CN103245430A - 一种用于测量瞬态温度的针状同轴薄膜热电偶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量瞬态温度的针状同轴薄膜热电偶，属于传感器技术领域。本发明包括针状测量端和热电极和绝缘层构成的热电偶同轴结构；测量端包括热电极一及薄膜镀层，薄膜镀层在热电偶同轴结构的针状顶面上；所述的热电极一上覆盖绝缘层，绝缘层与热电极二之间用胶体粘接，薄膜镀层与导线状的热电极连接形成热电偶热接点，所述热电偶热接点是测量端；引线一连接热电极一，引线二连接热电极二；测量端将测量到的温度信号转化为电信号通过导线输送到冷端补偿与信号调理模块及计算机测试系统中。

Description

一种用于测量瞬态温度的针状同轴薄膜热电偶

技术领域

本发明涉及一种用于测量瞬态温度的针状同轴薄膜热电偶，属于传感器技术领域，尤其涉及温度传感器技术领域。

背景技术

温度是七个国际标准单位之一，温度概念的建立和温度的测量是以热平衡现象为基础的，互为热平衡的两个物体其温度相等。如何减小测温传感器的热惯性，增强准确快速测温的能力是现代温度测试领域研究的热点。薄膜热电偶是近代兴起的一种先进的测量瞬态温度变化的传感器，被广泛应用到枪炮膛内壁、内燃机活塞顶面、锻膜表面、以及航天飞机发动机内壁的温度测量。具有响应迅速，测试精度高等特性。随着中国开通运营高铁的速度和数量的增加以及运营时间的延长，需要深入研究的问题不断增多，尤其是动车轴箱轴承温度测试的相关问题尤为突出。目前动车组转向架轴箱轴承温度的测量方法主要有：红外线轴温探测，音响热轴探测系统，数字温度传感器以及Compact Pt100温度采集装置等。但是这些测量轴承温度的方法均是易受环境因素的干扰，如阳光，环境温度等，而且测量精度低，响应速度慢。随着铁路车辆速度的提高，现有的轴温监测方法已无法满足快速变化的轴承温度的监控需求。

发明内容

本发明针对以上问题，研制了一种用于测量瞬态温度的针状同轴薄膜热电偶。

本发明采取的技术方案如下：

本发明包括针状测量端和热电极和绝缘层构成的热电偶同轴结构；所述热电偶同轴结构由导线状热电极一表面覆盖陶瓷绝缘层，陶瓷绝缘层与管状热电极二之间用耐高温胶体连接；所述针状测量端通过磁控溅射方法制备的薄膜镀层连接热电极一和热电极二形成热电偶热接点即测量端。引线一连接热电极一，引线二连接热电极二，热电极二用绝缘套筒与外界绝缘。热电极一、陶瓷绝缘层、热电极二以及绝缘套筒为同轴结构，热电极一、热电极二及薄膜镀层形成的热接点即测量端，测量端直径最大为1毫米，薄膜镀层为微米级别。测量端与被测温度信号接触，将被测的温度信号转化为电信号通过引线一和引线二输送到冷端补偿与信号调理模块及计算机测试系统中。

本发明采用的方法为：测量端的薄膜镀层采用磁控溅射方法将与热电极二材料相同的靶材溅射到所述热电偶同轴结构的针状顶面形成微米级别厚度的薄膜镀层，与所述导线状的热电极一及管状热电极二接触形成热电偶热接点-测量端；溅射薄膜时，按照薄膜制备的要求，通过抛光、清洗后，将所述热电偶的同轴结构放入真空设备中完成薄膜制备；引线一采用与导线状的热电极一材料相同的导线，引线二采用和薄壁管状的热电极二材料相同的导线，采用热压结合法将其一一对应的连接到热电极一和热电极二上。采用绝缘套筒为热电偶同轴结构绝缘封装。

附图说明

图1是本发明针状同轴薄膜热电偶的结构示意图。

图2是本发明测量端局部放大图。

图3是Ⅱ部位的放大图。

图4是采用磁控溅射方法溅射薄膜时所用的固定夹具。

图中：1.热电极一，2.陶瓷绝缘层，3.热电极二，4.耐高温胶体，5.引线一，6.引线二，7.绝缘套筒，8.薄膜镀层，9.固定夹具，10.测量端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一进步说明。

如图1及图2所示所示：一种用于测量瞬态温度的针状同轴薄膜热电偶；包括针状测量端和热电极和绝缘层构成的热电偶同轴结构；测量端10包括热电极一1及薄膜镀层8，薄膜镀层8在热电偶同轴结构的针状顶面上；所述的热电极一1上覆盖绝缘层2，绝缘层2与热电极二3之间用胶体4粘接（如图3所示），薄膜镀层8与导线状的热电极1连接形成热电偶热接点，所述热电偶热接点是测量端10；引线一5连接热电极一1，引线二6连接热电极二3；测量端10将测量到的温度信号转化为电信号通过导线输送到冷端补偿与信号调理模块及计算机测试系统中。

薄膜镀层是镍铬合金材料。

引线一5和导线状的热电极一1由材料为镍硅合金料制成。

引线二6和薄壁管状的热电极二3由镍铬合金材料制成。

测量端的薄膜镀层8采用磁控溅射方法将与薄壁管状的热电极二3材料相同的靶材溅射到所述热电偶同轴结构的针状顶面上形成一层微米级别厚度的薄膜镀层8，从而与所述导线状的热电极一1接触形成热电偶热接点；溅射薄膜时，按照薄膜制备的要求，通过抛光、清洗后，将所述热电偶的同轴结构放入真空设备中完成薄膜制备；引线一5采用与导线状的热电极一1材料相同的导线，引线二6采用和薄壁管状的热电极二3材料相同的导线，采用热压结合法将其一一对应的连接到热电极一和热电极二上。

采用绝缘套筒7将热电偶同轴结构绝缘封装。

如图1所示，一种用于测量瞬态温度的针状同轴薄膜热电偶，导线状的热电极一1外覆盖着一层绝缘层2，嵌入到管状的热电极二3中构成热电偶的同轴结构，所述绝缘层2起到防止产生的微弱电信号在所述导线状的热电极一1和所述薄壁管状的热电极二3之间的传递而导致的电信号的耗损，造成测量误差。为了进一步的起到固定作用，在所述绝缘层2和所述薄壁管状的热电极二3之间灌封胶体4。测量端Ⅰ是采用磁控溅射方法将与热电极二3材料相同的靶材溅射到所述热电偶同轴结构的针状顶面形成微米级别厚度的薄膜镀层，与所述导线状的热电极一1及管状热电极二3接触形成热电偶热接点－测量端。溅射薄膜时，按照薄膜制备的要求，要对热电偶同轴结构的针状顶面打磨抛光，最后用粒度小于2.5μm的金刚石研磨膏抛光到镜面，再分别放入丙酮、酒精和去离子水中使用超声波清洗，用氮气吹干后将热电偶同轴结构放入图4所示的磁控溅射薄膜时所用的固定夹具10中，再放入磁控溅射设备真空室内进行镀膜溅射成薄膜镀层8。引线一5采用与导线状的热电极一1材料相同的导线，引线二6采用和薄壁管状的热电极二3材料相同的导线，应用热压结合法将其一一对应连接到热电极一和热电极二上，最后，采用绝缘套筒7将热电偶同轴结构绝缘封装，制作完成了针状同轴薄膜热电偶。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于测量瞬态温度的针状同轴薄膜热电偶，其特征在于：包括针状测量端和热电极和绝缘层构成的热电偶同轴结构；测量端（10）包括热电极一（1）及薄膜镀层（8），薄膜镀层（8）在热电偶同轴结构的针状顶面上；所述的热电极一（1）上覆盖绝缘层（2），绝缘层（2）与热电极二（3）之间用胶体（4）粘接，薄膜镀层（8）与导线状的热电极（1）连接形成热电偶热接点，所述热电偶热接点是测量端（10）；引线一（5）连接热电极一（1），引线二（6）连接热电极二（3）；测量端（10）将测量到的温度信号转化为电信号通过导线输送到冷端补偿与信号调理模块及计算机测试系统中。

2.根据权利要求1所述的一种用于测量瞬态温度的针状同轴薄膜热电偶，其特征在于：薄膜镀层是镍铬合金材料。

3.根据权利要求1所述的一种用于测量瞬态温度的针状同轴薄膜热电偶，其特征在于：引线一（5）和导线状的热电极一（1）由材料为镍硅合金料制成。

4.根据权利要求1所述的一种用于测量瞬态温度的针状同轴薄膜热电偶，其特征在于：引线二（6）和薄壁管状的热电极二（3）由镍铬合金材料制成。

5.一种用于测量瞬态温度的针状同轴薄膜热电偶，其特征在于：测量端的薄膜镀层（8）采用磁控溅射方法将与薄壁管状的热电极二（3）材料相同的靶材溅射到所述热电偶同轴结构的针状顶面上形成一层微米级别厚度的薄膜镀层（8），从而与所述导线状的热电极一（1）接触形成热电偶热接点；溅射薄膜时，按照薄膜制备的要求，通过抛光、清洗后，将所述热电偶的同轴结构放入真空设备中完成薄膜制备；引线一（5）采用与导线状的热电极一（1）材料相同的导线，引线二（6）采用和薄壁管状的热电极二（3）材料相同的导线，采用热压结合法将其一一对应的连接到热电极一和热电极二上。

6.一种用于测量瞬态温度的针状同轴薄膜热电偶，其特征在于：采用绝缘套筒7将热电偶同轴结构绝缘封装。

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