CN110987218A - 一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件及其制作方法 - Google Patents

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唐青松
王兵
徐琪
柏佳
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    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings

Abstract

本发明属于热电器件的制造技术领域，具体涉及一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件及一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件的制作方法。本发明能够有效解决薄膜铂电阻敏感元件耐温偏低及动态响应偏慢的问题，通过低温玻璃将薄膜铂电阻封装在带有缺口的套管中，并将铠装电缆取代普通导线，该敏感元件可以长期耐受350℃，相对于传统薄膜铂电阻敏感元件具有耐高温、快响应、高可靠性、长寿命等优点，能够应用于航空发动机气流温度的测量，本发明装配的传感器已通过环境鉴定试验及可靠性强化试验，工作性能稳定，满足使用要求。由于产品结构和制作方法相对简单，可操作性强，因而本发明十分适用于民用产品中。

Description

一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件及其制作方法，属热电器件的制造技术领域。
背景技术
铂电阻温度传感器在航空动力系统的温度测量中因其测量精度高、测温范围宽、重复性好和性能稳定等优点而应用极广。铂电阻温度传感器的发展，在很大程度上取决于其核心部件—铂电阻元件的发展。从传统的云母铂电阻元件、陶瓷铂电阻元件到近年来出现的薄膜铂电阻元件，铂电阻元件的发展方向已转移到膜式结构的产品上，尤其是薄膜铂电阻元件。薄膜铂电阻具有体积小、精度高、动态响应快、一致性好等优点。
目前，传统的薄膜铂电阻敏感元件通常是内部灌封胶体并采用普通导线输出，受胶体和导线绝缘层耐温影响，该种结构敏感元件存在耐温偏低的缺点，一般使用温度在250℃以下；或是将薄膜铂电阻全部封装在铠装电缆壳体中，该种结构敏感元件存在动态响应偏慢的缺点。
发明内容
发明目的：鉴于现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件及其制作方法。
本发明的具体技术方案为：
本发明提出一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件，包括薄膜铂电阻、低温玻璃、高温玻璃、套管和铠装电缆；铠装电缆的头部线芯依次穿过高温玻璃和低温玻璃后与薄膜铂电阻连接；所述薄膜铂电阻、低温玻璃、高温玻璃和铠装电缆的头部均设置于套管内；薄膜铂电阻半埋于低温玻璃，所述套管靠近头部的管壁上设置有缺口，薄膜铂电阻的感温面暴露于套管的缺口。
为了使薄膜铂电阻可直接与外界进行热交换以缩短动态响应时间，所述套管设置有缺口且缺口为U型；所述套管的材料为高温合金或可伐合金。
为了减少套管成本并保证密封性能，所述耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件还包括端盖，端盖设置于套管的头部。
优选的，所述端盖的材料为高温合金或不锈钢。
优选的，所述铠装电缆包括壳体、绝缘粉体和线芯；壳体内填充绝缘粉体；壳体的材质为高温合金或不锈钢；线芯的材质为纯镍，所述线芯偏心置于绝缘粉体中。
进一步限定，所述低温玻璃的热膨胀系数与套管和薄膜铂电阻的基体材料相同或相近，低温玻璃的烧结温度低于薄膜铂电阻的高温工作极限。
为了避免后续低温玻璃烧结时发生二次熔融，所述高温玻璃的热膨胀系数与铠装电缆壳体材料相同或相近，烧结温度高于低温玻璃。
为了保证密封性，所述铠装电缆的尾部填充有高温胶。
本发明还提出一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：将铠装电缆头部剥除绝缘粉体，填充高温玻璃进行烧结密封处理；
步骤2：将铠装电缆头部线芯与薄膜铂电阻引脚进行焊接，焊接后进行整形处理；
步骤3：将套管与端盖进行焊接；
步骤4：将焊有薄膜铂电阻的铠装电缆装入套管的限定位置，套管内部填充低温玻璃进行烧结处理，同时控制薄膜铂电阻的形位公差，且控制薄膜铂电阻的感温面不被低温玻璃覆盖；
步骤5：将套管尾部进行压六方处理，并与铠装电缆壳体进行焊接；
步骤6：步骤5获得的组件经干燥后，将铠装电缆尾部剥除绝缘粉体，填充高温胶进行密封处理。
优选的，所述步骤1中烧结密封处理的烧结温度为850～890℃，保温时间为20min；所述步骤4中烧结处理的烧结温度为440～460℃，保温时间为10min～15min。
本发明能够带来的有益效果为：
本发明能够有效解决薄膜铂电阻敏感元件耐温偏低及动态响应偏慢的问题，通过低温玻璃将薄膜铂电阻封装在带有缺口的套管中，并将铠装电缆取代普通导线，该敏感元件可以长期耐受350℃，相对于传统薄膜铂电阻敏感元件具有耐高温、快响应、高可靠性、长寿命等优点，能够应用于航空发动机气流温度的测量，本发明装配的传感器已通过环境鉴定试验及可靠性强化试验，工作性能稳定，满足使用要求。由于产品结构和制作方法相对简单，可操作性强，因而本发明还可以运用到民用产品中。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图中，1为端盖，2为薄膜铂电阻，3为低温玻璃，4为高温玻璃，5为套管，6为铠装电缆，7为高温胶。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明做详细说明：
在本发明的一个实施例中涉及一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件，如图1所示，包括薄膜铂电阻2、低温玻璃3、高温玻璃4、套管5和铠装电缆6；铠装电缆6的头部线芯依次穿过高温玻璃4和低温玻璃3后与薄膜铂电阻2连接；薄膜铂电阻2、低温玻璃3、高温玻璃4和铠装电缆6的头部均设置于套管5内；薄膜铂电阻2半埋于低温玻璃3，套管5靠近头部的管壁上设置有缺口，薄膜铂电阻2的感温面暴露于套管5的缺口。
在一个实施例中，为了使薄膜铂电阻可直接与外界进行热交换以缩短动态响应时间，套管5设置有缺口且缺口为U型；套管5的材料为高温合金或可伐合金。
在一个实施例中，如图1所示，为了减少套管成本并保证密封性能，耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件还包括端盖1，端盖1设置于套管5的头部。
在一个实施例中，端盖1的材料为高温合金或不锈钢。
在一个实施例中，如图1所示，铠装电缆6包括壳体、绝缘粉体和线芯；壳体内填充绝缘粉体；壳体的材质为高温合金或不锈钢；线芯的材质为纯镍，线芯偏心置于绝缘粉体中。
在一个实施例中，低温玻璃3的热膨胀系数与套管5和薄膜铂电阻2的基体材料相同或相近，低温玻璃3的烧结温度低于薄膜铂电阻2的高温工作极限。
在一个实施例中，为了避免后续低温玻璃烧结时发生二次熔融，高温玻璃4的热膨胀系数与铠装电缆6壳体材料相同或相近，烧结温度高于低温玻璃3。
在一个实施例中，如图1所示，为了保证密封性，铠装电缆6的尾部填充高温胶7。
在一个实施例中，本发明还提出一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：将铠装电缆6头部剥除绝缘粉体，填充高温玻璃4进行烧结密封处理；
步骤2：将铠装电缆6头部线芯与薄膜铂电阻2引脚进行焊接，焊接后进行整形处理；
步骤3：将套管5与端盖1进行焊接；
步骤4：将焊有薄膜铂电阻2的铠装电缆6装入套管5的限定位置，套管5内部填充低温玻璃3进行烧结处理，同时控制薄膜铂电阻2的形位公差，且控制薄膜铂电阻2的感温面不被低温玻璃3覆盖；
步骤5：将套管5尾部进行压六方处理，并与铠装电缆6壳体进行焊接；
步骤6：步骤5获得的组件经干燥后，将铠装电缆6尾部剥除绝缘粉体，填充高温胶7进行密封处理。
在一个实施例中，步骤1中烧结密封处理的烧结温度为850～890℃，保温时间为20min；步骤4中烧结处理的烧结温度为440～460℃，保温时间为10min～15min。
现结合组件的具体使用功能和各工艺带来的效果对本发明进行进一步说明。
如图1所示，一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件，包括端盖1、薄膜铂电阻2、低温玻璃3、高温玻璃4、套管5、铠装电缆6和高温胶7；铠装电缆6头部封接高温玻璃4；铠装电缆6头部线芯与薄膜铂电阻2引脚连接；套管5头部设有缺口并与端盖1连接；铠装电缆6装入套管5的限定位置，套管5内部封接低温玻璃3；套管5尾部与铠装电缆6壳体连接；铠装电缆6尾部填充高温胶7密封。
端盖1的材料为高温合金或不锈钢。
套管5的材料为高温合金或可伐合金，套管5头部缺口为U型，薄膜铂电阻2可直接与外界进行热交换，以缩短动态响应时间。
铠装电缆6的壳体材料为高温合金或不锈钢，线芯材料为纯镍，内部填充绝缘粉体，线芯偏心置于绝缘粉体中。
低温玻璃3的热膨胀系数与套管5、薄膜铂电阻2基体材料相近，烧结温度低于薄膜铂电阻2的高温工作极限。
高温玻璃4的热膨胀系数与铠装电缆6壳体材料相近，烧结温度高于低温玻璃3，避免后续低温玻璃3烧结时发生二次熔融。
一种制作上述耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件的方法，包括以下步骤：
步骤1：将铠装电缆6头部剥除绝缘粉体，填充高温玻璃4进行烧结密封处理；
步骤2：将铠装电缆6头部线芯与薄膜铂电阻2引脚进行焊接，焊接后进行整形处理；
步骤3：将套管5与端盖1进行焊接；
步骤4：将焊有薄膜铂电阻的铠装电缆6装入套管5的限定位置，套管5内部填充低温玻璃3进行烧结处理，同时控制薄膜铂电阻2的形位公差，且薄膜铂电阻2的感温面不被低温玻璃3覆盖；
步骤5：将套管5尾部进行压六方处理，并与铠装电缆6壳体进行焊接；
步骤6：步骤5获得的组件经干燥后，将铠装电缆6尾部剥除绝缘粉体，填充高温胶7进行密封处理，以获得的耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件。
步骤1中烧结密封处理的烧结温度为850～890℃，保温时间为20min。
步骤4中烧结处理的烧结温度为440～460℃，保温时间为10min～15min。
本发明有效解决了薄膜铂电阻敏感元件耐温偏低及动态响应偏慢的问题，通过低温玻璃将薄膜铂电阻封装在带有缺口的套管中，并将铠装电缆取代普通导线，该敏感元件可以长期耐受350℃，相对于传统薄膜铂电阻敏感元件具有耐高温、快响应、高可靠性、长寿命等优点，能够应用于航空发动机气流温度的测量，本发明装配的传感器已通过环境鉴定试验及可靠性强化试验，工作性能稳定，满足使用要求。由于产品结构和制作方法相对简单，可操作性强，因而本发明十分适用于民用产品中。

Claims (10)

1.一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件，其特征在于，包括薄膜铂电阻(2)、低温玻璃(3)、高温玻璃(4)、套管(5)和铠装电缆(6)；铠装电缆(6)的头部线芯依次穿过高温玻璃(4)和低温玻璃(3)后与薄膜铂电阻(2)连接；所述薄膜铂电阻(2)、低温玻璃(3)、高温玻璃(4)和铠装电缆(6)的头部均设置于套管(5)内；薄膜铂电阻(2)半埋于低温玻璃(3)，所述套管(5)靠近头部的管壁上设置有缺口，薄膜铂电阻(2)的感温面暴露于套管(5)的缺口。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件，其特征在于，所述套管(5)的材料为高温合金或可伐合金；所述缺口为U型缺口。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件，其特征在于，所述耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件还包括端盖(1)；所述端盖(1)设置于套管(5)的头部。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件，其特征在于，所述端盖(1)的材料为高温合金或不锈钢。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件，其特征在于，所述铠装电缆(6)包括壳体、绝缘粉体和线芯；壳体内填充绝缘粉体；壳体的材质为高温合金或不锈钢；线芯的材质为纯镍，所述线芯偏心置于绝缘粉体中。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件，其特征在于，所述低温玻璃(3)的热膨胀系数与套管(5)和薄膜铂电阻(2)的基体材料相同或相近，低温玻璃(3)的烧结温度低于薄膜铂电阻(2)的高温工作极限。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件，其特征在于，所述高温玻璃(4)的热膨胀系数与铠装电缆(6)壳体材料相同或相近，烧结温度高于低温玻璃(3)。
8.根据权利要求1所述的一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件，其特征在于，所述铠装电缆(6)的尾部填充有高温胶(7)。
9.一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将铠装电缆(6)头部剥除绝缘粉体，填充高温玻璃(4)进行烧结密封处理；
步骤2：将铠装电缆(6)头部线芯与薄膜铂电阻(2)引脚进行焊接，焊接后进行整形处理；
步骤3：将套管(5)与端盖(1)进行焊接；
步骤4：将焊有薄膜铂电阻(2)的铠装电缆(6)装入套管(5)的限定位置，套管(5)内部填充低温玻璃(3)进行烧结处理，同时控制薄膜铂电阻(2)的形位公差，且控制薄膜铂电阻(2)的感温面不被低温玻璃(3)覆盖；
步骤5：将套管(5)尾部进行压六方处理，并与铠装电缆(6)壳体进行焊接；
步骤6：步骤5获得的组件经干燥后，将铠装电缆(6)尾部剥除绝缘粉体，填充高温胶(7)进行密封处理。
10.根据权利要求9所述的一种耐高温、快响应薄膜铂电阻敏感元件的制作方法，其特征在于，所述步骤1中烧结密封处理的烧结温度为850～890℃，保温时间为20min；所述步骤4中烧结处理的烧结温度为440～460℃，保温时间为10min～15min。
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