【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于薄膜温度传感器，具体涉及基于流场温度测量的一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶及其制备方法。
技术介绍
1、在火箭喷嘴爆燃、航空发动机尾喷、烧蚀研究、激波测量、炮筒和枪膛、爆炸、爆管和点火器、柴油机燃气等实际工作过程中，需要测量高速热气流的瞬态温度变化，这些瞬态温度的共同特点是温度高、变化快、测试现场存在较强冲击，且多为不可重复一次性过程。因此，准确测量获得温度参数技术难度很高。针对爆轰气体和火焰的温度测量，nanmac公司研制出的e系列侵蚀型探头瞬态测温热电偶中，e 11型号响应时间低至10μs；针对管道内高速流体测温，nanmac公司研制出的c 5型直角带状快速响应热电偶，其响应时间为毫秒级，能满足大多数研究的要求。但是，这两种热电偶的售价高昂，而且进口手续复杂，供货期长；热电偶的铠装结构会对原流场产生影响，导致测量不够精确。
2、目前，能够在较为恶劣环境下使用的热电偶，大多数都使用保护套管进行铠装，把感温结点与测量环境隔离开来。这种方式虽能对热电偶起到很好的保护作用，但是感温结点想要感受到温度变化，热量需要先通过保护套管才能传递到感温结点，受保护外壳传热效率影响，导致响应时间变长，无法满足于高速气流瞬态温度测量测试要求。
3、因此，有必要提供一种具有新结构的适用于高速气流瞬态测温的热电偶传感器来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有高速气流瞬态温度测量技术存在的响应速度慢的问题，提供一种用于气流瞬态测温的探针型薄
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶，包括两个对接的陶瓷基底，两个陶瓷基底之间设置有柔性基底，柔性基底的表面设置有正极敏感层薄膜和负极敏感层薄膜，所述正极敏感层薄膜和负极敏感层薄膜的一端通过连接补偿导线引出热电势，正极敏感层薄膜与负极敏感层薄膜的另一端相互搭接形成热结点感温区域；所述热结点感温区域位于陶瓷基底外。
4、进一步的，陶瓷基底为氧化铝或碳化硅陶瓷基底。
5、进一步的，柔性基底为聚酰亚胺基底或氟晶云母基底。
6、进一步的，正极敏感层薄膜为氧化铟锡薄膜，负极敏感层薄膜为氧化铟薄膜，或正极敏感层薄膜为铜薄膜，负极敏感层薄膜为铜镍薄膜，所述铜镍由55％铜和45％镍组成。
7、进一步的，柔性基底的长和宽小于陶瓷基底的纵截面的长和宽。
8、进一步的，柔性基底厚度为0.05～0.50mm。
9、进一步的，正极敏感层薄膜和负极敏感层薄膜的厚度均为1～30μm。
10、上述一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶的制备方法，包括以下步骤：
11、s1、丝网印刷或磁控溅射制备薄膜热电偶；
12、sa1、采用丝网印刷制备薄膜热电偶时，分别使用氧化铟锡浆料和氧化铟浆料在柔性基底上表面进行印刷和干燥；在空气气氛中进行退火处理，制备得到柔性ito-in2o3薄膜热电偶；
13、sb1、采用磁控溅射制备薄膜热电偶时，以铜和康铜为靶材，分两次进行磁控溅射，制备得到正极敏感层薄膜和负极敏感层薄膜；在真空气氛中进行退火处理，制备得到柔性cu-cu/ni薄膜热电偶。
14、s2、对薄膜热电偶进行引线后，用陶瓷胶将柔性基底正面和背面分别与两个陶瓷基底固定，并将两个陶瓷基底粘接在一起，固定时将热结点感温区域漏出陶瓷基底，得到一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶。
15、进一步的，步骤sa1中，退火温度为200～350℃，时间为15～180min。
16、进一步的，磁控溅射时的参数包括：功率为100～300w，溅射时间为1～4h。
17、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
18、本专利技术一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶，敏感层薄膜制备在柔性聚酰亚胺或氟晶云母基底上，并封装在氧化铝或者碳化硅的陶瓷基底内成为探针型温度传感器，陶瓷封装结构更加适合流体冲刷严重的场合，能够较好的保护内部敏感层薄膜的完整性，防止敏感层薄膜被高速热气流直接冲刷导致断路失效。并且，探针型的温度传感器结构便于安装在流道内，对高速气流进行直接测温。
19、由于薄膜热电偶的时间常数只与热结点部分有关，与延伸的薄膜无关。因此，探针型薄膜热电偶的快响应是通过将柔性基底上的仅微米级别厚度的薄膜热电偶传感器热结点漏出陶瓷基底，直接感受高速热气流，加强热气流与热结点的对流换热。热结点远离陶瓷基底的结构，能够减小体积较大的陶瓷基底对时间常数及热结点附近流场的影响。热结点部分的薄膜正对热气流来流方向，会因气流冲刷导致热结点感温区域的薄膜脱落，传感器回路发生断路失效。但是可以通过调整热气流与传感器的相对位置来避免传感器的失效，将传感器旋转90°侧放，使热气流侧向吹拂传感器的热结点感温区域，减少热气流对薄膜的侵蚀。由于聚酰亚胺基底、氟晶云母基底热惯性小，因此其对传感器的时间常数的影响也较小。
20、本专利技术提供的探针型薄膜热电偶的制备方法，采用丝网印刷技术或磁控溅射技术制备薄膜热电偶的正极敏感层薄膜和负极敏感层薄膜，其厚度为微米级，较薄的厚度具有较小的热容量，可以有效降低薄膜热电偶的时间常数。采用聚酰亚胺基底或氟晶云母基底，该类基底尺寸小，热容量小，在感受热气流时，基底与薄膜间的热量传递较少，减少基底对薄膜热电偶时间常数的影响。通过陶瓷胶将聚酰亚胺基或氟晶云母基薄膜热电偶封装在陶瓷基底中，使得聚酰亚胺基或氟晶云母基薄膜热电偶的热结点暴露在热气流中，直接与热气流进行对流换热，减少铠装结构对薄膜热电偶时间常数的影响。
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1.一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶，其特征在于，包括两个对接的陶瓷基底(1)，两个陶瓷基底(1)之间设置有柔性基底(3)，柔性基底(3)的表面设置有正极敏感层薄膜(4)和负极敏感层薄膜(5)，所述正极敏感层薄膜(4)和负极敏感层薄膜(5)的一端通过连接补偿导线引出热电势，正极敏感层薄膜(4)与负极敏感层薄膜(5)的另一端相互搭接形成热结点感温区域(6)；所述热结点感温区域(6)位于陶瓷基底外。
2.根据权利要求1所述的一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶，其特征在于，所述陶瓷基底(1)为氧化铝或碳化硅陶瓷基底。
3.根据权利要求1所述的一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶，其特征在于，所述柔性基底(3)为聚酰亚胺基底或氟晶云母基底。
4.根据权利要求1所述的一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶，其特征在于，所述正极敏感层薄膜(4)为氧化铟锡薄膜，负极敏感层薄膜(5)为氧化铟薄膜，或正极敏感层薄膜(4)为铜薄膜，负极敏感层薄膜(5)为铜镍薄膜，所述铜镍由55％铜和45％镍组成。
5.根据权利要求1所述的一种用于气流瞬态测
6.根据权利要求1所述的一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶，其特征在于，所述柔性基底(3)厚度为0.05～0.50mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶，其特征在于，所述正极敏感层薄膜(4)和负极敏感层薄膜(5)的厚度均为1～30μm。
8.权利要求1所述一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶制备方法，其特征在于，所述步骤SA1中，退火温度为200～350℃，时间为30～180min。
10.根据权利要求8所述的一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶制备方法，所述步骤SB1中，磁控溅射时的参数包括：功率为100～300W，溅射时间为1～4h。
...【技术特征摘要】
1.一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶，其特征在于，包括两个对接的陶瓷基底(1)，两个陶瓷基底(1)之间设置有柔性基底(3)，柔性基底(3)的表面设置有正极敏感层薄膜(4)和负极敏感层薄膜(5)，所述正极敏感层薄膜(4)和负极敏感层薄膜(5)的一端通过连接补偿导线引出热电势，正极敏感层薄膜(4)与负极敏感层薄膜(5)的另一端相互搭接形成热结点感温区域(6)；所述热结点感温区域(6)位于陶瓷基底外。
2.根据权利要求1所述的一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶，其特征在于，所述陶瓷基底(1)为氧化铝或碳化硅陶瓷基底。
3.根据权利要求1所述的一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶，其特征在于，所述柔性基底(3)为聚酰亚胺基底或氟晶云母基底。
4.根据权利要求1所述的一种用于气流瞬态测温的探针型薄膜热电偶，其特征在于，所述正极敏感层薄膜(4)为氧化铟锡薄膜，负极敏感层薄膜(5)为氧化铟薄膜，或正极敏感层薄膜(4)为铜薄膜，负极敏感层薄膜(5)为铜镍薄膜，所述铜镍由55％...
【专利技术属性】
技术研发人员：田边，李水敏，樊旭，黎瑶，陈伦涛，李博，郭子隽，刘兆钧，史萌，张仲恺，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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