[发明专利]一种用于瞬态高温测量的微小型温度传感器及其制作方法

说明书

本发明提供一种用于瞬态高温测量的微小型温度传感器及其制作方法，本发明传感器包括：测温元件和铠装保护套筒，测温元件与铠装保护套筒之间采用耐高温无机胶密封；测温元件包括双孔陶瓷柱、相互平行嵌入所述双孔陶瓷柱的第一金属丝式热电极和第二金属丝式热电极、沉积于所述双孔陶瓷柱端面上并与第一金属丝式热电极和第二金属丝式热电极连接形成热接点薄膜的功能薄膜以及沉积于功能薄膜表面的绝缘保护薄膜。本发明提供的微小型温度传感器，具有结构简单、体积小巧、动态响应迅速等优点，其测温范围为300℃～1500℃，适用于天地往返飞行器等多种航天器及其组件表面瞬态高温的测试。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于瞬态高温测量的微小型温度传感器及其制作方法。

背景技术

经过100多年的发展，现代航天技术已成为人类科学技术的重要组成部分，同时也成为衡量一个国家工业发展程度的重要指标。随着深空探索任务不断向前推进，航天器高温零件所需承受的温度越来越高，挑战十分严峻。

在航天器的上升段和返回段，巨大的动能在大气层的阻尼作用下转变为热能，其表面部件瞬时温度达700℃以上。在美国航天工程的发展史上，也曾出现过极其惨烈的事故，其中最为严重的为发生在2003年的哥伦比亚号航天飞机事故。在飞机高速降低高度的过程中，飞机与大气层剧烈摩擦产生了超过2000℃的高温，隔热材料难以承受高温而导致机体破裂，高温气体瞬间窜入机舱，7名宇航员在毫无防备的情况下瞬间融化。与此同时，飞机在空中解体并发生爆炸，化成无数高速下坠的飞机残片。

因此，为了提高零部件的使用寿命，需要对热端部件的温度场进行实时监测，以便找出热端零件的过热点，同时为热仿真系统的建立提供数据支撑。然而，航天器的运行速度极高，风阻转化成的热量会使航天器表面的温度剧烈变化，且温度高达1500℃，温度测量的难度非常大；加之测温元件在测温时需要承受极大的冲击，工作环境恶劣，为实时测量温度增添了不可忽视的难度。

发明内容

根据上述提出的技术问题，本发明的目的是要提供一种能够承受1500℃的高温，体积小巧、动态响应迅速、灵敏度高，用于天地往返飞行器等多种航天器及其组件表面瞬态高温测试的薄膜传感器及其制作方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种用于瞬态高温测量的微小型温度传感器，包括：测温元件和铠装保护套筒，所述测温元件与铠装保护套筒之间采用耐高温无机胶密封；

所述测温元件包括双孔陶瓷柱、相互平行嵌入所述双孔陶瓷柱的第一金属丝式热电极和第二金属丝式热电极、沉积于所述双孔陶瓷柱端面上并与所述第一金属丝式热电极和第二金属丝式热电极连接形成热接点薄膜的功能薄膜以及沉积于功能薄膜表面的绝缘保护薄膜。

进一步地，所述第一金属丝式热电极和第二金属丝式热电极与双孔陶瓷柱之间采用陶瓷介质层过渡。

进一步地，所述第一金属丝式热电极和第二金属丝式热电极分别连接第一补偿导线和第二补偿导线。

进一步地，所述第一金属丝式热电极和第一补偿导线均采用PtRh30合金材料，所述第二金属丝式热电极和第二补偿导线均采用PtRh6合金材料。

进一步地，所述铠装保护套筒采用镍基合金材料，所述耐高温无机胶采用双键DB5012耐高温无机胶。

进一步地，所述双孔陶瓷柱采用99氧化铝陶瓷材料。

进一步地，所述功能薄膜采用PtRh6合金材料。

进一步地，所述绝缘保护薄膜包括Al₂O₃绝缘保护薄膜和ZrO₂绝缘保护薄膜。

本发明还提供了一种用于瞬态高温测量的微小型温度传感器的制作方法，包括如下步骤：