高温老化和可靠性试验对Pt薄膜微型温度传感器的性能影响

设计了一种铂(Pt)薄膜热电阻微型温度传感器,采用磁控溅射方法制备传感器薄膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)等手段对老化前后的Pt薄膜组织进行了系统表征;采用温度标定法对Pt薄膜电阻的温度-电阻特性进行了研究;通过振动、冲击、温度冲击等试验研究了温度传感器的环境可靠性。结果表明,老化处理增加了Pt薄膜组织结晶度,减少了组织中的杂质元素、降低了Pt薄膜电阻;线性拟合得出Pt薄膜温度-电阻线性度为0.999 93,具有良好的线性关系;可靠性试验后Pt薄膜电阻上升,测温精度一定程度上受到影响,但误差不大于0.205 K,满足高精度传感器的要求。

PT伴热技术在液硫管线中的应用探讨

国内外硫磺回收装置液硫管线通常采用夹套管伴热,但由于夹套管制造周期长、施工难度大、使用中容易产生漏点,给用户带来了极大困扰。介绍了某公司研发的新型可拆卸夹套伴热技术,并通过液硫管道伴热试验、伴热理论计算、计算流体动力学模拟等形式,对该技术在液硫管线上的应用进行探讨。伴热试验表明,通过在液硫管道上布置适当的伴热管,可以使管道中的常温液硫快速达到130℃,满足液硫管道对伴热性能和冷态启动性能的要求。在伴热试验的基础上,伴热理论计算和计算流体动力学模拟进一步证明了该技术在大口径液硫管道上应用的可行性。与蒸汽夹套管伴热对比表明,该技术在满足液硫管道伴热需求的同时,其安全性、便捷性和经济性优于夹套管伴热,可考虑作为液硫管线伴热的备选技术。

Minority-Carrier Exclusion Effect in Thin-Film SOI Temperature Sensor

A silicon temperature sensor with a conventional resistor structure is fabricated on thin-film silicon-on-insulator (SOI) substrate.The sensor has very promising characteristics.The maximum operating temperature can reach 550℃ even at a low current of 0.1mA.Experimental results support that the minority-carrier exclusion effect can be strong in the conventional resistor structure when the silicon film is sufficiently thin,thus significantly raising the maximum operating temperature.Moreover,since the structure of the device on thin-film SOI wafer is not crucial in controlling the maximum operating temperature,device layout can be varied according to the requirements of applications.

无引线封装的SOI高温压力传感器设计

为解决高温环境下的压力监测问题,对无引线封装压力传感器进行了研究。首先,对高温压力敏感芯片进行设计,使用绝缘体上硅(SOI)材料提高了敏感芯片的高温稳定性;使用Ti⁃Pt⁃Au复合电极提高了金属电极与硅引线之间欧姆接触的可靠性。使用导电银浆实现敏感芯片电极和基座引脚的电连接,使用玻璃浆料实现芯片与基座的耐高温封装。利用同步热分析仪对导电银浆和玻璃浆料进行了DSC⁃TG同步分析,并借助扫描电镜对其微观形貌进行对比观察,确定其最佳烧结工艺曲线。对封装后的压力传感器进行测试,结果表明:传感器在25~300℃范围内具备优异的性能,综合精度可达0.25%FS。

基于热电堆的微型热流传感器制备及性能研究

航空发动机内部温度和热辐射的不均匀分布可能导致叶片表面出现热点,引起叶尖等区域的材料损坏。因此,监测单位时间内通过叶片表面的热量十分重要。热电堆型热流传感器以其测量范围广、稳定性好、精度高等优点,成为监测高温环境热流参数的常用方法。本文采用丝网印刷和高温烧结工艺,在10 mm×10 mm×1 mm的99%Al_(2)O_(3)陶瓷基片上制备了Pt-Rh10/Pt热电堆型热流传感器,并搭建了热流实验平台对传感器进行测试。结果表明,该热流传感器在1 019.4℃的高温环境下,所测热流密度为179.67 kW/m^(2),输出电压为0.462 3 mV。经过3次热循环测试可知,该热流传感器的重复性偏差小于5%,具有较好的重复性。

Pt/YSZ氧传感器的电极电阻和响应特性

应用两电极直流极化法测定了氧传感器在380～800℃中的Pt，空气／YSZ电极电阻，从交流低频阻抗测量外推法测得YSZ的体电阻，可以将YSZ的直流极化从电极的过电位中区分出来．Pt，空气｜（ZrO2）0．93（Y2O3）0．07｜空气，Pt，电池的直流极化1gI-η作图得出，电极电荷传递系数为2．YSZ体电阻、Pt，空气／YSZ电极电阻和电极交换电流对温度的Arrhenius图，在600℃和570℃附近存在着类似的活化能变化．测量表明；700℃时，氧传感器的测量响应时间2．5s．

铂膜电阻温度传感器耐高温结构设计与性能验证

针对铂(Pt)膜电阻温度传感器难以实现850℃高温环境长期稳定测量问题。采用磁控溅射法在996氧化铝(Al_(2)O_(3))陶瓷衬底沉积Pt膜温度敏感层,通过对Pt膜进行热处理、耐高温表面防护结构提升其耐高温性能,采用阻值修调技术控制传感器阻值精度,结合微机电系统(MEMS)与厚膜工艺技术制备Pt膜电阻温度传感器。结果表明:Pt膜电阻温度传感器电阻温度系数(TCR)为(3851±3)×10^(-6)℃;0℃电阻值控制在199.92~200.06Ω范围内;传感器从室温阶跃至850℃热响应时间(τ_(90))为15.1 s;传感器经100次室温至850℃温度冲击后输出稳定;经850℃环境1000 h寿命考核,传感器0℃阻值漂移量小于0.5%。制备的Pt膜电阻温度传感器可长期保持850℃高温环境稳定测量,该温度传感器广泛应用于汽车尾气排放、发动机健康监测等高温测量领域。

镍基高温合金Pt/Si共改性铝化物涂层的制备及抗高温氧化性能

为研究Si元素对Pt改性铝化物涂层抗高温氧化性能的影响规律,利用电镀Pt和Al-Si共渗包埋法制备出一种Pt/Si共改性铝化物涂层,对涂层进行了1 000℃恒温氧化试验,并采用XRD、SEM、EDS分析了涂层氧化前后的组织结构。结果表明:在Pt改性铝化物涂层中添加Si元素可以降低涂层表面的孔洞,使涂层更加致密、均匀;2种涂层在1 000℃温度下氧化300 h后均有大量的β-(Ni,Pt)Al相残留,依然具备保护基体的作用;Si元素一方面可以降低涂层与基体的互扩散速率,另一方面却加剧了涂层表面氧化皮的剥落;综合看来Si对Pt改性铝化物涂层的抗高温氧化性能提高效果不明显。

碳钢腐蚀大数据采集传感器在城市大气环境中适应性标定

传统的腐蚀监测方法和腐蚀评估方法已经无法满足对数据量以及数据连续性的需要。大气腐蚀在线监测技术由于具有数据量大、数据连续及实时性等特点,已被广泛应用。然而,所得数据的准确性和适用性还须通过试验来做进一步验证。采用户外挂片以及电阻传感器和电偶传感器监测Q235碳钢在城市大气环境下的腐蚀速率,建立响应面模型,并采用温湿度耦合试验和干湿交替模拟试验进行验证。温湿度耦合试验和干湿交替模拟试验与户外挂片及响应面模型的腐蚀速率变化趋势一致,而温湿度耦合试验得到的腐蚀速率更接近于挂片得到的腐蚀速率。其中,电偶传感器得到的腐蚀速率值更接近于挂片的腐蚀速率值,说明城市大气环境下更适合使用电偶传感器。室内模拟试验中,温度升高会加速薄液膜下阴阳极的电极过程和化学反应,延长反应时间,表面腐蚀产物逐渐致密且均匀,一定程度上可以提高锈层的耐蚀性能。通过碳钢腐蚀传感器在城市大气环境中的适应性标定,可以深入探究大气环境中金属材料的腐蚀机理和过程,并准确评估腐蚀传感器在大气环境中的腐蚀行为,为研究者提供定量描述和分析腐蚀行为的基础数据。

铂薄膜电阻温度传感器玻璃密封材料的稳定性能研究

针对铂薄膜电阻温度传感器中绝缘封装过程中存在的气密、绝缘等性能问题,研究了两种玻璃与铂薄膜温度传感器氧化铝基底间浸润性、气密性、绝缘性及热循环稳定性等性能,优选性能最佳的玻璃密封材料应用在铂薄膜温度传感器中。研究结果表明,热稳定性存在差异SiO_(2)-Ba O-Al_(2)O_(3)-CaO系微晶玻璃与SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系微晶玻璃在800℃~1000℃间与氧化铝基底均具有良好的浸润性。SiO_(2)-Ba O-Al_(2)O_(3)-CaO系玻璃与SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系玻璃密封材料在800℃、通气压力在20.7 k Pa下的漏气率分别约为0.0073 sccm·cm^(-1)和0.0065 sccm·cm^(-1),绝缘电阻率分别约为21.6×106Ω·cm和31.1×106Ω·cm。此外,在30℃~800℃热循环500次后,两种玻璃表面出现尺寸不一的孔洞,其中,SiO_(2)-Ba O-Al_(2)O_(3)-CaO玻璃经历500次热循环后孔洞尺寸由0.13μm增至15.62μm,而SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系玻璃孔洞尺寸变化较小,表面形貌较为致密。以上研究结果表明,SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-CaO系玻璃具有更加优异的密封性能、高温绝缘性能及热循环稳定性,更适合用于铂薄膜电阻温度传感器的封装工艺。

HgCdTe探测器Pt电阻测温分析

研究了PV型HgCdTe探测器在1.319μm连续激光辐照下的温升效应。根据探测器的分层结构及测温Pt电阻的位置(冷面上),推断Pt电阻测得的温度并不直接反映HgCdTe芯片的温度,而是比芯片温度低很多。实验测量了Pt电阻的温升,数值模拟了Pt电阻温度随时间的变化以及探测器各层结构的温升情况,理论分析结果与实验结果相一致。

MEMS高温压力传感器耐高温引线结构优化

绝缘体上硅(SOI)高温压力传感器可在高温(高于125℃)下工作。通常情况下构成惠斯通电桥的电阻单独处于压力敏感区,以提高其灵敏度,但在其工作期间压力传感器器件区电阻重掺区与金属引线连接处存在一定高度差,在加压加电高温环境下此处热应力变大,金属引线因过热而出现金属引线断裂或失效,无法满足高温需求。在此基础上研究了一种硅引线技术,使其与压敏电阻处于同一高度层,金属引线平铺在硅引线上端,经退火后形成良好的欧姆接触。实验测试表明,该方案能使压力传感器在300℃高温环境下正常工作,金属引线与电阻区连接完好,传感器敏感区应力降低接近50%,且优化后传感器灵敏度符合设计要求。

具有温度补偿的微细圆柱基MEMS流速传感器研究

目前常见的流速传感器由于尺寸原因,只能介入管径较大的管道进行液体流速测量。设计并制造了一种可介入小管径管道的、具有温度补偿功能的圆柱基流速传感器,器件采用旋转投影曝光和微机电系统(MEMS)技术制作而成,包含一个薄膜型加热电阻和一个稳定补偿电阻,基于热阻原理可实现对不同温度流体流速的精确测量。测试结果表明:该流速传感器的温度系数为0.2236%/℃,灵敏度为4.25 mV/(cm·s^(-1))。研制的圆柱基MEMS流速传感器可在内径为2 mm的管道中对具有一定温度变化的流体进行流速测量,有望应用于工业、生物医学等领域。

高温环境下的轴承保持架转速非接触测试方法

滚动轴承是发动机、燃气轮机等设备中的重要旋转部件,需要长期工作在高温环境中。为了预防轴承打滑,减少轴承损伤及失效,需要实时获取高温环境下的轴承保持架转速参数。文中提出了一种基于涡流效应的耐高温转速传感器,使用耐高温线绕制传感器探头,通过周期性改变轴承保持架与探头的距离实现保持架转速的测量。搭建高温转速平台进行测试,验证了传感器的可行性,实现了高温时轴承保持架转速的非接触测量。结果表明:在300℃高温环境中,转速传感器的最大非线性误差为0.511%,最大重复性误差为0.771%。

双恒流源激励的铂电阻测温电路及防护电路设计

三线制铂电阻是常用的一种温度传感器,具有性能稳定、测温范围广、快速响应等优点,在电力系统中得到了广泛应用,但会受到其他因素的影响,从而在系统中产生附加误差。为避免和减少在实际使用过程中产生的附加误差影响测量精度,基于NSA2862X芯片设计了一种双恒流源激励的铂电阻测温电路。介绍了双恒流源测温电路及参数计算,为满足工业电磁兼容要求设计了抗干扰防护电路、数据传输方式等,最后经过试验验证了该电路的合理性、可靠性及实用性。

用于织物热阻仪的Pt100铂电阻温度传感器校正

采用虚拟仪器、电热恒温水槽和水银温度计对用于平板式织物热阻仪的4个Pt100铂电阻温度传感器的测温正确性和稳定性进行了检验。发现Pt100铂电阻温度传感器的测量结果与水银温度计的测量结果之间存在系统差异,不同的Pt100铂电阻温度传感器的测量结果之间也存在较大的系统差异,但4个Pt100铂电阻温度传感器的测量稳定性都良好。通过一定的校正,4个Pt100铂电阻温度传感器的测量结果与水银温度计的测量结果之间的系统差异很小。

Pt膜温度传感器批量测试、分选系统硬件设计

介绍了一套以Pt膜温度传感器为研究对象,使用MSP430作为主控器件的温度传感器的测试、分选系统的硬件设计.该测试系统集温度传感器工作环境模拟、信号调理、数据采集和数据分析与管理于一体,具有多通道选择、定点测试和数据传输等功能.

铂热电阻Pt100桥式温度变送器电路的传递函数

用铂热电阻Pt100测量介质温度,是温度采集和自动控制系统中普遍采用的方式。由于铂热电阻温度传感器在实际应用中存在电阻与温度间的非线性关系,为进一步提高温度测量的准确性,提出一种利用计算机非线性修正技术实现Pt100桥式温度变送器电路传递函数的方法。

超薄型Pt膜温度传感器的微加工技术研究

为了掌握采用激光微加工技术加工超薄型Pt膜温度传感器的最佳工艺参数,文中采用声光调Q原理的Nd-YAG激光划片机加工Al_2O_3陶瓷基体,研究激光工艺参数与传感器基体上刻槽深度与宽度的关系,以及采用调阻机加工Pt薄膜电阻,研究激光调阻工艺参数与调阻精确度的关系.

铂电阻温度传感器精度测试方法研究

铂电阻温度传感器作为一种高精度温度传感器,常应用于工业生产领域和制造领域监测产品的温度。由于铂电阻传感器在探针位置、感应元件位置等方面的特殊性,不同的铂电阻温度传感器精度检验方法,对铂电阻的精度测试结果有很大的影响。针对上述问题,设计了一种铂电阻温度传感器精度测试方法。首先,分析了恒温槽试验箱内部运行环境,评估了传感器精度校验插入深度对精度测试结果的影响;然后,设计了铂电阻温度传感器精度试验工装和试验方法,实现精度测试过程中的数据收集、对比论证等;最后,开展了精度测试试验,验证了所提出的精度测试方法的有效性。