專利名稱:一種用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器，包括基片，所述基片上鍍有薄膜熱電偶，所述薄膜熱電偶的正極和負(fù)極通過(guò)熱接點(diǎn)連接；所述薄膜熱電偶的兩個(gè)外接端分別通過(guò)一個(gè)焊盤(pán)與外接引線連接；所述薄膜熱電偶上覆蓋有保護(hù)層。本實(shí)用新型的溫度傳感器具有高溫快速響應(yīng)溫度測(cè)量的特點(diǎn)，能夠用于1600℃的溫度環(huán)境測(cè)溫；薄膜溫度傳感器的響應(yīng)時(shí)間較快，響應(yīng)時(shí)間為幾毫秒；薄膜溫度傳感器由于體積較小，對(duì)測(cè)試溫場(chǎng)的干擾較小，提高了溫度傳感器的測(cè)試精度，能滿足目前快速響應(yīng)的動(dòng)態(tài)測(cè)溫需求。
【專利說(shuō)明】一種用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]溫度傳感器在航空航天、熱能工程等方面有廣泛的應(yīng)用，溫度傳感器的應(yīng)用趨向于高溫快速響應(yīng)的應(yīng)用條件，傳統(tǒng)的溫度傳感器由于熱接點(diǎn)厚度較大無(wú)法滿足快速響應(yīng)的動(dòng)態(tài)測(cè)溫需求，同時(shí)由于傳統(tǒng)的溫度傳感器對(duì)于被測(cè)目標(biāo)體表面熱傳導(dǎo)的干擾較大，熱電偶與被測(cè)表面之間的對(duì)流熱傳導(dǎo)變化也相對(duì)較大，從而造成了熱電偶指示值與實(shí)測(cè)值的偏差，影響了溫度傳感器的精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器，滿足目前快速響應(yīng)的動(dòng)態(tài)測(cè)溫需求。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器，包括基片，所述基片上鍍有薄膜熱電偶，所述薄膜熱電偶的正極和負(fù)極通過(guò)熱接點(diǎn)連接，且所述熱接點(diǎn)厚度與所述薄膜熱電偶厚度相同；所述薄膜熱電偶的兩個(gè)外接端分別通過(guò)一個(gè)焊盤(pán)與外接引線連接；所述薄膜熱電偶上覆蓋有保護(hù)層。
[0005]所述薄膜熱電偶厚度為I μπι。
[0006]所述薄膜熱電偶和所述保護(hù)層之間設(shè)有Ta2O5過(guò)渡層。
[0007]所述Ta2O5過(guò)渡層厚度為200nmo
[0008]所述焊盤(pán)表面涂覆有耐高溫?zé)o機(jī)膠狀材料。
[0009]所述基片為Al2O3陶瓷基片。
[0010]所述R型薄膜熱電偶材料為鎳鉻-鎳硅的K型熱偶材料、鉑銠13-鉑的R型熱偶材料、鉑銠10-鉑的S型熱偶材料、鉑銠30-鉑銠6的B型熱偶材料中的一種。
[0011]所述外接引線的材料和與其相連的焊盤(pán)的材質(zhì)相同，以提高傳感器的信號(hào)輸出的準(zhǔn)確性。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果為:本實(shí)用新型的溫度傳感器采用薄膜熱電偶，其對(duì)應(yīng)的熱接點(diǎn)厚度相比現(xiàn)有技術(shù)中熱接點(diǎn)的厚度大大減小，因此本實(shí)用新型的溫度傳感器具有高溫快速響應(yīng)溫度測(cè)量的特點(diǎn)，能夠用于1600°C的溫度環(huán)境測(cè)溫；薄膜溫度傳感器的響應(yīng)時(shí)間較快，響應(yīng)時(shí)間為幾毫秒Γ薄膜溫度傳感器由于體積較小，對(duì)測(cè)試溫場(chǎng)的干擾較小，提高了溫度傳感器的測(cè)試精度，能滿足目前快速響應(yīng)的動(dòng)態(tài)測(cè)溫需求。

【附圖說(shuō)明】

[0013]圖1為本實(shí)用新型薄膜溫度傳感器熱電偶圖形示意圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型中薄膜溫度傳感器保護(hù)層及引線焊接示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例基片I上鍍有薄膜熱電偶，所述薄膜熱電偶由正極3的鉑銠薄膜圖形和負(fù)極2的鉑薄膜圖形通過(guò)熱接點(diǎn)5連接組成，正負(fù)極熱電偶薄膜厚度為I μ m，熱接點(diǎn)厚度5與薄膜熱電偶厚度相同；所述薄膜熱電偶上覆蓋有Ta2O5過(guò)渡層；所述Ta2O5過(guò)渡層上設(shè)有保護(hù)層6，且所述保護(hù)層6覆蓋所述熱電偶圖形及周圍基片I表面；所述熱電偶的兩個(gè)外接端分別經(jīng)一個(gè)焊盤(pán)4與各自的外接引線(鉬引線7、鉑銠引線8)連接，焊盤(pán)表面涂覆有耐高溫?zé)o機(jī)膠狀材料，如無(wú)機(jī)硅鋁酸鹽材料。
[0016]本實(shí)用新型薄膜溫度傳感器的制備過(guò)程如下:尺寸為5mmX 1mm(長(zhǎng)X寬)的Al2O3陶瓷基片I經(jīng)過(guò)精密拋光，隨后對(duì)基片I表面進(jìn)行超聲清洗，采用離子束濺射鍍膜方式在基片表面鍍覆如圖1所示圖形的R型薄膜熱電偶，即通過(guò)光刻和離子束濺射鍍膜的工藝交替進(jìn)行，分別在基片表面鍍覆Pt薄膜和PtRhl3薄膜，從而形成R型熱電偶，熱偶薄膜的厚度為I μπι。薄膜熱電偶材料可以為鎳鉻-鎳硅的K型熱偶材料、鉑銠13-鉑的R型熱偶材料、鉑銠10-鉑的S型熱偶材料、鉑銠30-鉑銠6的B型熱偶材料。具體的選擇根據(jù)溫度傳感器的使用溫度及信號(hào)輸出要求決定。
[0017]上述的熱偶基片進(jìn)行超聲清洗，隨后在基片I上安裝鋼片掩膜板，使清洗的基片與掩膜板對(duì)準(zhǔn)，采用離子束濺射鍍膜的方式鍍覆Ta2O5過(guò)渡層，該過(guò)渡層為了緩減后續(xù)制備的保護(hù)層6與基片I及熱偶材料的晶格參數(shù)和熱膨脹系數(shù)的不匹配性，過(guò)渡層的厚度約為200nm。在過(guò)渡層基片表面鍍覆S12保護(hù)層6，由于薄膜熱電偶要適應(yīng)高溫惡劣使用環(huán)境，因此對(duì)熱電偶薄膜材料的膜層質(zhì)量提出了很高的要求，這要求通過(guò)控制鍍膜工藝使薄膜致密均勻且具有很小的內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)與基底材料有較強(qiáng)的附著力，因此制備的薄膜經(jīng)過(guò)一段溫度梯度的熱處理工藝過(guò)程以消除薄膜內(nèi)部的殘余應(yīng)力。
[0018]薄膜溫度傳感器的引線封裝工藝采用如附圖2所示的封裝過(guò)程進(jìn)行，基片I的焊盤(pán)4與對(duì)應(yīng)的引線利用電子點(diǎn)焊機(jī)焊接在一起，在焊接點(diǎn)位置涂覆導(dǎo)電膠進(jìn)行引線固定，引線套接高溫纖維套管，隨后焊盤(pán)表面及引線接頭部位涂覆一定厚度的耐高溫?zé)o機(jī)膠粘材料，經(jīng)過(guò)冷卻固化及后續(xù)處理，完成溫度傳感器的引線封裝過(guò)程。上述工藝所述的引線材料均與對(duì)應(yīng)焊接的焊盤(pán)為同種材料，以提高傳感器的信號(hào)輸出準(zhǔn)確性。
【權(quán)利要求】
1.一種用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器，包括基片(I )，其特征在于，所述基片(I)上鍍有薄膜熱電偶，所述薄膜熱電偶的正極(3 )和負(fù)極(2 )通過(guò)熱接點(diǎn)(5 )連接，且所述熱接點(diǎn)(5)厚度與所述薄膜熱電偶厚度相同；所述薄膜熱電偶的兩個(gè)外接端分別通過(guò)一個(gè)焊盤(pán)(4)與外接引線連接；所述薄膜熱電偶上覆蓋有保護(hù)層(6)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器，其特征在于，所述薄膜熱電偶厚度為I μ m。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器，其特征在于，所述薄膜熱電偶和所述保護(hù)層之間設(shè)有Ta2O5過(guò)渡層。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器，其特征在于，所述Ta2O5過(guò)渡層厚度為200nm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器，其特征在于，所述焊盤(pán)(4)表面涂覆有耐高溫?zé)o機(jī)膠狀材料。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器，其特征在于，所述基片為Al2O3陶瓷基片。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器，其特征在于，所述R型薄膜熱電偶材料為鎳鉻-鎳硅的K型熱偶材料、鉑銠13-鉑的R型熱偶材料、鉑銠10-鉑的S型熱偶材料、鉑銠30-鉑銠6的B型熱偶材料中的一種。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器，其特征在于，所述保護(hù)層(6)材料為Si02。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于快速響應(yīng)溫度測(cè)量的薄膜溫度傳感器，其特征在于，所述外接弓I線的材料和與其相連的焊盤(pán)的材質(zhì)相同。
【文檔編號(hào)】G01K7-02GK204286623SQ201420695951
【發(fā)明者】白慶星, 景濤, 張龍賜, 龔星, 谷晨, 趙嘉, 秦舒 [申請(qǐng)人]中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所