本技術(shù)涉及超聲波溫度傳感器，具體涉及一種超聲波溫度傳感器及溫度傳感棒。

背景技術(shù)：

1、溫度傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。按測(cè)量方式，可分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸，又稱溫度計(jì)。常用的有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。溫度計(jì)通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸，通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。在一定的測(cè)溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)或熱容量很小的對(duì)象則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，而接觸式溫度傳感器一般測(cè)量精度較高。非接觸式溫度傳感器可用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速對(duì)象的表面溫度，也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對(duì)最高可測(cè)溫度原則上沒(méi)有限制。

2、熱電偶是接觸測(cè)溫最常用的技術(shù)，由兩個(gè)不同材料的金屬線組成，在末端焊接在一起。當(dāng)熱電偶一端受熱時(shí)，熱電偶電路中就有電勢(shì)差?？捎脺y(cè)量的電勢(shì)差來(lái)計(jì)算溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為熱電偶。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化1℃時(shí)，輸出電位差的變化量。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無(wú)關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測(cè)溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化的過(guò)程。熱電偶是溫度測(cè)量中最常用的溫度傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應(yīng)各種大氣環(huán)境，而且結(jié)實(shí)、價(jià)低，無(wú)需供電，也是最便宜的。熱電偶是最簡(jiǎn)單和最通用的溫度傳感器，但熱電偶并不適合高精度的的測(cè)量和應(yīng)用。

3、熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料，大多為負(fù)溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會(huì)造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性度極差，并且與生產(chǎn)工藝有很大關(guān)系。制造商給不出標(biāo)準(zhǔn)化的熱敏電阻曲線。熱敏電阻體積小是優(yōu)點(diǎn)，它能很快穩(wěn)定，不會(huì)造成熱負(fù)載。不過(guò)也因此很不結(jié)實(shí)，大電流會(huì)造成自熱。由于熱敏電阻是一種電阻性器件，任何電流源都會(huì)在其上因功率而造成發(fā)熱。因此要使用小的電流源。如果熱敏電阻暴露在高熱中，將導(dǎo)致永久性的損壞。

4、最常用的非接觸式測(cè)溫儀表基于黑體輻射的基本定律，輻射測(cè)溫法包括亮度法(見光學(xué)高溫計(jì))、輻射法(見輻射高溫計(jì))和比色法(見比色溫度計(jì))。各類輻射測(cè)溫方法只能測(cè)出對(duì)應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對(duì)黑體所測(cè)溫度才是真實(shí)溫度。如欲測(cè)定物體的真實(shí)溫度，則必須進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長(zhǎng)，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān)，因此很難精確測(cè)量。在自動(dòng)化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測(cè)溫法來(lái)測(cè)量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測(cè)量是相當(dāng)困難的。

5、如公告號(hào)為cn217466018u的實(shí)用新型專利公開了一種熱電偶溫度傳感器，包括探頭部分，探頭部分外側(cè)套設(shè)有密封殼，且探頭部分右側(cè)端設(shè)有緊固座，緊固座右側(cè)設(shè)有伸縮保護(hù)殼；伸縮保護(hù)殼，伸縮保護(hù)殼后端設(shè)有喇叭口，喇叭口內(nèi)側(cè)設(shè)有若干個(gè)接觸導(dǎo)片。但該實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案不能防止腐蝕性物質(zhì)對(duì)熱電偶的侵蝕，且熱電偶傳感器響應(yīng)速度較慢，不能適應(yīng)溫度快速變化的場(chǎng)合。

6、由于熱電偶響應(yīng)速度慢，不能適用于溫度快速變化的場(chǎng)合。熱像儀等非接觸方法不能測(cè)量密閉空間中的溫度變化，而且其價(jià)格昂貴。為此急需開發(fā)能夠工作在高低溫環(huán)境高靈敏度的溫度傳感器，滿足工業(yè)上溫度測(cè)量的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中熱電偶測(cè)溫精度高，但響應(yīng)速度慢，不能在腐蝕環(huán)境中工作；紅外熱像儀測(cè)量方便，但價(jià)格昂貴，不能對(duì)密閉環(huán)境中的溫度進(jìn)行測(cè)量等問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種超聲波溫度傳感器及溫度傳感棒，具體技術(shù)方案如下：

2、一種超聲波溫度傳感器，所述傳感器包括由內(nèi)至外依次設(shè)置在所述基體表面的防腐蝕層、結(jié)晶誘導(dǎo)層、壓電功能層、保護(hù)層和電極層，所述壓電功能層為zncoo涂層。

3、優(yōu)選地，所述壓電功能層為(002)取向的柱狀晶zncoo涂層。

4、優(yōu)選地，所述防腐蝕層為氧化鋁層，所述防腐蝕層的厚度為10～100μm。

5、優(yōu)選地，所述結(jié)晶誘導(dǎo)層為(002)取向的co納米晶層，所述誘導(dǎo)層的納米晶尺度為10～100nm、厚度為50～200nm。

6、優(yōu)選地，所述保護(hù)層為氧化鋁層，所述保護(hù)層的厚底為10～100μm。

7、優(yōu)選地，所述電極層為co層，所述電極層的厚度為5～10μm。

8、一種溫度傳感棒，包括基體和安裝在所述基體的一端端面上的超聲波溫度傳感器。

9、優(yōu)選地，所述基體為變形鋁合金或鑄造鋁合金材質(zhì)的圓柱，所述基體的長(zhǎng)度為50～1000mm、直徑為5～10mm。

10、優(yōu)選地，所述基體上距離其遠(yuǎn)離所述壓電功能層的一端5～100mm的外圓周面上形成有環(huán)形超聲反射缺陷；所述超聲反射缺陷深度為1～2mm、寬度為0.5～1mm。

11、優(yōu)選地，所述環(huán)形超聲反射缺陷的中心軸與所述基體中心軸重合。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

13、1.本實(shí)用新型將超聲技術(shù)應(yīng)用于溫度檢測(cè)，避免了傳統(tǒng)熱電偶響應(yīng)速度慢，不能在腐蝕環(huán)境中工作的缺點(diǎn)；超聲技術(shù)響應(yīng)速度快，響應(yīng)速度為納秒級(jí)別，所以可以對(duì)溫度很小的變化也會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)；且同時(shí)通過(guò)在傳感器上設(shè)置超聲反射缺陷來(lái)提高溫度檢測(cè)的精度，避免了超聲傳導(dǎo)桿件溫度空間分布不均勻?qū)е碌恼`差。

14、2.本實(shí)用新型中利用多層結(jié)構(gòu)，將氧化鋁、zncoo、co等材料形成低應(yīng)力的超聲傳感器，提高了超聲傳感器和鋁合金的結(jié)合強(qiáng)度；與常規(guī)單層的zno壓電涂層材料相比，本實(shí)用新型采用co摻雜zno形成zncoo壓電薄膜具有高的壓電常數(shù)，可以讓傳感器工作于高溫環(huán)境，滿足不同溫度工況下的應(yīng)用需求。同時(shí)其工業(yè)生產(chǎn)批量容易實(shí)現(xiàn)，加工效率較高，可以大幅度降低廠家的生產(chǎn)成本。

技術(shù)特征：

1.一種超聲波溫度傳感器，其特征在于，所述傳感器包括由內(nèi)至外依次設(shè)置在基體表面的防腐蝕層、結(jié)晶誘導(dǎo)層、壓電功能層、保護(hù)層和電極層，所述壓電功能層為zncoo涂層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波溫度傳感器，其特征在于，所述壓電功能層為(002)取向的柱狀晶zncoo涂層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波溫度傳感器，其特征在于，所述防腐蝕層為氧化鋁層，所述防腐蝕層的厚度為10～100μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波溫度傳感器，其特征在于，所述結(jié)晶誘導(dǎo)層為(002)取向的co納米晶層，所述誘導(dǎo)層的納米晶尺度為10～100nm、厚度為50～200nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波溫度傳感器，其特征在于，所述保護(hù)層為氧化鋁層，所述保護(hù)層的厚底為10～100μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波溫度傳感器，其特征在于，所述電極層為co層，所述電極層的厚度為5～10μm。

7.一種溫度傳感棒，其特征在于，包括基體和安裝在所述基體的一端端面上如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的超聲波溫度傳感器。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種溫度傳感棒，其特征在于，所述基體為變形鋁合金或鑄造鋁合金材質(zhì)的圓柱，所述基體的長(zhǎng)度為50～1000mm、直徑為5～10mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種溫度傳感棒，其特征在于，所述基體上距離其遠(yuǎn)離所述壓電功能層的一端5～100mm的外圓周面上形成有環(huán)形超聲反射缺陷；所述超聲反射缺陷深度為1～2mm、寬度為0.5～1mm。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種溫度傳感棒，其特征在于，所述環(huán)形超聲反射缺陷的中心軸與所述基體中心軸重合。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)提供了一種超聲波溫度傳感器及溫度傳感棒，涉及溫度傳感器技術(shù)領(lǐng)域，包括由內(nèi)至外依次設(shè)置在基體表面的防腐蝕層、結(jié)晶誘導(dǎo)層、壓電功能層、保護(hù)層和電極層，壓電功能層為ZnCoO涂層。本技術(shù)的有益效果為超聲傳感器采用濺射型ZnCoO壓電復(fù)合薄膜材料，保護(hù)層采用抗腐蝕耐高溫的氧化鋁，由于制備工藝易于工程化。

技術(shù)研發(fā)人員：陳妮娜,張乃文,黃家輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢珈聯(lián)傳感科技有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：20240410
技術(shù)公布日：2025/1/6