[发明专利]一种双层热阻式薄膜热电堆型热流计及制备方法

说明书

本发明提供一种双层热阻式薄膜热电堆型热流计及其制备方法，包括：陶瓷基底；设置于陶瓷基底上的第一内热阻层和第一外热阻层；第一内热阻层材料的导热系数大于第一外热阻层材料的导热系数；设置于第一内热阻层和第一外热阻层上的若干对热电偶；若干对热电偶首尾搭接形成薄膜热电堆，且相邻对热电偶通过正极与负极热电偶对接串联；正极与负极热电偶相连的冷结点设置于第一内热阻层上方，正极与负极热电偶相连的热结点设置于第一外热阻层上方；分别设置于热结点、冷结点上的第二外热阻层、第二内热阻层；本发明的双层热阻层的厚度、材料导热系数之差增大了热电偶连结点的温差，增大了相应的电势输出，提高了热流测量的灵敏度。

技术领域

本发明涉及微机电技术领域，具体地，涉及一种双层热阻式薄膜热电堆型热流计及制备方法。

背景技术

热量传递过程是人类生活生产中是一个息息相关的物理过程，常常通过传导、对流和辐射等三种形式进行。在农业生产、工业制造、工程研究以及航空航天领域，存在着大量热量传递和温度分布的问题亟需解决。随着科技的进步和研究的深入，研究人员越发深刻地发现，想要解决热量传递问题在工程技术中的影响，温度参数不能够作为唯一的测量指标。许多有关热流的理论开始被提出，热流测量技术开始得到发展和研究，热流传感器就是测量热流的关键元件。由于航空发动机长期工作在高温、高压、高应力、强气流冲刷的极端恶劣腐蚀性环境条件下，其测试技术是一项在整个发动机预研试验研究和工程发展应用阶段必不可少的支撑性技术，而其中航空发动机热端部件表面精准的热流分布信息对于验证热-机械建模与仿真的有效性、验证气膜冷却技术冷却效果及热障涂层的性能、评估燃气的燃烧效率、监测发动机运行状态及故障诊断等环节至关重要。

目前也有一些商业化热流传感器使用铠装、水冷等保护方法人为降低敏感元温度，使其能够在不超过600℃高温环境长时间工作，然而这种热流传感器具有工作温度低、体积大、响应速度慢、工作时间短等缺点，使用范围受到很大限制。

经检索，申请号为201610549808.4的的中国发明专利，该专利公开一种热阻式薄膜热电堆型瞬态热流计及制备方法，“所述热流计包括陶瓷基底及设于陶瓷基底上的正极热电偶、负极热电偶、热电偶连接层、外热阻层及内热阻层，正极热电偶和负极热电偶通过热电偶连接层对接，外热阻层、内热阻层覆盖在正极热电偶、负极热电偶的上方。”该设计只形成一单层热阻层且只能通过增大单层内外热阻层的厚度差来提高灵敏度，结构简单，但是由于薄膜应力限制，热阻层厚度无法太厚，无法获得较高的灵敏度；申请号为201711475117.5的中国发明专利，该专利公开一种薄膜型超高温热流传感器敏感元及其制备方法，“该热流传感器敏感元包括基底、位于所述基底上表面的热阻层和差分热电偶阵列，差分钨铼合金热电偶阵列由多个差分热电偶串联而成，差分热电偶的冷端位于所述基底上表面，热端位于所述热阻层上表面，差分热电偶的冷端和热端首尾相连组成差分热电偶阵列。”该设计为了形成热电堆，采用斜坡状的底层热阻层阵列，工艺复杂且灵敏度低，热阻层阵列使用面积大，不适于测量物体表面和小空间的热流。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双层热阻式薄膜热电堆型热流计及其制备方法。

本发明第一个方面提供一种双层热阻式薄膜热电堆型热流计，包括：

陶瓷基底；

设置于所述陶瓷基底上的第一内热阻层和第一外热阻层，所述第一外热阻层设置于所述第一内热阻层的两侧，且所述第一外热阻层侧边与所述第一内热阻层侧边相连；所述第一内热阻层材料的导热系数大于所述第一外热阻层材料的导热系数；

设置于所述第一内热阻层和所述第一外热阻层上的若干对热电偶；每对热电偶由正极热电偶和负极热电偶串联构成，且每个所述正极热电偶、所述负极热电偶均覆盖于所述第一内热阻层和所述第一外热阻层的上方；所述若干对热电偶首尾搭接形成薄膜热电堆，且相邻对热电偶通过正极热电偶与负极热电偶对接串联，所述薄膜热电堆的所述正极热电偶与所述负极热电偶相连的冷结点设置于所述第一内热阻层的上方，所述正极热电偶与所述负极热电偶相连的热结点设置于所述第一外热阻层的上方；