[发明专利]一种探头式薄膜热电偶温度传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种探头式薄膜热电偶温度传感器及其制作方法，属于薄膜传感器技术领域。本发明在陶瓷柱体上沉积薄膜热电偶，陶瓷柱体尾部封装铂电阻温度传感器测量薄膜热电偶冷端温度，对薄膜热电偶进行温度补偿。使用高温陶瓷绝缘结合剂将沉积有薄膜热电偶的陶瓷柱体封装固定于金属管壳中，薄膜热电偶测温结点与管壳端面平齐，直接暴露于测温环境。利用薄膜热电偶物理尺寸小，响应快速的特点可以解决航空航天领域高温高速流场瞬时温度测量的需求，同时探头式管壳封装结构解决薄膜热电偶在实际工程测量环境中的应用安装等技术问题。

技术领域

本发明涉及一种探头式薄膜热电偶温度传感器及其制作方法，尤其涉及探头式封装结构及薄膜制备方法，属于薄膜传感器技术领域。

背景技术

航空航天领域中发动机、超高声速风洞等设备对温度的瞬时动态测量具有迫切的需求。航空发动机、超燃冲压发动机、脉冲爆震发动机等试验设备对流场及工作状态的检测是发动机设计及优化的重要依据。现有的技术多采用监测压力变化过程来表征高温高速流场的工作状态，温度是表征流场工作状态的重要参数，对瞬时工作状态下的流场温度测量依然缺乏有效的技术手段。

热电偶在测温领域具有广泛的应用，薄膜热电偶由于敏感尺寸厚度在数微米之内，相比于传统的热电偶测温装置具有响应时间快的特点，响应时间可达十几μs。采用氧化物薄膜制备薄膜热电偶能够克服现有热电偶高温下氧化的问题，使得传感器敏感部位能够暴露于高温高速流体的恶劣测试环境，实现瞬时温度的精确测量。

现有的薄膜热电偶温度传感器多制备于平面陶瓷基板上，通过改变薄膜热电偶的敏感材料来实现温度的测量，在发动机实际工程测量中难以解决传感器的安装，冷端温度补偿等问题，不能实现对发动机内壁面流场温度的实时测量。

专利申请号为201420695951.0的国家实用新型专利“一种用于快速响应温度测量的薄膜温度传感器”采用在平面基片上镀制与标准S型和K型热电偶相同材料的薄膜热电偶，来实现快速响应的温度测量，该方法难以实现平面基片在发动机内的安装，离工程应用有较大差距。

此外，专利申请号为201510776351.6的国家发明专利“一种氧化物薄膜型热电偶及其制备方法”采用在陶瓷基片上沉积氧化物敏感薄膜制备薄膜热电偶，实现1000℃-1250℃的高温温度测量目的，由于氧化物薄膜热电偶需要进行热电偶冷端温度补偿，因此在工程实际测量中需要对氧化物薄膜型热电偶冷端温度进行实时的测量，该专利中并没有考虑工程测量过程中必须面对的冷端温度补偿问题。

发明内容

本发明目的是克服薄膜热电偶应用于工程实际测量中的问题，提供一种探头式薄膜热电偶温度传感器及其制作方法。将沉积有薄膜热电偶的陶瓷柱体通过陶瓷绝缘结合剂封装固定于封装管壳中，并集成一个铂电阻测量薄膜热电偶冷端温度，克服薄膜热电偶冷端温度补偿、封装固定安装等问题，实现薄膜热电偶在航空航天领域工程中的高频动态测量。

薄膜热电偶技术利用塞贝克效应，通过沉积两种不同材料的薄膜组成一个热电偶，来实现温度的测量。薄膜热电偶由于物理尺寸厚度只有数微米，其响应时间可达十几μs，能够满足温度瞬时动态测量的需求。

本发明的技术方案是：一种探头式薄膜热电偶温度传感器(图1和图2)，包括：陶瓷柱体10、第一薄膜热电偶臂12、第二薄膜热电偶臂13、瓷绝缘结合剂14、导电银浆15、薄膜热电偶引线16、封装管壳、铂电阻30、铂电阻引线31。

所述陶瓷柱体10上沉积有第一薄膜热电偶臂12和第二薄膜热电偶臂13，第一薄膜热电偶臂12和第二薄膜热电偶臂13在陶瓷柱体10端面重叠形成测温点11，所述测温点11为薄膜热电偶的热端，测温时与流场壁面平齐；薄膜热电偶尾部冷端通过导电银浆15固定薄膜热电偶引线16，并形成欧姆接触；薄膜热电偶尾部冷端同时还通过陶瓷绝缘结合剂14封装一个铂电阻30；所述铂电阻引线31和薄膜热电偶引线16组成该传感器的输出线。