一种薄膜热电偶及其制造方法技术

本发明专利技术属于温度测量技术领域，具体涉及一种薄膜式热电偶及其制造方法。本发明专利技术薄膜热电偶，其包括热电极Ａ、热电极Ｂ和连接引线，其中，所述热电极Ａ和热电极Ｂ的交接处为测温点，所述连接引线分别从热电极Ａ和热电极Ｂ引出。其中，所述热电极Ａ和热电极Ｂ通过真空离子溅射的方式成型在待测构件表面。另外，本发明专利技术还提供所述薄膜热电偶的制造方法。本发明专利技术薄膜热电偶由于通过真空离子溅射的方式在待测构件表面上直接溅射生成构成热电偶的热电极Ａ和热电极Ｂ，因此热电偶与待测构件之间连接紧密可靠，不易浮空脱落，测量精度较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于温度测量
，具体涉及一种薄膜式热电偶及其制造方法。
技术介绍
热电偶是热电温度计的敏感元件，它的测温原理是基于1821年塞贝克(Seebeck) 发现的热电效应。请参阅图1，其是热电偶测温的原理示意图。图中，两种不同的导体A和 B连接在一起，构成一个闭合回路，且导体A和导体B之间的相连的两个接点分别为测温点 1和参考点2。其中，导体A，B称为热电极，测温点1通常是焊接在一起，测量时置于测温场 用于感受被测温度，参考点2则保持温度恒定，以作为参考。当测温点1和参考点2的温度不同时，回路中就会产生热电动势，这种现象就称为 热电效应。该热电动势称为塞贝克温差电动势，简称“热电动势”，记为Et而热电偶就是 通过测量该热电动势来实现测温的。目前，对于金属结构表面的温度测量是直接将热电偶焊接在金属结构表面进行 的。对于非金属结构表面的温度测量，常采用将热电偶焊接在金属片上，再将金属片粘贴在 非金属结构表面的方法进行。由于金属片与非金属结构材料的热膨胀系数差异较大，测温 过程中经常会出现金属片浮空甚至脱落现象，因此可靠性欠佳，测量精度较低。
技术实现思路
本专利技术的目的为了解决现有技术非金属结构表面温度测量可靠性欠佳，测量精 度较低的问题，本专利技术提供了一种测温过程不易发生浮空及脱落，可靠性较佳，测量精度较 高的薄膜热电偶。另外，本专利技术还提供一种薄膜热电偶的制造方法。本专利技术的技术方案一种薄膜热电偶，其包括热电极A、热电极B和连接引线，其 中，所述热电极A和热电极B的交接处为测温点，所述连接引线分别从热电极A和热电极B 引出，其特征在于所述热电极A和热电极B通过真空离子溅射的方式成型在待测构件表面。所述薄膜热电偶进一包括非金属薄膜，所述热电极A和热电极B通过真空离子溅 射的方式成型在非金属薄膜表面，该非金属薄膜粘接在待测构件表面。所述热电极A和热电极B的厚度在8 12微米之间。一种薄膜热电偶的制造方法，其包括如下步骤步骤1 提供并安装靶材和A组掩模版，其中，所述靶材为标准热电极材料；步骤2 清洗待测构件测温点部位，并安装待测构件；步骤3 抽真空并烘烤，当真空抽到10_3Pa时，加热烘烤到150°C 250°C，并保持 气压不高于3. 0Xl(T3Pa ；步骤4 辉光清洗，充惰性气体至0. 5 2. OX 10_3Pa，打开离子清洗电源，电压从 1000V 2000V范围逐步调整，使辉光清洗由弱逐渐增强，真空室内出现清晰的辉光，整个辉光清洗过程约保持8 12分钟；步骤5 在待测构件上溅射镀膜，启动溅射电源和偏压电源，减少惰性气体供给 量，使真空度达到8 X 10_2Pa，偏压电源电压从零V起逐步调高至60 100V，溅射电源电压 从零V起逐步调高至500 700V，电流设定在3 5A，保持溅射镀膜过程10 20分钟，使 镀膜厚度达到8 12微米，形成热电极A ；步骤6 冷却10 20分钟后，充惰性气体降低真空度至1 3X 10冲￡1，停留5分 钟后，充入大气；步骤7 取出待测构件，将A组掩模版更换为B组掩模版，并重复步骤2至步骤6， 形成热电极B，且二次所镀薄膜之间存在作为测温点的交接点；步骤8 在热电极A和热电极B上分别设置引线。本专利技术的有益效果本专利技术通过真空离子溅射方法在非金属薄膜或待测构件表面 形成热电极A和热电极B，所述热电极A和热电极B相交构成热电偶，可实现对温度的测量。 由于本专利技术的热电偶是通过真空离子溅射形成，因此可靠性高，避免了由于热膨胀系数的 差异所引起的浮空或脱落问题，测量精度较高，具有较大的实际应用价值。附图说明图1是热电偶测温的原理示意图；图2是本专利技术薄膜热电偶第一实施方式的结构示意图；其中，1-测温点、2-参考点、3-待测构件、4-热电极A、5-热电极B、6-引出线。具体实施例方式下面通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明请参阅图2，其是本专利技术薄膜热电偶第一实施方式的结构示意图。所述薄膜热电偶 包括热电极A4、热电极B5和一对引出线6。其中，所述热电极A4和热电极B5为两种标准 热电极材料，二者通过真空离子溅射的方式直接生成在待测构件3的表面上。而且所述热 电极A4和热电极B5相互交接形成热电偶，且交接处重合并紧密接触，二者的交接点为测温 点1。同时，引出线6分别从热电极A4和热电极B5引出。实际测量时，一般以零度作为参 考点，热电偶参考点常用的采用方式有两种，一种是将引出线6置入一冰瓶中，以零度作为 参考点。另一种是将引出线6与一测量模块连接，室温作为参考点，由测量模块对室温进行 修正，修正后参考点仍为零度。由于薄膜热电偶通过真空离子溅射的方式在待测构件3表面上直接溅射生成构 成热电偶的热电极A4和热电极B5，因此热电偶与待测构件之间连接紧密可靠，不易浮空脱 落，测量精度较高。下面提供所述薄膜热电偶的制造方法，其包括如下工艺步骤1.制作靶材、掩膜版、卡具；2.安装靶材；3.清洗待测构件测温点部位，去除油污；4.安装待测构件；5.安装A组掩膜版；6.抽真空、烘烤，真空度指示达到10_3Pa启动加热器，进行加热，烘烤电压控制在160V以内，温度到200°C，关加热器，真空度应优于3. 0 X 10_3Pa ；7.辉光清洗7. 1 充 Ar 气至 0. 5 2. 0 X l(T3Pa ；7. 2开离子清洗电源，逐步调高电压，使真空室内出现清晰的辉光，辉光清洗一般 由弱逐渐调强；7. 3辉光清洗10分钟，关清洗电源；8.溅射镀膜8. 1启动溅射电源、偏压电源；8. 2减少Ar气供给量，使真空度达到8 X 10_2Pa ；8. 3偏压电源电压从零V起逐步调高至80V ；8. 4溅射电源电压从零V起逐步调高至600V左右，电流设定在3 5A ；8. 5溅射镀膜过程持续进行10 20分钟，使得镀膜厚度约为10微米；8. 6冷却10 20分钟后，充Ar气降低真空度至1 3X lO—Pa，然后停留5分钟 后充入大气；9.取出工件，更换为B组掩膜版；10.重复 6-8. 6 过程；11.镀膜后的外观检查。本专利技术热电偶的制造方法中，靶材为标准热电极材料，且靶材、掩膜版、卡具的制 作以及靶材的安装参考普通真空溅射方式设置即可。根据待测构件测温范围，可选择不同 分度号的热电偶材料。国际电工委员会在1975年向世界各国推荐了 7种标准化热电偶，即 7种分度号的热电偶，每种热电偶都由两种热电极材料A、B组成。这七种分度号的热电偶 都可以通过溅射的方法制作在待测构件表面，只是具体工艺参数略有不同。因此根据热电 偶材料的不同，本专利技术热电偶制造方法中的各参数可存在一定的差异，如烘烤温度不限于 200°C，可根据材料性质差异在150°C 250°C内作调整。辉光清洗时，不限于充入氩气，还 可以为其它惰性气体，且辉光清洗时间不限于10分钟，可在10分钟上下作小幅浮动，如可 以保持8 12分钟的辉光清洗。偏压电源电压从零V起可逐步调高至60 100V，溅射电 源电压从零V起逐步调高至500 700V，且所镀的热电极厚度也可在8 12微米范围内变 化。另外，本专利技术薄膜热电偶第二实施方式的结构方式和第一实施方式相似，只是还 包括一非金属薄膜。而且本实施方式中，薄膜热电偶的热电极A和热电极B均通过真空离 子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜热电偶，其包括热电极Ａ、热电极Ｂ和连接引线，其中，所述热电极Ａ和热电极Ｂ的交接处为测温点，所述连接引线分别从热电极Ａ和热电极Ｂ引出，其特征在于：所述热电极Ａ和热电极Ｂ通过真空离子溅射的方式成型在待测构件表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝庆瑞，成竹，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]