高精度NiCr/NiSi薄膜热电偶高温测试系统

针对航空发动机涡轮叶片和燃烧室内壁等高温恶劣环境下对温度测量的迫切需求,提出了一种基于薄膜热电偶的高精度测温方法。采用磁控溅射法在SiC衬底上制备了NiCr/NiSi薄膜热电偶。完成了薄膜热电偶的设计与制备,并设计了一套高精度温度数据采集系统,主控芯片采用STM32,数据采集芯片采用16位高精度芯片ADS1118,实现了对高温恶劣环境下温度数据的实时采集。结果表明:设计制备的NiCr/NiSi薄膜热电偶能够实现-40~1000℃温度区间稳定测温,高精度测温系统与标准温度测量系统相比误差优于±0.4%,为高温恶劣环境下温度测量提供了有效且可靠的解决方法。

基于磁控溅射的Pt/PtRh高温薄膜热电偶传感器集成工艺

Pt/PtRh为高温薄膜热电偶敏感材料,Al_(2)O_(3)和SiO_(2)为复合绝缘层材料,采用磁控溅射法成功制备Pt/PtRh薄膜热电偶及Al_(2)O_(3)/SiO_(2)复合型上下绝缘层,并通过掩膜-沉积法实现薄膜热电偶图案化制备。结果表明:制备的复合绝缘层Al_(2)O_(3)/SiO_(2)能够有效保证高温薄膜热电偶传感器在1200℃高温下的绝缘性和化学稳定性。Pt/PtRh热电偶阵列精度达到200μm,可在1200℃下稳定工作超过2200 min,经过4000 min升降温循环测试后,热电偶输出热电动势偏差小于1%。热电偶传感器整体厚度小于20μm,集成于合金与热障涂层之间的热电偶在高温服役环境下可稳定工作并测量合金表面温度。多层结构的样件在服役测试中无分层、脱落现象,热电偶稳定输出信号。

曲面铜—康铜薄膜热电偶的研制及分度方法研究

薄膜热电偶可实现对固体表面温度的准确测量。本文采用磁控溅射工艺制备曲面铜-铜镍合金(康铜)薄膜热电偶,通过对影响成膜质量的溅射参数进行分析,提出一种基于磁控溅射和退火工艺的制备方法,并进行实验验证。结果表明:该热电偶工作温度范围为(-60~300)℃,300℃下输出为4.827mV;该方法的误差绝对值的最大值不超过0.2℃,误差平方和为0.00024174mV^(2),优于传统方法。

化爆材料瞬态切削温度的NiCr/NiSi薄膜热电偶温度传感器的研制

针对化爆材料的切削特点,研制出一种集切削和测温功能于一体的NiCr／NiSi薄膜热电偶快速响应温度传感器。用多弧离子镀将NiCr/NiSi热电偶薄膜直接镀于高速钢刀头内。薄膜热电偶电极与高速钢之间采用最先进的多层镀膜法绝缘,即用微波ECR等离子体源增强射频反应非平衡磁控溅射技术首次成功在W18Cr4V高速钢基底上沉积绝缘性能良好的SiO2膜。对研制的薄膜热电偶温度传感器进行了静态和动态标定,结果表明传感器在0- 600℃测温范围内具有很好的线性和热稳定性,而且响应快,时间常数小于0．8 ms。热电偶薄膜与绝缘膜、绝缘膜与基体之间有足够的附着强度。该温度传感器已安装在现场使用,为国防工业部门的高效、安全生产提供了有力的保障。

新型薄膜式热电偶切削温度测量传感器

研制了一种集成在刀头内的新型薄膜式热电偶。在切削的同时,能快速直接地测量切削温度。镀膜工艺采用了先进的磁控溅射和离子镀技术,成功地解决了绝缘、镀膜牢固性等问题。该热电偶测温接点位于刀尖,响应迅速,时间常数约为0 8ms;并且在0～600℃的测温范围内具有良好的线性和热稳定性。详细论述了传感器的结构设计、薄膜热电偶的制作、静态标定、动态标定以及检测电路。当应用于现场切削试验时,传感器能快速响应瞬态切削温度。

薄膜热电偶的动态特性及动态补偿研究

针对用于瞬态高温测量薄膜热电偶的动态特性研究问题，本文提出了通过动态补偿来展宽其工作频带，以此来减小动态误差的方法。采用了一种脉冲激光法对薄膜热电偶进行了动态校准实验；利用基于沃尔什函数的建模方法建立了较好的薄膜热电偶动态模型；比一般的最小二乘法具有更高的拟合程度；通过对模型的极点和工作频带的分析，设计了动态补偿数字滤波器，改善薄膜热电偶的动态特性。

磁控溅射法制备NiCr/NiSi薄膜热电偶温度传感器

介绍了NiCr/NiSi薄膜热电偶制作方法与过程。与多弧离子镀法相比,采用磁控溅射法镀制的热电偶薄膜成分与靶材接近,膜层致密均匀、平整光滑,临界厚度薄。对研制的NiCr/NiSi薄膜热电偶进行了静态标定与动态标定,薄膜热电偶的灵敏度为40.1μV/℃,线性误差不大于0.75%,时间常数小于0.35 ms.最后将薄膜热电偶温度传感器用于化爆材料模拟切削试验。

基于集总热容法的薄膜热电偶动态特性研究

为了分析不同边界传热条件下薄膜热电偶的动态特性,对薄膜热电偶瞬态测温过程建立零维传热模型。运用集总热容法分析对流换热、辐射换热两种边界条件下薄膜热电偶传热过程,通过建立热结点表面能量平衡关系得到传感器动态特性理论参数。采用水浴阶跃法、激光脉冲法对CO1-K型薄膜热电偶进行动态标定实验,通过对动态响应曲线进行Z-t变换得到薄膜热电偶动态特性实验参数。实验结果表明,集总热容法能够正确分析薄膜热电偶的动态特性,且计算不同边界条件下薄膜热电偶时间常数过程简单,时间常数理论值接近实验值。

Cu/CuNi薄膜热电偶动态特性理论与实验研究

具有快速响应特性的薄膜热电偶非常适用于测量瞬变温度,其动态特性理论分析一直都是研究的重点和难点。以流体为被测对象,提出了以对流换热为边界条件的薄膜热电偶一维非稳态传热模型,并依据此模型模拟Cu/CuNi薄膜热电偶阶跃温度响应,同时利用迅速投掷法对用磁控溅射法制备的热结点厚度为1μm的Cu/CuNi薄膜热电偶进行动态标定。模拟和实验结果都表明薄膜热电偶阶跃响应近似于一阶系统,可以用时间常数来反映动态特性,理论和实测的时间常数分别为4.28ms和7.89ms。从结果可以看出,理论值接近实验值,从而验证了该模型的合理性,为进一步提高薄膜热电偶的动态特性提供了理论基础。

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。

薄膜热电偶温度传感器动态标定的仿真研究

薄膜热电偶温度传感器的动态标定,即测量激励信号的响应过程,得到动态特性指标。由于动态标定中激励源参数的选取多以实验测量为主,缺乏理论基础,存在着较大的测量误差。针对上述问题,首先以薄膜热电偶动态标定常用的脉冲激光法作为切入点,分析激光与热电偶的作用过程和传热机理;然后采用有限元方法建立三维瞬态传热模型,得到不同激励条件下薄膜热电偶的动态特性指标;最终形成了一种科学、可行的激光参数选取方法,对薄膜热电偶温度传感器动态标定的研究为动态温度准确测量提供了依据。

金属基Pt/ITO薄膜热电偶的制备

采用多层膜结构制备了金属基Pt/ITO薄膜热电偶,薄膜热电偶由Ni基合金基片、NiCrAlY过渡层、热生长Al_2O_3层、Al_2O_3绝缘层、Pt/ITO功能层和Al_2O_3保护层构成。静态标定结果表明:样品的平均塞贝克系数为107.45μV/℃。测试温度可达到1000℃。时效处理可以有效提高薄膜热电偶的输出热电势。

薄膜热电偶动态特性研究

薄膜热电偶动态特性研究李付国，黄吕权，解亚军，水金诚（西北工业大学）０引言薄膜热电偶是一种比较先进的瞬态温度测量传感器，其热接点多为微米量级的薄膜。薄膜热电偶动态特性的好坏与其热接点材料和厚度密切相关，合理地设计，能使薄膜热电偶具有良好动态特性的同时...

薄膜热电偶的动态校准及辨识建模

本文利用脉冲激光对一种薄膜热电偶进行了动态校准实验，采用系统辨识方法，从时域角度建立了薄膜热电偶传感器的动态数学模型，利用所建模型分析传感器的动态特性，给出了传感器的动态性能指标，并为改善其动态特性提供了依据。

薄膜热电偶温度传感器研究进展

随着低维材料技术的发展和对测温要求的提高,薄膜热电偶温度传感器应运而生,其快速响应特性为测量瞬变温度提供了可能。综述了薄膜热电偶温度传感器国内外发展现状,着重介绍了薄膜临界厚度的确定、扩散现象的影响、制备工艺等关键技术,并对其未来发展做出了展望。

基于电子印刷工艺的薄膜热电偶研制

薄膜热电偶由于具有体积小、热容量小及响应速度快等优点成为近年来学者们研究的重点。薄膜制备常用的方法有射频溅射法、离子镀膜法以及直流脉冲磁控溅射法等,但这些方法操作设备复杂,制作时间长,效率低,成功率低且复现性差。用电子印刷工艺制备薄膜热电偶,将Au,Pt的溶液化微纳米材料印制在基板上,印刷成为Au-Pt薄膜热电偶,该方法操作方便快捷,对电极材料污染小。通过试验证明:采用电子印刷工艺制备的Au-Pt薄膜热电偶符合Au-Pt热电偶检定规程的要求,热电偶精度高,重复性和一致性好。

薄膜热电偶动态建模方法

以薄膜热电偶动态补偿设计为背景,应用离散小波分析方法对实验数据进行了预处理,提出了基于自适应线性神经网络的薄膜热电偶辨识方法,建立了传感器的动态模型,通过试验数据的交叉检验,证明所采用的方法能获得理想的辨识效果。

国外航空发动机薄膜热电偶技术发展研究

分析了薄膜热电偶的性能和技术特点,阐述了敏感膜的制作方法、薄膜热电偶工艺方法和质量控制,以及有关新技术的应用与发展。国内外研究结果表明:先进的薄膜热电偶能够承受恶劣的试验环境,是成功解决航空发动机涡轮叶片表面温度测量的理想方法。

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。

非金属表面温度测量的薄膜热电偶技术

薄膜热电偶是解决非金属表面温度测量的有效手段。它的工作原理与常规热电偶一样,但并不利用现成的热电偶丝材料,而是用离子轰击热电偶母材使之溅射到被测表面上沉积而制成的。显微检查表明溅射薄膜与被测表面的结合十分紧密,足以保证薄膜热电偶反映的确是被测表面温度。溅射薄膜的厚度一般只有0.5～1.0微米。