CN112485092A - 一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法 - Google Patents

一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法 Download PDF

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陈星�
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Abstract

一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，1)对同轴热电偶传感器的端面进行粗打磨，去掉大尺寸毛刺；2)对同轴热电偶传感器的端面进行精细打磨，使内电极、绝缘层和外电极的轮廓清晰区分；3)对同轴热电偶传感器的端面进行拍照，提取同轴热电偶传感器绝缘层的轮廓，测量同轴热电偶传感器绝缘层的厚度和均匀性；4)采用万用表测量同轴热电偶传感器两根导线之间的电阻值，判断同轴热电偶传感器内电极和外电极的绝缘性。本发明是一种针对同轴热电偶传感器，开展内外电极绝缘性、绝缘层厚度和绝缘层厚度分布均匀性的的检测方法，该方法具有原理简单，操作方便和数据处理快捷的优点。

Description

一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法
技术领域
本发明涉及一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，属于试验测量技术领域。
背景技术
同轴热电偶传感器具有尺寸小、响应快和测量精度高的优点，广泛应用于高超声速风洞测温和测热试验中。同轴热电偶传感器的绝缘层参数直接影响传感器的响应性能，因此需要对传感器的绝缘性能进行检测，具体包括传感器的绝缘层厚度、绝缘层分布均匀性和绝缘电阻等。由于传感器尺寸小，绝缘层夹在内外电极之间，为绝缘层的检测带来巨大困难。
发明内容
本发明解决的技术问题为：提供一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，采用金属研磨机对传感器端部进行粗打磨和精细打磨，使得传感器端面内电极、绝缘层和外电极的轮廓清晰区分，采用显微镜进行传感器端面放大拍照，利用图像识别和图像处理技术测量获得传感器端面绝缘层厚度值和绝缘层分布均匀性数值，采用万用变测量获得传感器内外电极的绝缘电阻，实现传感器的绝缘性检测。
本发明解决的技术方案为：
一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，包括步骤如下：
1)采用金属研磨机上的砂轮对同轴热电偶传感器的端面进行粗打磨，去掉同轴热电偶传感器加工过程中产生的大尺寸毛刺；
2)采用金属研磨机上的尼龙布轮对同轴热电偶传感器的端面进行精细打磨，使得同轴热电偶传感器端面上的内电极、绝缘层和外电极的轮廓清晰区分；
3)采用显微镜测量打磨后的同轴热电偶传感器的端面，对同轴热电偶传感器的端面进行拍照，采用图像识别和图像处理的方法，根据图像灰度变化，提取同轴热电偶传感器绝缘层的轮廓，测量同轴热电偶传感器绝缘层的厚度和均匀性；
4)采用万用表测量同轴热电偶传感器两根导线之间的电阻值，判断同轴热电偶传感器内电极和外电极的绝缘性。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1)本发明采用金属研磨机对传感器端面进行精细打磨，使得传感器的绝缘层清晰可见，采用显微镜放大进行端面拍照，可获得传感器绝缘层厚度参数和绝缘层厚度分布均匀性参数；
2)本发明采用图像识别和图像处理的方法可对传感器绝缘层厚度和绝缘层的分布均匀性进行定量刻画。
附图说明
图1同轴热电偶传感器结构示意图；
图2同轴热电偶传感器绝缘性检测流程图；
图3同轴热电偶传感器端面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
如图1所示，同轴热电偶传感器由内电极、绝缘层、外电极和导线组成，内电极为圆柱状，外电极为圆管状，内电极和外电极之间有绝缘层，内电极和绝缘层、绝缘层和外电极两两之间过盈配合。本发明一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，如图2所示，包括步骤如下：
1)采用金属研磨机上的砂轮对同轴热电偶传感器的端面进行粗打磨，去掉同轴热电偶传感器加工过程中产生的大尺寸毛刺；金属研磨机的砂轮转速不得低于400转/分钟。在金属研磨机上进行传感器打磨的过程中不断使用冷水对同轴热电偶传感器进行冷却，使同轴热电偶传感器的温度保持在80℃以下。
2)采用金属研磨机上的尼龙布轮对同轴热电偶传感器的端面进行精细打磨，使得同轴热电偶传感器端面上的内电极、绝缘层和外电极的轮廓清晰区分；同轴热电偶传感器的端面精细打磨后，在显微镜下观察，内电极与外电极端面完全断开，且绝缘层轮廓清晰。
3)采用显微镜测量打磨后的同轴热电偶传感器的端面，对同轴热电偶传感器的端面进行拍照，采用图像识别和图像处理的方法，根据图像灰度变化，提取同轴热电偶传感器绝缘层的轮廓，测量同轴热电偶传感器绝缘层的厚度和均匀性；显微镜的观测轴线与同轴热电偶传感器端面垂直，显微镜的放大倍数不小于10倍。显微镜在使用前需要进行测量尺寸标定。步骤3)所述测量同轴热电偶传感器绝缘层的厚度和均匀性的方法，具体为：采用图像识别和图像处理的方法，获得绝缘层在n个不同位置处的厚度，n个位置周向均布，取n个位置厚度的平均值作为同轴热电偶传感器绝缘层厚度值，n个位置厚度值的标准差作为绝缘层厚度均匀性的衡量指标。本发明实施例中n＝4。
图像中灰度值小于10的区域为绝缘层，图像中灰度值大于10的区域为传感器电极端面。
4)采用万用表测量同轴热电偶传感器两根导线之间的电阻值，判断同轴热电偶传感器内电极和外电极的绝缘性。内外电极的绝缘电阻大于10MΩ，则判定传感器的绝缘性良好。
同轴热电偶传感器外电极的直径小于2mm。同轴热电偶传感器绝缘层厚度小于30μm。
实施例
如图1所示，同轴热电偶传感器由内电极、绝缘层、外电极和导线组成，内电极为圆柱状，外电极为圆管状，内/外电极之间有绝缘层。
首先采用金属研磨机上的砂轮对传感器端面进行粗打磨，去掉传感器加工过程中产生的大尺寸毛刺，金属研磨机的转速为500转/分钟，传感器端面平行于研磨机的砂轮表面，打磨过程中使用冷水对砂轮表面和传感器端面进行冷却，待传感器端面平整光亮后开始进入精细打磨阶段。
采用金属研磨机上的尼龙布轮对传感器端面进行精细打磨，金属研磨机的转速为500转/分钟，对尼龙布轮表面不断喷洒冷水，使尼龙布保持湿润常温，打磨1分钟后，进入下一步显微镜观察环节。
在使用显微镜进行观察之前，使用标准尺对显微镜的测量功能进行标定，并在显微镜20倍目镜下对标准尺进行拍照，为后续尺寸测量建立标准对照。采用显微镜观察传感器端面，首先选择放大倍数10倍，观察传感器端面是否还有金属划痕贯穿绝缘层(如图3所示)，使得内外电极连通。如果连通，则继续进行精细打磨。如果不再连通，则更换放大倍数为20倍的目镜继续观察。观察过程中保持传感器端面与显微镜观察光线垂直，调整焦距和传感器位置，待传感器整个端面均清晰可见时，采用显微镜的拍照功能进行拍照。对传感器端面照片进行图像识别，获得绝缘层轮廓。采用图像处理技术处理传感器绝缘层轮廓，并将之与标准尺照片进行对比，获得绝缘层厚度数值。分别取0°，90°，180°和270°位置的绝缘层厚度值(记为H1、H2、H3和H4)，计算获得绝缘层厚度平均值H＝(H1+H2+H3+H4)/4。绝缘层厚度分布均匀性评价参数(记为δ)，δ的计算方法如下所示。
Figure BDA0002849105430000041
最后一步传感器绝缘电阻的测量，采用万用表，将万用表调整为电阻测量档位，万用表的两个表针分别与传感器的内电极和外电极相连，测量阻值。如果内外电极的绝缘电阻大于10MΩ，则判定传感器的绝缘性良好，否则判定该传感器为不合格品。
本发明的方法已经在中国航天空气动力技术研究院自制的同轴热电偶传感器检测中得到广泛应用，保证了风洞试验用同轴热电偶传感器的质量，确保了多个测热试验任务的顺利完成。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (11)

1.一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，同轴热电偶传感器由内电极、绝缘层、外电极和导线组成，内电极为圆柱状，外电极为圆管状，内电极和外电极之间有绝缘层，内电极和绝缘层、绝缘层和外电极两两之间过盈配合；其特征在于，包括步骤如下：
1)采用金属研磨机上的砂轮对同轴热电偶传感器的端面进行粗打磨，去掉同轴热电偶传感器加工过程中产生的大尺寸毛刺；
2)采用金属研磨机上的尼龙布轮对同轴热电偶传感器的端面进行精细打磨，使得同轴热电偶传感器端面上的内电极、绝缘层和外电极的轮廓清晰区分；
3)采用显微镜测量打磨后的同轴热电偶传感器的端面，对同轴热电偶传感器的端面进行拍照，采用图像识别和图像处理的方法，根据图像灰度变化，提取同轴热电偶传感器绝缘层的轮廓，测量同轴热电偶传感器绝缘层的厚度和均匀性；
4)采用万用表测量同轴热电偶传感器两根导线之间的电阻值，判断同轴热电偶传感器内电极和外电极的绝缘性。
2.根据权利要求1所述的一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，其特征在于：同轴热电偶传感器外电极的直径小于2mm。
3.根据权利要求1所述的一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，其特征在于：同轴热电偶传感器绝缘层厚度小于30μm。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，其特征在于：金属研磨机的砂轮转速不得低于400转/分钟。
5.根据权利要求1所述的一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，其特征在于：在金属研磨机上进行传感器打磨的过程中不断使用冷水对同轴热电偶传感器进行冷却，使同轴热电偶传感器的温度保持在80℃以下。
6.根据权利要求1所述的一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，其特征在于：步骤2)同轴热电偶传感器的端面精细打磨后，在显微镜下观察，内电极与外电极端面完全断开，且绝缘层轮廓清晰。
7.根据权利要求6所述的一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，其特征在于：显微镜的观测轴线与同轴热电偶传感器端面垂直，显微镜的放大倍数不小于10倍。
8.根据权利要求7所述的一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，其特征在于：显微镜在使用前需要进行测量尺寸标定。
9.根据权利要求1所述的一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，其特征在于：步骤3)所述测量同轴热电偶传感器绝缘层的厚度和均匀性的方法，具体为：采用图像识别和图像处理的方法，获得绝缘层在n个不同位置处的厚度，n个位置周向均布，取n个位置厚度的平均值作为同轴热电偶传感器绝缘层厚度值，n个位置厚度值的标准差作为绝缘层厚度均匀性的衡量指标。
10.根据权利要求9所述的一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，其特征在于：图像中灰度值小于10的区域为绝缘层，图像中灰度值大于10的区域为传感器电极端面。
11.根据权利要求2所述的一种同轴热电偶传感器绝缘性检测方法，其特征在于：内外电极的绝缘电阻大于10MΩ，则判定传感器的绝缘性良好。
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