一種用于快速響應(yīng)溫度測量的薄膜溫度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于快速響應(yīng)溫度測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厚度較大無法滿足快速響應(yīng)的動態(tài)測溫需求，同時由于傳統(tǒng)的溫度傳感器對于被測目標體表面熱傳導的干擾較大，熱電偶與被測表面之間的對流熱傳導變化也相對較大，從而造成了熱電偶指示值與實測值的偏差，影響了溫度傳感器的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于快速響應(yīng)溫度測量的薄膜溫度傳感器，滿足目前快速響應(yīng)的動態(tài)測溫需求。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實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極通過熱接點連接，且所述熱接點厚度與所述薄膜熱電偶厚度相同；所述薄膜熱電偶的兩個外接端分別通過一個焊盤與外接引線連接；所述薄膜熱電偶上覆蓋有保護層。
[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層之間設(shè)有Ta2O5過渡層。
[0007]所述Ta2O5過渡層厚度為200nmo
[0008]所述焊盤表面涂覆有耐高溫無機膠狀材料。
[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的材質(zhì)相同，以提高傳感器的信號輸出的準確性。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所具有的有益效果為:本實用新型的溫度傳感器采用薄膜熱電偶，其對應(yīng)的熱接點厚度相比現(xiàn)有技術(shù)中熱接點的厚度大大減小，因此本實用新型的溫度傳感器具有高溫快速響應(yīng)溫度測量的特點，能夠用于1600°C的溫度環(huán)境測溫；薄膜溫度傳感器的響應(yīng)時間較快，響應(yīng)時間為幾毫秒Γ薄膜溫度傳感器由于體積較小，對測試溫場的干擾較小，提高了溫度傳感器的測試精度，能滿足目前快速響應(yīng)的動態(tài)測溫需求。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型薄膜溫度傳感器熱電偶圖形示意圖；
[0014]圖2為本實用新型中薄膜溫度傳感器保護層及引線焊接示意圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1和圖2所示，本實用新型一實施例基片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極2的鉑薄膜圖形通過熱接點5連接組成，正負極熱電偶薄膜厚度為I μ m，熱接點厚度5與薄膜熱電偶厚度相同；所述薄膜熱電偶上覆蓋有Ta2O5過渡層；所述Ta2O5過渡層上設(shè)有保護層6，且所述保護層6覆蓋所述熱電偶圖形及周圍基片I表面；所述熱電偶的兩個外接端分別經(jīng)一個焊盤4與各自的外接引線(鉬引線7、鉑銠引線8)連接，焊盤表面涂覆有耐高溫無機膠狀材料，如無機硅鋁酸鹽材料。
[0016]本實用新型薄膜溫度傳感器的制備過程如下:尺寸為5mmX 1mm(長X寬)的Al2O3陶瓷基片I經(jīng)過精密拋光，隨后對基片I表面進行超聲清洗，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，即通過光刻和離子束濺射鍍膜的工藝交替進行，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輸出要求決定。
[0017]上述的熱偶基片進行超聲清洗，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準，采用離子束濺射鍍膜的方式鍍覆Ta2O5過渡層，該過渡層為了緩減后續(xù)制備的保護層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，過渡層的厚度約為200nm。在過渡層基片表面鍍覆S12保護層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，同時與基底材料有較強的附著力，因此制備的薄膜經(jīng)過一段溫度梯度的熱處理工藝過程以消除薄膜內(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所示的封裝過程進行，基片I的焊盤4與對應(yīng)的引線利用電子點焊機焊接在一起，在焊接點位置涂覆導電膠進行引線固定，引線套接高溫纖維套管，隨后焊盤表面及引線接頭部位涂覆一定厚度的耐高溫無機膠粘材料，經(jīng)過冷卻固化及后續(xù)處理，完成溫度傳感器的引線封裝過程。上述工藝所述的引線材料均與對應(yīng)焊接的焊盤為同種材料，以提高傳感器的信號輸出準確性。
【主權(quán)項】
1.一種用于快速響應(yīng)溫度測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 )和負極(2 )通過熱接點(5 )連接，且所述熱接點(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外接端分別通過一個焊盤(4)與外接引線連接；所述薄膜熱電偶上覆蓋有保護層(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層之間設(shè)有Ta2O5過渡層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于快速響應(yīng)溫度測量的薄膜溫度傳感器，其特征在于，所述Ta2O5過渡層厚度為200nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于快速響應(yīng)溫度測量的薄膜溫度傳感器，其特征在于，所述焊盤(4)表面涂覆有耐高溫無機膠狀材料。
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)溫度測量的薄膜溫度傳感器，其特征在于，所述保護層(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的材質(zhì)相同。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于快速響應(yīng)溫度測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極通過熱接點連接；所述薄膜熱電偶的兩個外接端分別通過一個焊盤與外接引線連接；所述薄膜熱電偶上覆蓋有保護層。本實用新型的溫度傳感器具有高溫快速響應(yīng)溫度測量的特點，能夠用于1600℃的溫度環(huán)境測溫；薄膜溫度傳感器的響應(yīng)時間較快，響應(yīng)時間為幾毫秒；薄膜溫度傳感器由于體積較小，對測試溫場的干擾較小，提高了溫度傳感器的測試精度，能滿足目前快速響應(yīng)的動態(tài)測溫需求。
【IPC分類】G01K7-02
【公開號】CN204286623
【申請?zhí)枴緾N201420695951
【發(fā)明人】白慶星, 景濤, 張龍賜, 龔星, 谷晨, 趙嘉, 秦舒
【申請人】中國電子科技集團公司第四十八研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月19日