CN113324669A - 一种可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器及其制作方法，本发明传感器，包括基底、固定在基底内的第一补偿导线和第二补偿导线、依次沉积在基底上的第一热电极薄膜和第二热电极薄膜。且第一热电极薄膜和第二热电极薄膜相互搭接构成可跟随磨损的热接点区域，还包括沉积在两个热电极薄膜上的保护薄膜。本发明将引线和基底材料烧结形成一体化楔形结构作为基底，在楔形基底斜面上制备有可跟随传感器测温端磨损的薄膜热电偶热接点区域，最后沉积保护薄膜，具有体积小、可跟随磨损、热接点自更新、寿命长、动态响应速度快、灵敏度高等优点。本发明的技术方案解决了现有技术中存在的摩擦磨损表面瞬态温度监测的问题。
Description
技术领域
本发明涉及温度传感器技术领域，具体而言，尤其涉及一种可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器及其制作方法。
背景技术
在高速、精密及超精密加工，摩擦磨损等领域，温度是影响零件质量和寿命的关键因素之一，温度过高或过低都会间接或直接影响产品质量。例如在机械加工过程中，切削热会导致刀具与工件接触界面经历复杂瞬态的温度场变化，过高的温度会加剧刀具磨损，降低加工表面质量。在刹车盘制动领域，过高的温度会导致刹车盘损坏，严重时会导致刹车失效，产生事故。因此，快速、准确反应温度变化，特别是瞬态温度具有重要意义。
目前常见的测量温度方法有：自然热电偶、人工热电偶、红外热像仪等。但这些测温方法都无法满足复杂的环境和使用需求，例如：自然热电偶只能测量加工过程的平均温度，且响应速度慢，无法满足瞬态温度测量的需求。人工热电偶无法准确测量两个零件接触区的温度，只能近似的反应零件的工作温度。红外热像仪虽然有较快的响应速度，但是也只能近似的反应零件的工作温度，很难准确反应工作区域的瞬态温度，且现有的测量温度的传感器受到不可避免的摩擦力时都极易损坏，无法继续工作。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器及其制作方法。本发明将引线和基底材料烧结形成一体化楔形结构作为基底，在基底斜面上制备有可跟随传感器测温端磨损的薄膜热电偶热接点区域，最后沉积保护薄膜。本发明传感器具有体积小、可跟随磨损、热接点自更新、寿命长、动态响应速度快、灵敏度高等优点。
本发明采用的技术手段如下：
一种可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器，包括：基底、固定在基底内的第一补偿导线和第二补偿导线、依次沉积在基底上的第一热电极薄膜和第二热电极薄膜。
进一步地，所述基底与所述第一补偿导线和第二补偿导线之间采用陶瓷介质过渡，形成引线-基底一体化结构。
进一步地，所述第一热电极薄膜和所述第二热电极薄膜相互搭接，搭接区域为可跟随磨损的热接点区域。
进一步地，所述可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器还包括保护薄膜，保护薄膜沉积在所述两个热电极薄膜上。
进一步地，所述基底采用99氧化铝陶瓷材料制成。
进一步地，所述第一热电极薄膜采用NiCr薄膜；所述第二热电极薄膜采用NiSi薄膜。
进一步地，所述第一补偿导线采用NiCr引线；所述第二补偿导线采用NiSi引线。
进一步地，所述保护薄膜采用SiO2薄膜。
本发明还提供了一种基于上述可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器的制作方法，包括如下步骤：
S1、将第一补偿导线和第二补偿导线分别穿过基底的预留孔中，第一补偿导线和第二补偿导线长度超过基底1-2毫米；
S2、在第一补偿导线和第二补偿导线与预留孔的间隙分别浇注陶瓷介质层，并进行高温烧结，将两者完全固定；
S3、对固定后的楔形基底斜面进行打磨并抛光；
S4、制备薄膜热电极，将经过抛光处理的补偿导线内嵌式陶瓷基底置于超声波清洗机内，分别用丙酮、酒精和去离子水清洗干净，清洗完毕后用氮气吹干；将陶瓷基底与机械掩模板固定在一起，放入真空多功能复合镀膜机的真空溅射室内，采用直流脉冲磁控溅射技术沉积第一热电极薄膜，再在制备好的第一热电极薄膜上采用同样的方法制备第二热电极薄膜，两个热电极薄膜相互搭接以构成可跟随磨损的热接点区域；
S5、制备保护薄膜，将制备好第一热电极薄膜和第二热电极薄膜的基体放置在真空多功能复合镀膜机的真空溅射室内，采用直流脉冲磁控溅射技术沉积保护薄膜，随炉冷却后取出样品，制作完成。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器，采用NiCr引线及NiSi引线与氧化铝陶瓷基底一体化设计，避免了传统方法引线易脱落的弊端，有效的增强了薄膜与引线的连接性能。
2、本发明提供的可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器，选用NiCr热电极薄膜及NiSi热电极薄膜相互搭接形成可跟随磨损的热接点区域，并采用SiO2作为保护薄膜，具有热接点可自更新，可跟随磨损，长寿命等优点。
3、本发明提供的可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器，具有体积小，应用范围广，响应速度快，灵敏度高，便于装配，可测量瞬态温度等优点。
基于上述理由本发明可在温度传感器以及先进制造技术等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明可跟随磨损的薄膜热电偶温度传感器的爆炸示意图。
图2为本发明可跟随磨损的薄膜热电偶温度传感器的剖视图。
图3为本发明可跟随磨损的薄膜热电偶温度传感器的电极细节图。
图4为本发明可跟随磨损的薄膜热电偶温度传感器的机械掩模板三维图。
图中：1、基底；2、第一热电极薄膜；3、第二热电极薄膜；4、保护薄膜；5、第二补偿导线；6、第一补偿导线；7、陶瓷介质；8、热接点区域；9、机械掩膜板。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供了一种可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器，包括：基底1、固定在基底1内的第一补偿导线6和第二补偿导线5、依次沉积在基底1上的第一热电极薄膜2和第二热电极薄膜3。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图2所示，所述基底1与所述第一补偿导线6和第二补偿导线5之间采用陶瓷介质7过渡，形成引线-基底一体化结构。所述基底1采用99氧化铝陶瓷材料制成。所述第一补偿导线6采用NiCr引线；所述第二补偿导线5采用NiSi引线。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图3所示，所述第一热电极薄膜2和所述第二热电极薄膜3相互搭接，搭接区域为可跟随磨损的热接点区域8。所述第一热电极薄膜2采用NiCr薄膜；所述第二热电极薄膜3采用NiSi薄膜。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，继续参见图1-3，所述可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器还包括保护薄膜4，保护薄膜4沉积在所述第二热电极薄膜3上。所述保护薄膜4采用SiO2薄膜。
本发明还提供了一种基于上述可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器的制作方法，包括如下步骤：
S1、将第一补偿导线6和第二补偿导线5分别穿过基底1的预留孔中，第一补偿导线6和第二补偿导线5长度超过基底1-2毫米；
S2、在第一补偿导线6和第二补偿导线5与预留孔的间隙分别浇注陶瓷介质7，并进行高温烧结，将两者完全固定；
S3、对固定后的基底1斜面进行打磨并抛光；具体实施时，依次选用400目、800目、1000目、2000目、5000目、7000目的砂纸打磨，然后再抛光机上依次用W1.0、W0.5的抛光膏抛光。
S4、制备薄膜热电极，将经过抛光处理的补偿导线内嵌式陶瓷基底置于超声波清洗机内，分别用丙酮、酒精和去离子水清洗干净，清洗完毕后用氮气吹干；将陶瓷基底与如图4所示的机械掩模板9固定在一起，放入真空多功能复合镀膜机的真空溅射室内，采用直流脉冲磁控溅射技术沉积第一热电极薄膜2，再在制备好的第一热电极薄膜2上采用同样的方法制备第二热电极薄膜3，两个热电极薄膜相互搭接以构成可跟随磨损的热接点；
S5、制备保护薄膜，将制备好第一热电极薄膜2和第二热电极薄膜3的基体放置在真空多功能复合镀膜机的真空溅射室内，采用直流脉冲磁控溅射技术沉积保护薄膜4，随炉冷却后取出样品，制作完成。
综上所述，本发明提供的可跟随磨损的薄膜热电偶温度传感器，具有体积小、可跟随磨损、热接点自更新、寿命长、动态响应速度快、灵敏度高等优点。可应用于多种场合，解决实时温度监测的问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器，其特征在于，包括：基底、固定在基底内的第一补偿导线和第二补偿导线、依次沉积在基底上的第一热电极薄膜和第二热电极薄膜。
2.根据权利要求1所述的可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器，其特征在于，所述基底与所述第一补偿导线和第二补偿导线之间采用陶瓷介质过渡，形成引线-基底一体化结构。
3.根据权利要求1所述的可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器，其特征在于，所述第一热电极薄膜和所述第二热电极薄膜相互搭接，搭接区域为可跟随磨损的热接点区域。
4.根据权利要求1所述的可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器，其特征在于，所述可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器还包括保护薄膜，保护薄膜沉积在所述两个热电极薄膜上。
5.根据权利要求1所述的可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器，其特征在于，所述基底采用99氧化铝陶瓷材料制成。
6.根据权利要求1所述的可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器，其特征在于，所述第一热电极薄膜采用NiCr薄膜；所述第二热电极薄膜采用NiSi薄膜。
7.根据权利要求1所述的可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器，其特征在于，所述第一补偿导线采用NiCr引线；所述第二补偿导线采用NiSi引线。
8.根据权利要求4所述的可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器，其特征在于，所述保护薄膜采用SiO2薄膜。
9.一种基于权利要求1-8任意一项权利要求所述可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将第一补偿导线和第二补偿导线分别穿过基底的预留孔中，第一补偿导线和第二补偿导线长度超过基底1-2毫米；
S2、在第一补偿导线和第二补偿导线与预留孔的间隙分别浇注陶瓷介质层，并进行高温烧结，将两者完全固定；
S3、对固定后的楔形基底斜面进行打磨并抛光；
S4、制备薄膜热电极，将经过抛光处理的补偿导线内嵌式陶瓷基底置于超声波清洗机内，分别用丙酮、酒精和去离子水清洗干净，清洗完毕后用氮气吹干；将陶瓷基底与机械掩模板固定在一起，放入真空多功能复合镀膜机的真空溅射室内，采用直流脉冲磁控溅射技术沉积第一热电极薄膜，再在制备好的第一热电极薄膜上采用同样的方法制备第二热电极薄膜，两个热电极薄膜相互搭接以构成可跟随磨损的热接点；
S5、制备保护薄膜，将制备好第一热电极薄膜和第二热电极薄膜的基体放置在真空多功能复合镀膜机的真空溅射室内，采用直流脉冲磁控溅射技术沉积保护薄膜，随炉冷却后取出样品，制作完成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210831 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |