CN103033279B - 一种透明丝绕铂电阻温度传感器及其制作方法 - Google Patents
一种透明丝绕铂电阻温度传感器及其制作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种透明丝绕铂电阻温度传感器，PET骨架上设有第一排孔和第二排孔，先将铂丝穿过调节孔，铂丝的一端穿过PET骨架上第一排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第二排孔顺序中的偶数孔，再穿过第一排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第一近似螺旋体；铂丝的另一端穿过PET骨架上第二排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第一排孔顺序中的偶数孔，再穿过第二排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第二近似螺旋体，铂丝的两端与引线焊接，将引线固定后，采用耐高温透明粘合胶将PET骨架粘接在透明的保护层中。本发明具有响应速度快、测温精度高、元件韧性良好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度传感器，具体涉及一种透明丝绕铂电阻温度传感器及其制作方法。
背景技术
随着航空航天、高速列车等现代技术的发展，对测温传感器的可靠性、响应时间以及环境的适用性提出了更加严格的要求，这就对传感器的控温精度及结构设计控制，尤其是对温度的精确控制提出了更高的要求。根据文献记载，目前用于在航空航天、快速列车以及工业、民用等领域玻璃自身温度检测，主要采用热敏电阻、铂电阻或双金属等温度传感器，贴附于玻璃表面感知温度，由于运行中受到风吹、冰冻、雾气以及震动等干扰，测温效果不佳，且容易造成损坏。因此，设计一种温度传感器，既能快速准确地感知温度，又美观耐用是非常重要的。
测温方法主要分为接触式测温与非接触式测温两种，接触式测温主要包括热电偶型和热电阻型，其中热电阻型又分为铂电阻、铜电阻和热敏电阻等。铂电阻元件制作主要采用厚膜工艺、薄膜工艺和丝绕工艺，而丝绕工艺主要有陶瓷支架、云母支架和玻璃支架，这类产品多为圆形，不适于较薄物体内部测温，由于封装材料原因，一般为不透明结构且易于脆断。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种响应速度快、测温精度高、元件韧性良好的透明丝绕铂电阻温度传感器及其制作方法。
解决上述技术问题的技术方案如下：
一种透明丝绕铂电阻温度传感器制作方法，包括以下步骤：
步骤1，将铂原料提纯获得高纯铂；
步骤2，将步骤1的高纯铂经熔炼、拉制得到直径为0.02mm—0.03mm微细铂丝；
步骤3，将步骤2的铂丝在炉中于300℃-500℃环境中退火10-30分钟；
步骤4，确定铂丝长度，裁剪经退火处理的铂丝；
步骤5，采用激光在透明片状的PET骨架上均匀打出第一排孔和第二排孔以及调节孔；
步骤6，将步骤4的铂丝在PET骨架上进行绕制，先将铂丝穿过调节孔，铂丝的一端穿过第一排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第二排孔顺序中的偶数孔，再穿过第一排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第一近似螺旋体；铂丝的另一端穿过第二排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第一排孔顺序中的偶数孔，再穿过第二排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第二近似螺旋体；
步骤7，用耐高温透明粘合胶涂覆PET骨架的一面，在温度为50—70℃环境中固化60—100分钟后，再用耐高温透明粘合胶涂覆PET骨架的另一面后，在30-50℃温度环境固化10至14小时；
步骤8，从铂丝的两个端部焊接引线，并将引线固定后，采用耐高温透明粘合胶将PET骨架粘接在透明的保护层中，在温度为30-50℃，压力为0.1-0.2MPa环境下固化20—26小时。
进一步地，调节孔位于第一排孔的尾端孔和第二排孔的尾端孔之间。
进一步地，步骤1中，是通过贵金属提纯工艺得到高纯铂。
进一步地，步骤2中，是采用贵金属微细丝拉丝工艺拉制得到微细铂丝。
进一步地，步骤4中，根据Rt=Rt’(1+α（t-t’）)、给定Rt’阻值以及L=Rt’S/ρ确定铂丝长度，上式中，Rt为温度t时传感器电阻值，Rt’为给定的温度t’时的电阻值，α为铂丝的温度电阻系数，L为铂丝长度， S为铂丝横截面积，ρ为温度t’时铂丝电阻率。
进一步地,步骤6中，所述第一近似螺旋体和第二近似螺旋体相互交叉但互不接触。
进一步地，步骤7中，用耐高温透明粘合胶涂覆PET骨架的一面，在温度为60℃环境中固化80分钟后，再用耐高温透明粘合胶涂覆PET骨架的另一面后，在40℃温度环境固化12小时。
进一步地，步骤7和步骤8中采用的耐高温透明粘合胶均为透明硅橡胶。
更进一步地，步骤8中，在焊接引线前，在温度t’环境测试并调节铂丝电阻。
一种透明丝绕铂电阻温度传感器，包括透明片状的PET骨架、铂丝、引线以及保护层，所述PET骨架上设有第一排孔和第二排孔以及调节孔，铂丝穿过调节孔后，铂丝的一端穿过PET骨架上第一排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第二排孔顺序中的偶数孔，再穿过第一排孔中顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第一近似螺旋体；铂丝的另一端穿过PET骨架上第二排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第一排孔顺序中的偶数孔，再穿过第二排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第二近似螺旋体，铂丝的两端与引线焊接，将引线固定后，采用耐高温透明粘合胶将PET骨架粘接在透明的保护层中。
采用了上述方案，本发明具有以下优点：
1、采用高纯铂丝绕制，配合便于操作的工艺和简单的调试，即可达到B级铂电阻温度传感器测温精度。
2、骨架采用透明耐高温的PET材质，这种材质具有优良的耐高、低温性能，可在120℃温度范围内长期使用，短期使用可耐150℃高温，低温可在-70℃温度范围内长期使用，且高、低温时对其机械性能影响很小。采用本发明对铂丝的绕制方式，位于骨架两侧的铂丝均为平行分布，配合透明粘接绝缘胶涂覆，具有良好的绝缘性能。
3、PET骨架、透明保护层、粘接绝缘胶均为透明柔性材质，铂丝仅为0.02-0.03mm，制作完成的温度传感器可以保证较好的透明度和良好的抗热冲击和机械振动能力。
4、该温度传感器为薄层片式结构，整体厚度不到1mm，可以安装在玻璃夹层中，不影响美观和观察视野，同时保证了温度传感器的测温功能。
5、可以方便地根据需要制取特定温度下特定阻值的温度传感器。
综上所述，本发明具有响应速度快、工艺简单，测温准确的特点，由于可安装在玻璃等透明材质中，具有使用寿命长的优点。
附图说明
图1为本发明的透明丝绕铂电阻温度传感器的结构示意图；
图2为图1中PET骨架和铂丝连接的结构示意图；
具体实施方式
参照图1和图2，本发明的透明丝绕铂电阻温度传感器制作方法，包括以下步骤：
步骤1，将铂原料提纯得到高纯铂，本步骤中是通过贵金属提纯工艺得到高纯铂。采用微细高纯铂丝，R100/R0≥1.385，其中R100和R0分别为铂丝在100℃和0℃下的电阻值。
步骤2，将步骤1的高纯铂经熔炼、拉制得到直径为0.02mm—0.03mm微细铂丝；本步骤中，是采用贵金属微细丝拉丝工艺拉制得到微细铂丝。
步骤3，将步骤2的铂丝在马弗炉中于300℃-500℃环境中退火10-30分钟。
步骤4，确定铂丝长度，裁剪经退火处理的铂丝；本步骤中，根据Rt=Rt’(1+α（t-t’）)、给定Rt’阻值以及L=Rt’S/ρ确定铂丝长度，上式中，Rt为温度t时传感器电阻值，Rt’为给定温度t’时的电阻值，α为铂丝的温度电阻系数，L为铂丝长度， S为铂丝横截面积，ρ为温度t’时铂丝电阻率。
步骤5，采用激光在透明片状的PET骨架上均匀打出第一排孔、第二排孔以及调节孔，调节孔位于第一排孔的尾端孔和第二排孔的尾端孔之间。
步骤6，将步骤4的铂丝在PET骨架上进行绕制，先将铂丝穿过调节孔，铂丝的一端穿过第一排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第二排孔顺序中的偶数孔，再穿过第一排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第一近似螺旋体；铂丝的另一端穿过第二排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第一排孔顺序中的偶数孔，再穿过第二排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第二近似螺旋体；所述第一近似螺旋体和第二近似螺旋体相互交叉但互不接触。
步骤7，用耐高温透明粘合胶涂覆PET骨架的一面，在温度为50—70℃环境中固化60—100分钟后，再用耐高温透明粘合胶涂覆PET骨架的另一面后，在30-50℃温度环境固化10至14小时。本步骤中，采用的耐高温透明粘合胶均为透明硅橡胶。本步骤中，用耐高温透明粘合胶涂覆PET骨架的一面后，优选地，在温度为60℃环境中固化80分钟后，再用耐高温透明粘合胶涂覆PET骨架的另一面后，在40℃温度环境固化12小时。
步骤8，从铂丝的两个端部焊接引线，并将引线固定后，采用耐高温透明粘合胶将PET骨架粘接在透明保护层中，在温度为30-50℃，压力为0.1-0.2MPa环境下固化20—26小时。本步骤中，在焊接引线前，在温度t’环境测试并调节铂丝电阻。本步骤中，采用的耐高温透明粘合胶均为透明硅橡胶。
以下是上述实施方式的具体实施例：
实施例1:采用高纯度提纯工艺和微细拉丝工艺加工成0.03mm的铂丝，铂丝在500℃退火10分钟。截取铂丝730mm。截取0.125mm厚PET骨架长30mm，宽13mm，采用激光打孔机沿长方向打孔2排，排间距9mm。每排打孔40个，孔间距0.5mm，孔径0.2mm。先将铂丝穿过调节孔，铂丝的一端穿过第一排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第二排孔顺序中的偶数孔，再穿过第一排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第一近似螺旋体；铂丝的另一端穿过第二排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第一排孔顺序中的偶数孔，再穿过第二排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第二近似螺旋体。用高温透明硅橡胶涂覆PET骨架一面后，在温度为50℃固化100分钟，再涂覆PET骨架的另一面，于30℃温度固化14小时。在0℃环境下测试，调节电阻为100Ω。焊接引线并固定，采用高温透明硅橡胶封装粘接保护层，于30℃温度中以及0.2Mpa压力下固化26小时。完全固化后修整外观。经测试，该铂电阻温度传感器在30℃下阻值为111.67±0.12Ω。
实施例2:采用高纯度提纯工艺和微细拉丝工艺加工成0.03mm的铂丝，铂丝在420℃温度环境中退火15分钟。截取该丝材910mm。截取0.125mm的透明PET骨架长30mm，宽13mm，采用激光打孔机沿宽方向打孔2排，排间距25mm。每排打孔18个，孔间距0.5mm，孔径0.2mm。先将铂丝穿过调节孔，铂丝的一端穿过第一排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第二排孔顺序中的偶数孔，再穿过第一排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第一近似螺旋体；铂丝的另一端穿过第二排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第一排孔顺序中的偶数孔，再穿过第二排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第二近似螺旋体。用高温透明硅橡胶涂覆PET骨架一面后，60℃的温度环境中固化90分钟，再涂覆另一面，于35℃温度环境中固化13小时。在20℃环境下测试，调节电阻为136.50Ω。焊接引线并固定，采用高温透明硅橡胶封装粘接保护层，与35℃的温度中，0.15Mpa压力下固化24小时。完全固化后修正外观，经测试，该铂电阻温度传感器在30℃下阻值为141.76±0.12Ω。
实施例3: 采用高纯度提纯工艺和微细化拉丝工艺加工成0.02mm的铂丝，铂丝在350℃退火20分钟。截取该丝材320mm。截取0.125mm厚的透明材质PET骨架长30mm，宽13mm，采用激光打孔机沿长方向打孔2排，排间距8mm。每排打孔18个，孔间距0.5mm，孔径0.2mm。先将铂丝穿过调节孔，铂丝的一端穿过第一排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第二排孔顺序中的偶数孔，再穿过第一排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第一近似螺旋体；铂丝的另一端穿过第二排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第一排孔顺序中的偶数孔，再穿过第二排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第二近似螺旋体。用高温透明硅橡胶涂覆PET骨架一面后，65℃温度环境中固化80分钟再涂覆另一面，于40℃温度环境中固化12小时。在20℃环境下测试，调节电阻为107.79Ω。焊接引线并固定，采用高温透明硅橡胶封装粘接保护层，于40℃的温度环境中，0.15Mpa压力下固化22小时。完全固化后修正外观，经测试，该铂电阻温度传感器在40℃下阻值为115.54±0.12Ω。
实施例4: 采用高纯度提纯工艺和微细化拉丝工艺加工成0.02mm的铂丝，铂丝在300℃退火30分钟。截取该丝材410mm。截取0.125mm厚的透明材质PET骨架长30mm，宽13mm，采用激光打孔机沿宽方向打孔2排，排间距20mm。每排打孔10个，孔间距0.5mm，孔径0.2mm。先将铂丝穿过调节孔，铂丝的一端穿过第一排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第二排孔顺序中的偶数孔，再穿过第一排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第一近似螺旋体；铂丝的另一端穿过第二排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第一排孔顺序中的偶数孔，再穿过第二排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第二近似螺旋体。用高温透明硅橡胶涂覆PET骨架一面后，70℃温度环境中固化60分钟，再涂覆另一面，在50℃固化10小时。在0℃环境下测试，调节电阻为125.99Ω。焊接引线并固定，采用高温透明硅橡胶封装粘接透明保护层，于50℃温度环境中，0.1Mpa压力下固化20小时。完全固化后修正外观，经测试，该铂电阻温度传感器在40℃下阻值为147.01±0.12Ω。
参照图1和图2，本发明的透明丝绕铂电阻温度传感器，包括透明片状的PET骨架1、铂丝2、引线3以及保护层4。所述PET骨架1上设有第一排孔5、第二排孔6以及调节孔7，先将铂丝穿过调节孔，铂丝的一端穿过PET骨架1上第一排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第二排孔顺序中的偶数孔，再穿过第一排孔中顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架1上，形成第一近似螺旋体。铂丝的另一端穿过PET骨架上第二排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第一排孔顺序中的偶数孔，再穿过第二排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第二近似螺旋体。在绕制完成后，采用透明硅橡胶涂覆在PET骨架1上。铂丝2的两端与引线3焊接，将引线3固定后，采用耐高温透明粘合胶将PET骨架1粘接在透明的保护层4中。
按照上述实施例投篮的透明丝绕铂电阻温度传感器，其具体结构为（参照图1和图2）：包括透明片状的PET骨架、铂丝、引线以及保护层，所述PET骨架上设有第一排孔和第二排孔以及调节孔，铂丝穿过调节孔后，铂丝的一端穿过PET骨架上第一排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第二排孔顺序中的偶数孔，再穿过第一排孔中顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第一近似螺旋体；铂丝的另一端穿过PET骨架上第二排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第一排孔顺序中的偶数孔，再穿过第二排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第二近似螺旋体，铂丝的两端与引线焊接，将引线固定后，采用耐高温透明粘合胶将PET骨架粘接在透明的保护层中。
Claims (10)
1.一种透明丝绕铂电阻温度传感器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将铂原料提纯获得高纯铂；
步骤2，将步骤1的高纯铂经熔炼、拉制得到直径为0.02mm—0.03mm微细铂丝；
步骤3，将步骤2的铂丝在炉中于300℃-500℃环境中退火10-30分钟；
步骤4，确定铂丝长度，裁剪经退火处理的铂丝；
步骤5，采用激光在透明片状的PET骨架上均匀打出第一排孔和第二排孔以及调节孔；
步骤6，将步骤4的铂丝在PET骨架上进行绕制，先将铂丝穿过调节孔，铂丝的一端穿过第一排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第二排孔顺序中的偶数孔，再穿过第一排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第一近似螺旋体；铂丝的另一端穿过第二排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第一排孔顺序中的偶数孔，再穿过第二排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第二近似螺旋体；
步骤7，用耐高温透明粘合胶涂覆PET骨架的一面，在温度为50—70℃环境中固化60—100分钟后，再用耐高温透明粘合胶涂覆PET骨架的另一面后，在30-50℃温度环境固化10至14小时；
步骤8，从铂丝的两个端部焊接引线，并将引线固定后，采用耐高温透明粘合胶将PET骨架粘接在透明的保护层中，在温度为30-50℃，压力为0.1-0.2MPa环境下固化20—26小时。
2.根据权利要求1所述的一种透明丝绕铂电阻温度传感器制作方法，其特征在于，调节孔位于第一排孔的第一个孔和第二排孔的第一个孔之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种透明丝绕铂电阻温度传感器制作方法，其特征在于，步骤1中，是通过贵金属提纯工艺得到高纯铂。
4.根据权利要求1或2所述的一种透明丝绕铂电阻温度传感器制作方法，其特征在于，步骤2中，是采用贵金属微细丝拉丝工艺拉制得到微细铂丝。
5.根据权利要求1或2所述的一种透明丝绕铂电阻温度传感器制作方法，其特征在于，步骤4中，根据Rt=Rt’(1+α（t-t’）)、给定Rt’阻值以及L=Rt’S/ρ确定铂丝长度，上式中，Rt为温度t时传感器电阻值，Rt’为给定的温度t’时的电阻值，α为铂丝的温度电阻系数，L为铂丝长度， S为铂丝横截面积，ρ为温度t’时铂丝电阻率。
6.根据权利要求1或2所述的一种透明丝绕铂电阻温度传感器制作方法，其特征在于，步骤6中，所述第一近似螺旋体和第二近似螺旋体相互交叉但互不接触。
7.根据权利要求1或2所述的一种透明丝绕铂电阻温度传感器制作方法，其特征在于，步骤7中，用耐高温透明粘合胶涂覆PET骨架的一面，在温度为60℃环境中固化80分钟后，再用耐高温透明粘合胶涂覆PET骨架的另一面后，在40℃温度环境固化12小时。
8.根据权利要求1或2所述的一种透明丝绕铂电阻温度传感器制作方法，其特征在于，步骤7和步骤8中采用的耐高温透明粘合胶均为透明硅橡胶。
9.根据权利要求1或2所述的一种透明丝绕铂电阻温度传感器制作方法，其特征在于，步骤8中，在焊接引线前，在温度t’环境测试并调节铂丝电阻。
10.一种采用如权利要求1至9任意一项制作方法所得的透明丝绕铂电阻温度传感器，其特征在于：包括透明片状的PET骨架、铂丝、引线以及保护层，所述PET骨架上设有第一排孔和第二排孔以及调节孔，先将铂丝穿过调节孔，铂丝的一端穿过PET骨架上第一排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第二排孔顺序中的偶数孔，再穿过第一排孔中顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第一近似螺旋体；铂丝的另一端穿过PET骨架上第二排孔顺序中的第一个孔后，按照穿过第一排孔顺序中的偶数孔，再穿过第二排孔顺序中的奇数孔的方式绕制在PET骨架上，形成第二近似螺旋体，铂丝的两端与引线焊接，将引线固定后，采用耐高温透明粘合胶将PET骨架粘接在透明的保护层中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20130410 Assignee: Saddle the homestead Electronics Co. Ltd. Assignor: Chongqing Research Institute of Material Contract record no.: 2015340000031 Denomination of invention: Transparent wire winding platinum resistor temperature sensor and manufacturing method thereof Granted publication date: 20140625 License type: Exclusive License Record date: 20150323 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Saddle the homestead Electronics Co. Ltd. Assignor: Chongqing Research Institute of Material Contract record no.: 2015340000031 Date of cancellation: 20180423 |