)由上层氮化硼层(22)、中层石墨烯层(23)、下层氮化硼层(24)组成，所述上层氮化硼层(22)、中层石墨烯层(23)、下层氮化硼层(24)由上至下顺次设置，所述中层石墨烯层(23)为蛇形弯折结构或圆盘形弯折结构。
4.根据权利要求3所述的薄膜结构石墨烯高温温度传感器，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：王俊强，李孟委，朱泽华，梁海坚，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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