CN109540318A - 一种高响应抗过载热电偶温度传感器 - Google Patents

一种高响应抗过载热电偶温度传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高响应抗过载热电偶温度传感器，包含：保护套(1)、绝缘梢子(2)、五层膜结构(3)、康铜热电偶层补偿导线(4)和铜热电偶层补偿导线(5)；五层膜结构(3)依次由第一绝缘层(31)、康铜热电偶层(32)、第二绝缘层(33)、铜热电偶层(34)、第三绝缘层(35)；其后端别留有康铜和铜热电偶层的补偿导线焊盘，两层极薄的热电偶层通过研磨运动形成热电偶接点，保证传感器的高动态响应特性；五层膜结构(3)压在两半的绝缘梢子(2)之间固定，将绝缘梢子(2)插入保护套内，组成小惯性温度传感器；本发明采用新的封装工艺的温度传感器传感器具有快速的动态响应特性和较高的结构强度。

Description

一种高响应抗过载热电偶温度传感器
技术领域
本专利属于温度传感器领域，涉及一种高响应抗过载热电偶温度传感器。
背景技术
进气温度畸变已成为影响航空发动机工作稳定性的重要因素之一，武器发射产生的高温废气、推力矢量和舰载机偏流板反射的高温尾气均可能被进气道吸入，在发动机进口产生剧烈的总温畸变，而总温畸变往往表现为空间的不均匀分布和温度的突变两种组合形式，对应的畸变指数为周向温度畸变和温升率。在航空发动机进/发相容性试飞中，一个重要的目标就是测取发动机进口流场的总温分布以及捕获进口温度的突变过程，以计算发动机进口温度畸变指数。
目前普遍采用在发动机进口布置动态温度传感器的方式测取流场总温参数。为了捕获发动机进口的温度瞬变过程，要求传感器在保证测量精度的同时具有较小的时间常数(通常小于30ms)。传统热电偶温度传感器两种热偶丝材料常采用点焊或珠焊的连接形式，为了得到快速的响应特性，热偶丝做的非常细，导致结构强度差，在实际使用中受到进气道高速气流的冲击，常常出现热偶丝断裂的现象，导致数据缺失，严重影响试飞结果的准确性。对于如弹射起飞和拦阻着陆等存在大过载的测试环境，传统热电偶热偶丝结构更不适用。
发明内容
本发明的目的是：研制一种高响应抗过载热电偶温度传感器，以解决目前在大过载环境下高响应热电偶温度传感器使用可靠性差的技术问题。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种高响应抗过载热电偶温度传感器，从外到里依次由保护套1、绝缘梢子2、五层膜结构3、康铜热电偶层补偿导线4和铜热电偶层补偿导线5组成，保护套1为金属材料，绝缘梢子2为非金属材料，五层膜结构3由绝缘层和热电偶层交替排列组成，包括第一绝缘层31、康铜热电偶层32、第二绝缘层33、铜热电偶层34和第三绝缘层35，在第一绝缘层31后端留有康铜热电偶层32的补偿导线第一焊盘321，在第三绝缘层35后段留有铜热电偶层34的补偿导线第二焊盘341；第一焊盘321与康铜热电偶层补偿导线4连接，第二焊盘341与铜热电偶层补偿导线5连接；
五层膜结构3通过绝缘梢子2压紧在保护套1内，康铜热电偶层补偿导线与康铜热电偶层连接的第一焊盘和铜层热电偶层补偿导线与铜热电偶层连接的第二焊盘均位于保护套1内部；
五层膜结构3的前端通过研磨运动形成康铜热电偶层32和铜热电偶层34的接点。采用胶对保护套1后端与绝缘梢子2之间的空隙进行填充，并固定康铜热电偶层补偿导线4和铜热电偶层补偿导线5。
本发明的有益的技术效果是：
采用了新的热电极设计方案和传感器封装工艺，温度传感器传感器具有快速的动态响应特性和较高的结构强度。
附图说明
图1传感器结构示意图；
图2绝缘梢子结构；
图3五层膜前端结构；
图4五层膜整体结构；
其中，1-保护套、2-绝缘梢子、3-五层膜结构、4-康铜热电偶层补偿导线、5-铜热电偶层补偿导线、A为传感器前端、B为传感器后端、31-第一绝缘层、32-康铜热电偶层、33-第二绝缘层、34-铜热电偶层、35-第三绝缘层、321-补偿导线第一焊盘、341-补偿导线第二焊盘、21-绝缘梢子前段、22-绝缘梢子中段、23-绝缘梢子后段。
具体实施方式
结合附图描述本发明的抗大过载进气道组合畸变测量耙如下：
本发明的高响应抗过载热电偶温度传感器由保护套1、绝缘梢子2和五层膜结构3、康铜热电偶层补偿导线4和铜热电偶层补偿导线5组成组成，五层膜结构3通过绝缘梢子2压紧在保护套1内，五层膜结构3由绝缘层和热电偶层交替排列组成，包括第一绝缘层31、康铜热电偶层32、第二绝缘层33、铜热电偶层34和第三绝缘层35，在第一绝缘层31后端留有康铜热电偶层32的补偿导线第一焊盘321，与康铜热电偶层补偿导线4连接，在第三绝缘层35后端留有铜热电偶层34的补偿导线第二焊盘341，与铜热电偶层补偿导线5连接。
本发明的高响应抗过载热电偶温度传感器制作步骤如下：
步骤1：保护套1制作。
保护套1为不锈钢材料制成的圆管，用于封装热电偶极，长度为35mm。按照从前到后的顺序可分为前端部分11、台阶部分12、安装螺纹部分13和后端部分14，如附图1所示。前端部分11和后端部分14均为外径4.8mm、内径4mm的圆管，前端部分11长17mm，后端部分14长11mm，台阶部分12高3mm，横截面为中间平直两头圆弧的形状，圆弧直径为7mm，平直部分宽度为6mm。安装螺纹部分13高度为3mm，外螺纹为M6×0.5，与台阶部分12之间有1mm的间隔。
步骤2：绝缘梢子2制作。
绝缘梢子2由两个半圆柱结构组成，由前到后分为绝缘梢子前段21、绝缘梢子中段22、绝缘梢子后段23，各段长度均为10mm，绝缘梢子前段21和中段22均为半圆柱结构，半径分别为1.9mm和1.7mm，绝缘梢子后段23为1/4圆柱结构，半径为1.7mm，如附图2所示。
步骤3：五层膜结构3制作
五层膜结构3由第一绝缘层31、康铜热电偶层32、第二绝缘层33、铜热电偶层34和第三绝缘层35组成，如附图3所示。在第一绝缘层31后端留有康铜热电偶层32的补偿导线第一焊盘321，与康铜热电偶层补偿导线4连接，在第三绝缘层35后端留有铜热电偶层34的补偿导线第二焊盘341，与铜热电偶层补偿导线5连接，如附图4所示。
步骤4：组装
五层膜结构3夹在两半绝缘梢子2之间，前端对齐，压紧到保护套1中，与保护套1前端对齐，康铜热电偶层补偿导线4和铜热电偶层补偿导线从保护套后端引出；保护套1后端与绝缘梢子2的空隙用硅橡胶填充，与保护套1后端平齐，起到固定补偿导线的作用。
步骤5：研磨
对组装好的传感器五层膜结构前端进行研磨运动，使康铜热电偶层32与铜热电偶层34之间产生接点。
本发明一种高响应抗过载热电偶温度传感器经静态和动态标校，测量误差不超过±1℃，时间常数不超过30ms(气流速度为马赫数0.5，采用激光加热源条件下测得)，经过耐久性振动试验和冲击试验，传感器结构完好，输出信号准确，具备抗60g过载冲击的能力。
本实施例只提供了本发明的高响应抗过载热电偶温度传感器的一种具体结构和制作方法，其外观和大小不局限于本发明的实施例，外观可以制作成其他形状、大小也可以根据使用环境进行定制化制作。

Claims (5)

1.一种高响应抗过载热电偶温度传感器，其特征在于：所述的高响应抗过载热电偶温度传感器从外到里依次包含：保护套(1)、绝缘梢子(2)、五层膜结构(3)、康铜热电偶层补偿导线(4)，铜热电偶层补偿导线(5)；所述的保护套(1)为金属外壳；所述的绝缘梢子(2)为绝缘材料；所述的五层膜结构(3)通过绝缘梢子(2)压紧在保护套(1)内；所述的五层膜结构(3)依次由第一绝缘层(31)、康铜热电偶层(32)、第二绝缘层(33)、铜热电偶层(34)、第三绝缘层(35)；前端通过研磨运动形成热电偶接点，在第一绝缘层(31)后端留有康铜热电偶层(32)的补偿导线第一焊盘(321)，与康铜热电偶层补偿导线(4)连接，在第三绝缘层(35)后端留有铜热电偶层(34)的补偿导线第二焊盘(341)，与铜热电偶层补偿导线(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种高响应抗过载热电偶温度传感器，其特征在于：所述的第一焊盘(321)位于保护套(1)内部，用于连接补偿导线。
3.根据权利要求1所述的一种高响应抗过载热电偶温度传感器，其特征在于：所述的第二焊盘(341)位于保护套(1)内部，用于连接补偿导线。
4.根据权利要求1所述的一种高响应抗过载热电偶温度传感器，其特征在于：所述的保护套(1)材料为不锈钢。
5.根据权利要求1所述的一种高响应抗过载热电偶温度传感器，其特征在于：所述的绝缘梢子(2)材料为塑料。
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