[发明专利]用于测量表面瞬态温度的片状薄膜热电偶测温系统及应用

说明书

技术领域

本发明属于武器装备高温瞬态测量技术领域，也可应用于其它高温瞬态测量技术领域，具体涉及一种用于炮弹发射瞬间炮管温度测量、内燃机气缸内壁温度测量以及导弹冷发射瞬间发射筒内温度测量的片状薄膜热电偶。

背景技术

随着我国武器装备技术的不断进步，研制工作越来越需要精确获得产品或环境的物理参量，用以修正仿真模型或者明确设计边界。例如炮弹发射瞬间炮管温度测量、内燃机气缸内壁温度测量、高速飞行器热防护结构温度测量等，都要求高温传感器体积小，不破坏试件或者不影响被测环境。而对于炸药爆炸温度测量、火箭发动机尾焰温度测量、燃烧室燃气温度测量等场合，热量急剧释放，被测目标的温度瞬间升高数百度(通常在毫秒级甚至微秒级)，这就要求温度传感器具有极好的动态响应性能。

温度传感器的种类很多，按其与被测对象的关系来分，分为接触式与非接触式两类。非接触式测温方法包括辐射测温、激光测温和红外热成像等技术。这类方法具有可测温上限高、动态响应好、不破坏温度场等优点。但是针对本课题存在以下缺点：如需准确提供被测对象表面发射率，无法在密闭环境中进行测温，气体散射吸收对测量精度有较大影响等。因为上述影响，非接触测温大多数实际应用中测温精确度不如接触式测温方法高。直接接触测温法是把测量温度用的传感器置于被测介质中，使两者直接接触，进行热交换。根据热力学第二定律，当两者达到热平衡时，传感器所反映的温度，就是被测介质的温度。高温接触式瞬态温度传感器最为可行的两种方式为高温薄膜热电偶和蓝宝石光纤传感器。蓝宝石光纤传感器测量高温范围很广，且具有较高精度，但是由于黑体腔探头需要进行封装保护，通常体积在几十毫米，很难满足小型化的要求，同时在气压急剧变化冲击情况下，蓝宝石光纤因为形变会影响精度。高温薄膜热电偶一般采用表面安装方式进行测温，具备热容小，动态响应快，适用于瞬态高温测量。

片状薄膜热电偶是指将热电偶结点以镀膜形式制作在基底材料制成的薄片上，采用钢片掩模方式控制镀膜形状，制作与热电极相同材质的焊盘，通过激光焊接方式实现热电偶的信号引出，并在热电极及焊盘上镀绝缘保护膜的热电偶。片状薄膜热电偶具有体积小、热容小、热响应时间极短、精度高及灵敏度高等特点，而且它对被测目标及测试环境干扰和破坏小，适用于空间狭小、安装困难、温度瞬间变化的场合。但是，针对表面瞬态温度测量的片状薄膜热电偶还不存在，有必要研制适用于高温瞬态稳态下适用的产品。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种用于测量表面瞬态温度的片状薄膜热电偶，以在1000℃以上的环境中对特殊构型物件的瞬态表面温度进行测量。

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种用于测量表面瞬态温度的片状薄膜热电偶，该片状薄膜热电偶能够适用于1000℃以上的环境中对特殊构型物件的瞬态表面温度的测量。

另一方面，本发明提供了一种具有上述片状薄膜热电偶的测温系统，该系统能够将模拟信号转换为数字信号后并通过上位计算机转换为温度值。

再一方面，本发明提供了一种上述片状薄膜热电偶的镀膜方法。

又一方面，本发明还提供了一种上述片状薄膜热电偶的应用。

本发明采用了如下的技术方案：

本发明的用于测量表面瞬态温度的片状薄膜热电偶，包括热电偶整体结构及绝缘保护层结构，其中，热电偶整体结构包括陶瓷基体，在陶瓷基体上并列镀覆铂铑₃₀薄膜热电极和铂铑₆薄膜热电极，两个热电极一侧通过热结点电连接，并列的铂铑₃₀薄膜热电极和铂铑₆薄膜热电极另一侧分别对应通过铂铑₃₀焊盘、铂铑₆焊盘焊接铂铑₃₀引出导线和铂铑₆引出导线，其中，通过等离子体溅射方式将铂铑₃₀薄膜热电极、铂铑₆薄膜热电极镀在陶瓷基体上。绝缘保护层采用导热系数相对较高的A1₂0₃材料，在陶瓷基体上完成薄膜热电极镀膜后，将A1₂0₃采用镀膜的形式镀在有薄膜热电极的陶瓷基体表面。

其中，陶瓷基体可选用氧化硅、氧化铝、氧化镁和氧化锆等几种材质。

其中，陶瓷基体为片状纵长基体，由沿片状陶瓷基体的中心线呈镜像对称设置所述铂铑₃₀薄膜热电极和铂铑₆薄膜热电极。