[实用新型]一种用于快速响应温度测量的薄膜温度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于快速响应温度测量的薄膜温度传感器。

背景技术

温度传感器在航空航天、热能工程等方面有广泛的应用，温度传感器的应用趋向于高温快速响应的应用条件，传统的温度传感器由于热接点厚度较大无法满足快速响应的动态测温需求，同时由于传统的温度传感器对于被测目标体表面热传导的干扰较大，热电偶与被测表面之间的对流热传导变化也相对较大，从而造成了热电偶指示值与实测值的偏差，影响了温度传感器的精度。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种用于快速响应温度测量的薄膜温度传感器，满足目前快速响应的动态测温需求。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种用于快速响应温度测量的薄膜温度传感器，包括基片，所述基片上镀有薄膜热电偶，所述薄膜热电偶的正极和负极通过热接点连接，且所述热接点厚度与所述薄膜热电偶厚度相同；所述薄膜热电偶的两个外接端分别通过一个焊盘与外接引线连接；所述薄膜热电偶上覆盖有保护层。

所述薄膜热电偶厚度为1μm。

所述薄膜热电偶和所述保护层之间设有Ta₂O₅过渡层。

所述Ta₂O₅过渡层厚度为200nm。

所述焊盘表面涂覆有耐高温无机胶状材料。

所述基片为Al₂O₃陶瓷基片。

所述R型薄膜热电偶材料为镍铬-镍硅的K型热偶材料、铂铑13-铂的R型热偶材料、铂铑10-铂的S型热偶材料、铂铑30-铂铑6的B型热偶材料中的一种。

所述外接引线的材料和与其相连的焊盘的材质相同，以提高传感器的信号输出的准确性。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型的温度传感器采用薄膜热电偶，其对应的热接点厚度相比现有技术中热接点的厚度大大减小，因此本实用新型的温度传感器具有高温快速响应温度测量的特点，能够用于1600℃的温度环境测温；薄膜温度传感器的响应时间较快，响应时间为几毫秒；薄膜温度传感器由于体积较小，对测试温场的干扰较小，提高了温度传感器的测试精度，能满足目前快速响应的动态测温需求。

附图说明

图1为本实用新型薄膜温度传感器热电偶图形示意图；

图2为本实用新型中薄膜温度传感器保护层及引线焊接示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型一实施例基片1上镀有薄膜热电偶，所述薄膜热电偶由正极3的铂铑薄膜图形和负极2的铂薄膜图形通过热接点5连接组成，正负极热电偶薄膜厚度为1μm，热接点厚度5与薄膜热电偶厚度相同；所述薄膜热电偶上覆盖有Ta₂O₅过渡层；所述Ta₂O₅过渡层上设有保护层6，且所述保护层6覆盖所述热电偶图形及周围基片1表面；所述热电偶的两个外接端分别经一个焊盘4与各自的外接引线（铂引线7、铂铑引线8）连接，焊盘表面涂覆有耐高温无机胶状材料，如无机硅铝酸盐材料。

本实用新型薄膜温度传感器的制备过程如下：尺寸为5mm×10mm（长×宽）的Al₂O₃陶瓷基片1经过精密抛光，随后对基片1表面进行超声清洗，采用离子束溅射镀膜方式在基片表面镀覆如图1所示图形的R型薄膜热电偶，即通过光刻和离子束溅射镀膜的工艺交替进行，分别在基片表面镀覆Pt薄膜和PtRh13薄膜，从而形成R型热电偶，热偶薄膜的厚度为1μm。薄膜热电偶材料可以为镍铬-镍硅的K型热偶材料、铂铑13-铂的R型热偶材料、铂铑10-铂的S型热偶材料、铂铑30-铂铑6的B型热偶材料。具体的选择根据温度传感器的使用温度及信号输出要求决定。

上述的热偶基片进行超声清洗，随后在基片1上安装钢片掩膜板，使清洗的基片与掩膜板对准，采用离子束溅射镀膜的方式镀覆Ta₂O₅过渡层，该过渡层为了缓减后续制备的保护层6与基片1及热偶材料的晶格参数和热膨胀系数的不匹配性，过渡层的厚度约为200nm。在过渡层基片表面镀覆SiO₂保护层6，由于薄膜热电偶要适应高温恶劣使用环境，因此对热电偶薄膜材料的膜层质量提出了很高的要求，这要求通过控制镀膜工艺使薄膜致密均匀且具有很小的内应力，同时与基底材料有较强的附着力，因此制备的薄膜经过一段温度梯度的热处理工艺过程以消除薄膜内部的残余应力。

薄膜温度传感器的引线封装工艺采用如附图2所示的封装过程进行，基片1的焊盘4与对应的引线利用电子点焊机焊接在一起，在焊接点位置涂覆导电胶进行引线固定，引线套接高温纤维套管，随后焊盘表面及引线接头部位涂覆一定厚度的耐高温无机胶粘材料，经过冷却固化及后续处理，完成温度传感器的引线封装过程。上述工艺所述的引线材料均与对应焊接的焊盘为同种材料，以提高传感器的信号输出准确性。