WiFi无线传输的薄膜热电偶温度采集系统设计

为了解决现有丝状热电偶温度数据采集系统的采样频率和传输速率低、传输方式不灵活、不适用于薄膜热电偶的问题,文中设计了一种采用WiFi无线网络作为数据传输方法、提高采样速率并引入非线性补偿方法的K型薄膜热电偶无线温度采集系统。实验结果表明,该系统能够在0~650℃的量程内对K型薄膜热电偶进行瞬态温度测量,最大采样率为100 kHz,温度分辨力为0.16℃,非线性补偿后的测量精度达到0.2级。幅频特性测试结果表明,该系统可对最高频率分量为25 kHz的瞬态温度信号进行测量。

铣削钛合金最高温度及其影响因素研究

在铣削钛合金的过程中,铣削温度是影响加工质量和刀具寿命的关键因素之一。通过ABAQUS软件对钛合金铣削过程进行仿真分析,并通过钛合金铣削现场试验,对仿真温度和试验温度进行对比。结果表明:钛合金在铣削加工过程中温度最高点位置位于刀-屑接触区域,仿真温度与试验温度最大误差为4.3%,仿真模型真实可靠。采用ANOVA方差分析法分析了铣削速度、进给量、铣削深度及交互因素对钛合金铣削温度的影响,并根据钛合金铣削试验数据建立了铣削最高点温度经验公式。研究结果表明,对铣削温度的影响顺序从大到小为铣削深度、进给量、铣削速度、铣削速度和进给量的交互,通过钛合金铣削试验数据建立的铣削最高点温度经验公式最大误差为7.8%,误差在允许范围之内,证明经验公式准确。

内燃机活塞表面瞬态温度传感器的研制

针对内燃机活塞表面温度变化迅速的特点,研制了一种瞬态温度传感器用于测量活塞表面温度。采用直流脉冲磁控溅射的方法将NiCr薄膜直接溅射沉积在高温烧结后嵌有NiCr、NiSi丝的陶瓷元件端面,NiCr薄膜外侧溅射Si3N4保护膜。传感器外壁选用带螺纹的304不锈钢作为铠装套筒。采用自行研制的薄膜热电偶静动态标定系统对所研制的瞬态温度传感器进行标定,结果表明：所研制的传感器在50-400℃范围内具有良好的线性和热稳定性,其塞贝克系数在39-41μV/K之间,非线性误差小于0.34%,重复性好;热接点薄膜厚度为355nm时,传感器的响应时间为41.7μs,且响应时间随着薄膜厚度的增大而增加;该瞬态温度传感器可以满足曲轴转速为1800r/min的内燃机活塞表面瞬态温度测试的需求。

NiCr高温薄膜电阻应变计制备及耐高温性能研究

针对高温环境下应力应变测试的技术难题,提出了一种以NiCr薄膜为敏感材料的高温薄膜应变计的制备方法,并对薄膜应变计敏感层的耐高温性能进行研究。研究发现,NiCr薄膜在高温下微观结构、成分发生明显转变,电学性能急剧下降。对添加SiN_xO_y和ITO薄膜后的NiCr薄膜分别进行高温测试发现,NiCr薄膜结构、性能没有明显改变,表明SiN_xO_y和ITO薄膜保护下的NiCr薄膜高温下性能稳定。所制的高温薄膜应变计在50~350℃内电阻温度系数为（80~787）×10-6/K,常温下应变灵敏系数为1.19,机械滞后为5.02,高温下的应变测试性能有待进一步研究。

瞬态切削用智能测温刀具的研究

针对传统切削温度测量手段无法实时测量刀尖切削区域瞬态温度的技术难题,研制一种基于Ni Cr-Ni Si薄膜热电偶的瞬态切削用智能测温刀具,采用直流脉冲磁控溅射技术制备了致密性和绝缘效果良好的Si O_2绝缘薄膜及热电偶电极薄膜;利用自行研制的薄膜热电偶自动标定系统对研制的测温刀片的静、动态技术特性进行测试和分析,结果表明所研制的测温刀片在30~300℃范围内具有良好的线性,其塞贝克系数为40.5μV/K,最大线性误差不超过0.92%,且响应速度快,时间常数为0.083 ms;可嵌入刀杆的温度测试单元实现了在切削加工过程中对瞬态切削温度数据的实时采集、数据存储与无线传输功能;现场试验结果显示,所研制的智能测温刀具可以快速准确监测0.1 s内刀具刀尖处瞬态切削温度的变化,为瞬态切削温度测试提供了新的方法,为智能测温刀具的研究与开发提供了新的技术途径。

薄膜热电偶测温螺钉传感器的研制

针对正常工况下的内燃机活塞表面温度变化迅速的情况,研制了一种便于安装的薄膜热电偶测温螺钉传感器。采用直流脉冲磁控溅射的方法将NiCr/NiSi热电偶薄膜直接溅射沉积在与内燃机活塞同种材料的测温螺钉的端部,热电偶薄膜和测温螺钉之间采用相同的磁控溅射方法制备Al2O3绝缘薄膜,采用自行研制的薄膜热电偶静、动态标定系统对所研制的测温螺钉进行标定,结果表明所研制的测温螺钉传感器在50～400℃范围内具有良好的线性和热稳定性,其塞贝克系数为41.9μV/K,最大线性误差不超过0.9%。热接点厚度仅为2μm,其响应时间为47.5μs。可以满足曲轴转速为1 800 r/min的内燃机活塞表面瞬态温度测试的需求,为内燃机结构的优化改进,新产品的开发提供了有力的保障,为新型传感器技术的进步做出了有益的尝试。

智能切削刀具发展现状综述

针对国内外智能切削刀具的研究现状和应用状况,对智能型刀具技术和智能型刀具系统的研究成果及在相关领域的应用进行综述,重点介绍以实现超精密加工为目的的智能切削测温刀具技术,展望了以"中国制造2025"为核心的智能刀具技术向系统化和模块化发展的趋势.

薄膜瞬态温度传感器的制备及性能研究

针对普通温度传感器存在响应时间长、无法快速测量瞬态温度以及薄膜热电偶引线困难的技术难题,研制了一种响应速度快、测量精度高、引线方便的薄膜瞬态温度传感器。采用直流脉冲磁控溅射技术,在嵌入Ni Cr-Ni Si平行电极丝的陶瓷基体端面依次沉积Ni Si功能薄膜和Si O2绝缘保护薄膜。利用自行研制的静态标定系统对薄膜传感器的静态性能进行了研究,结果表明所研制传感器在50~400℃范围内具有良好的线性和热稳定性,塞贝克系数为41.2μV/℃,非线性误差不超过0.05%,改变Ni Si薄膜的厚度对传感器的塞贝克系数影响很小。利用ANSYS有限元仿真和动态标定实验对薄膜传感器的动态性能进行了研究,结果表明所研制传感器的响应时间为μs级,时间常数随着Ni Si热接点薄膜厚度的增加而增大,改变激光脉冲能量对传感器时间常数的影响很小。利用温度检定炉对薄膜传感器进行了测温试验研究,结果表明所研制传感器能够快速响应温度的变化,可为瞬态温度的测试提供有效的方法和技术途径。

切削刀具测温传感器SiO_2多层复合绝缘薄膜的制备及其性能表征

利用双放电腔微波ECR等离子体增强非平衡磁控溅射技术成功制备了切削刀具测温传感器的SiO2多层复合绝缘薄膜,研究了SiO2多层复合绝缘薄膜的制备工艺。通过扫描电镜、原子力显微镜、台阶仪和XPS对SiO2功能薄膜的表面形貌、膜厚及成分进行了观测,结果表明,制备的多层复合SiO2薄膜厚度小、绝缘性好,绝缘电阻达到9.5×1012Ω。其与金属基体结合力可达16.7N,满足制作切削刀具测温传感器的要求。

C/SiC复合材料表面高温瞬态温度传感器的研究

针对C/SiC复合材料制造的航空发动机热端部件瞬时表面温度监测困难的问题,研究了一种C/SiC复合材料瞬时表面温度测量方法。采用磁控溅射法结合电镀工艺在C/SiC复合材料表面沉积了Ni-Cr-ZrO_2复合过渡层,采用磁控溅射法在Ni-Cr-ZrO_2复合过渡层上依次制备了SiO_2绝缘膜、NiCr/NiSi薄膜热电偶和SiO_2保护膜。对不同厚度SiO_2绝缘膜的绝缘性能进行研究,结果表明3μm厚的SiO_2薄膜绝缘电阻值可达1.64×10~9Ω。对传感器静态性能的实验研究结果表明,在50～600℃,塞贝克系数为42.1μV/℃,非线性误差1.52%。用理论计算与实验结合的方式对传感器的动态性能进行了研究,结果表明,传感器的动态响应时间在微秒级,可实现瞬态温度测试。对传感器进行测温实验,结果表明传感器能满足室温～600℃范围内瞬态温度检测的需求。

高速动车组轴温测量用特种结构薄膜传感器的研制

针对高速动车组轴箱轴承温度变化迅速的特点,研制了一种以NiCr/NiSi薄膜为敏感材料的特种结构薄膜传感器。采用自行开发的标定系统对直流脉冲磁控溅射技术制备的薄膜传感器进行动静态特性标定,结果表明所研制的薄膜传感器在30~400℃内具有良好的线性度,其塞贝克系数为37.84μV/℃,非线性拟合误差小于0.7%,动态响应时间为53.72ms。特种结构薄膜传感器磨损实验结果表明:传感器测温端的磨损对其温度测试的动静态特性影响很小,即测温端部分磨损不影响其测温性能。

采用薄膜热电偶的多层印刷电路板原位钻削温度测量

针对工业用多层印刷电路板(PCB)加工过程中钻削温度难以准确测量的技术难题,提出了一种基于薄膜热电偶的PCB各板层原位钻削温度测量方法。根据PCB的截面结构采用材料叠层建模方法对PCB钻削过程进行建模仿真,掌握了钻削过程中PCB钻削温度的分布及变化情况,并确定了传感器最佳镀膜位置为钻头进给方向的垂直底部。采用直流脉冲磁控溅射技术,在不同层数的PCB上制备薄膜热电偶传感器,并对其静、动态性能进行研究,结果表明所研制的温度传感器在30~200℃范围内,塞贝克系数为37.4 μV/℃,非线性误差不超过0.65%,动态响应时间为0.095ms。对不同层数的PCB进行了多组钻削温度测量实验,结果显示,钻削过程中4层、12层、20层的最高钻削温度分别为49.30℃、53.90℃、63.90℃,且每组重复实验的温度相对稳定,温度测量误差不超过0.8℃。该测量方法为PCB高速钻削工艺改进提供了参考。

薄膜热电偶瞬态温度传感器Al_2O_3绝缘膜制备工艺及性能表征

制备绝缘性能良好的Al2O3薄膜是研制薄膜热电偶瞬态温度传感器的关键技术之一。针对直流脉冲磁控溅射制备的Al2O3绝缘薄膜总是存在针孔等缺陷,提出了利用直流脉冲磁控溅射加射频偏压技术成功制备了薄膜热电偶瞬态温度测试传感器的Al2O3绝缘薄膜。通过台阶仪、高阻计、扫描电子显微镜和划痕试验仪对Al2O3绝缘膜的成膜厚度、绝缘性、表面形貌及膜基结合力进行了观测,结果表明,制备的Al2O3绝缘膜厚度可达2.4μm;其绝缘性可达2.6×109Ω;薄膜表面光滑,成膜均匀;Al∶O原子比近似为2∶3;与金属基体的结合力可达12N。提供了一种制备高致密、高绝缘性能Al2O3薄膜的简单有效的方法,为制备瞬态温度传感器提供了技术保障。

新型高温薄膜热流传感器的研制

航天飞行器在返回地球大气层时外表面会产生兆瓦级的热流,瞬时温升可达1 800℃,为了保证飞行器的稳定安全运行,准确实时测量飞行器热防护系统表面热流具有非常迫切和重要的意义。针对高温热流检测的技术难题,提出了一种引线与基底一体化的新型热流传感器结构。结合陶瓷烧结静压成型和磁控溅射技术,通过在嵌入PtRh6引线的99氧化铝陶瓷基底端面依次沉积PtRh30-PtRh6热电堆薄膜、Al_(2)O_(3)薄膜、ZrO_(2)薄膜,研制了一款新型高温薄膜热流传感器,并对热流传感器进行了静态、动态性能、耐高温及重复性测试。结果表明,所研制的传感器灵敏度可达0.01μV/(W/m^(2))以上,传感器动态响应时间为3.97 s,对传感器进行1200℃高温实验,结果显示传感器经历高温前后输出信号无明显变化,传感器最大重复性误差为2.38%。所研制的高温薄膜热流传感器可为高温热流测量和热防护系统优化提供科学依据。

高性能薄膜热电偶制备及其铣削应用研究

随着纳米薄膜沉积技术的发展,基于薄膜热电偶的瞬态温度测量技术在多种场合得到广泛应用。为实现薄膜热电偶在铣削加工中的应用,提出了一种高性能薄膜热电偶的制备方法。通过直流脉冲磁控溅射技术在石英基底上制备了NiCr/NiSi薄膜热电偶,并于氩气气氛进行不同温度的退火,研究了退火对薄膜热电偶综合性能的影响。结果表明,500℃退火的功能薄膜均匀性、导电性均有显著的提高,薄膜热电偶的塞贝克系数由退火前的36.3μV/℃增大到最大值40.5μV/℃,在连续热冲击和高温保持6 h后测温性能仍保持良好。将高性能薄膜热电偶研究成果用于测温铣刀的研制,并用于TC4正交铣削,得到了TC4铣削温度预测公式,为旋转类刀具加工温度的测量提供了一种可行性方案。

基于PC/104的某型自行榴弹炮供输弹驱动控制装置检测系统

针对某型自行榴弹炮供输弹驱动控制装置在实际应用中的测试和维修需求,研制了一种基于PC104工业主板的自行榴弹炮供输弹驱动控制装置检测系统.该检测系统以PC104工业主板为硬件核心,通过PC104总线控制PCM-3718HG数据采集模块采集数据,采用NI公司的Lab VIEW软件编译检测软件系统.系统可完成信号的采集、实时运算、数据波形实时显示、故障分析和数据存储等功能.该检测设备操作简单,性能稳定,大大缩短了设备维修时间,为该型号自行榴弹炮武器系统的快速维护提供了有力保障.

测温刀具温度场分布及其动态性能仿真预测

以测温刀具为研究对象,在传热学和金属切削理论基础上,建立了测温刀具温度场数学模型,计算了实际工况下测温刀具前刀面的平均温度.通过将Pro/E生成的测温刀具模型导入Hypermesh进行网格划分、材料属性定义及加载,最后,将建好的有限元模型导入ANSYS中仿真,得到了测温刀具的温度场分布情况,并对刀具上的薄膜热电偶的动态性能进行了仿真预测.研究表明,由前刀面热源引起的温度场分布,温度值最高点恰好位于薄膜热电偶的热接点处;仿真预测结果表明本测温刀具的动态响应时间是毫秒级的.

钻井扶正器硬质合金镶块碎体的电化学溶取

采用电化学溶取法清除钻井扶正器硬质合金镶块碎体是一种简单易行、省事省力的方法。通过正交优化实验，优选出采用双极性脉冲电流，以15％NaCl＋20％NaKC4H4O6＋5％添加剂A＋5％添加剂B弱碱性电解液为基础的加工工艺参数。实验结果表明，采用优化工艺，清除1个硬质合金镶块碎体仅需3－5min，生产效率比手工抠取方法提高7倍，并可获得较高的加工精度（0．13mm）和较低的表面粗糙度值（0．8μm），材料去除率可达19．2mm3／min。采用这项工艺，每套装置每年可创经济效益近23万元。

井下油管标记(号)的电解一射流加工

介绍了采用电解一射流加工法在油管外壁表面加工标记（号）的基本原理及其过程，通过实验总 结出了较为合理的工艺规范。

硬质合金冷挤压凹模的双极性脉冲电解加工

阐述了电解加工硬质合金的原理、特点及其过程。在实验的基础上 ,初步分析了在弱碱性(PH=8～9)无机电解液中 ,采用双极性脉冲电流对硬质合金冷挤压凹模加工时 ,脉冲参数对材料去除率、加工精度、表面粗糙度的作用规律 。