[实用新型]耐高压微秒响应高温传感器

说明书

本实用新型属于热电偶型高温测量传感器，是用于高膛压枪炮膛壁表面温度及燃气发动机汽缸内壁温度等任何高压环境下高温测量的耐高压微秒响应高温传感器，由引出线、压螺、密封壳、热电偶外壳、偶极组成。

长期以来，在测温领域迫切需要一种耐高压、寿命长、而且响应时间为微秒量级的测温传感器。例如：在研究身管武器的使用寿命时，首先要研究身管烧蚀问题，因此往往需要在发射条件下，直接测量枪炮身管内壁的表面温度。这种测量要求传感器能耐压200～600MPa，甚至更高，响应时间要在10微秒以内，而且要耐烧蚀。

国内外已研制成功多种测温器件，但都不能同时满足耐高压、寿命长、响应快、能直接测温的技术要求。例如：国外科技考察报告83－03（总52）《传感器设计制造及发展动向》指出美国Medtherm公司研制的薄膜式热电偶响应时间虽能达到10微秒以内，但没有耐压能力，而且不耐烧蚀，测量最高温度为3000°F。再如：AD－A046606报告中，O.K.Heineg等人研制的热电偶，只能耐压30000psi（约200Mpa），且响应时间约50微秒。

本实用新型的目的就是克服现有技术上存在的缺点，设计一种使用寿命长、能耐压600Mpa且响应时间为微秒量级的高温传感器。

本实用新型的构思：选用同轴式热电偶为感温元件，设计二级塔式变截面同轴园台形偶极和微米级（3～6微米）的极间间隙，通过镀膜加烧结保证偶极绝缘及耐压强度；采用爆炸渗透方法形成可以再生的分子渗透导电膜偶结，使偶结具有超小质量，以提高响应速度并延长寿命；外形尺寸与弹道测压传感器一致，具有可以互换的安装及密封方式，便于使用。

本实用新型由引出线［1］，压螺［2］，密封壳［3］，热电偶外壳［4］，A极［5］，介质膜［6］，B极［7］，分子渗透导电膜［8］，介质膜［9］，填充物［10］组成。

引出线［1］：采用φ2mm标准Ni－Cr、Ni－Si铠装丝，主要作用是引出热电信号，与偶极B、A配合形成热偶的冷端和热端。其特点是可以弯曲，符合国标，使用方便。

压螺［2］：采用马氏体时效高强度不锈钢，特点是强度高，外形及安装尺寸与弹道测压传感器一致，使用方便。

密封壳［3］：材料同压螺［2］，采用端面密封，特点同压螺［2］。

热电偶外壳［4］：材料同压螺［2］，其作用是保护偶极。

介质膜［6］：材料为SiO₂，起A、B偶极间的绝缘作用。

B极［7］和A极［5］：分别采用标准Ni－Cr和Ni－Si丝加工成二级塔式园台形（锥度在1／30～／150以内）变截面同轴偶极，极间间隙3～6微米，用介质膜［6］绝缘，其特点是耐高压。

分子渗透导电膜［8］：选用铜、银、金等导电材料，采用爆炸、研磨等加压渗透法形成厚度约2～5微米。特点在于偶结是直径为1毫米的微米级园环，质量小，响应快，并可多次再生，使用寿命长。

介质膜［9］：材料为SiO₂，起绝缘作用。

绝缘填充物［10］：材料为铬化硅，起绝缘及保护焊点作用。

本实用新型的制造：采用热电势分度值符合标准的Ni－Cr、Ni－Si丝材料加工成二级塔式变截面同轴园台形偶极B和A，经镀介质膜和烧结后，与引出线（φ2mm标准Ni－Cr、Ni－Si铠装丝）相焊接，焊点小于0.3mm，热电偶外壳中填加绝缘填充物，镶入偶极烧结，构成本实用新型感温元件，然后镶入密封壳，通过线密封及粘结后套上压螺构成本实用新型。

本实用新型可将B极［7］和A极［5］作成二级塔式半园台形，偶结是带形分子渗透导电膜，能使感温元件外径减小到φ0.5～φ1mm。

本实用新型的优点是能在600MPa高压环境下直接测量瞬态高温。偶结为分子渗透导电膜，响应时间在10微秒以内，偶结可多次再生，性能稳定，使用寿命长，结构简单，使用方便。广泛适用于枪炮膛壁，燃气发动机汽缸内壁、金属成形模具等表面温度测量。首次在实弹射击中获得火炮膛壁温度曲线的直接测量，并与测压同时进行。

本实用新型附图说明如下：

图1是耐高压微秒响应高温传感器的剖面图：［1］－引出线，［2］－压螺，［3］－密封壳，［4］－热电偶外壳，［5］－A级，［6、9］－介质膜，［7］－B级，［8］－分子渗透导电膜，［10］绝缘填充物。

图2－a是图1中偶极的剖面图。

图2－b是图2－a的仰视图。

图3－a是图1中偶极的另一种结构剖面图。

图3－b是图3－a的仰视图。