CN210452488U - 一种用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具，属于针状薄膜热电偶制备技术领域，为解决现有设备在抛光、清洗及薄膜制备过程遇到的问题。包括两个可移动且横截面含多个通孔的卡板，两个位置固定且含有相同通孔数量的孔板以及底板，板体上方为与高真空实验系统相装配的上圈。上圈、孔板焊接在左、右侧板上。卡板穿过侧板通孔，利用弹簧实现左右移动。不同尺寸规格的针状传感器均可利用孔板及卡板进行夹持固定，克服了针状薄膜传感器在抛光、清洗及薄膜制备过程中，由于尺寸规格及薄膜溅射方向的影响，导致传感器位置难以固定、单次加工个数较少、需多次调解制备参数等问题，提高了制备针状薄膜传感器的效率及传感器测温的准确性。

Description

一种用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具

技术领域

本实用新型涉及针状薄膜热电偶制备技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具。

背景技术

由于薄膜热电偶热接点厚度仅为μm级，具有快速响应、构造简单、对温度场影响小等优点，已成为一种测量瞬态温度的新型传感器。近年来，薄膜热电偶已经在枪炮膛壁面、燃烧室内壁、航空发动机表面等瞬态温度测试中获得了应用。根据制作工艺和结构形式，薄膜热电偶可分为片状薄膜热电偶、针状薄膜热电偶和嵌入式薄膜热电偶等。其中，针状薄膜热电偶由于具有热容量小、体积小、响应速度快，能够捕捉瞬时温度变化，不破坏被测部件结构，而且对被测部件工作环境影响小等优点，因此在温度测量领域中得到了重要的应用。

但是，由于针状热电偶体积较小且形状不规格，如何在抛光、清洗及薄膜制备过程中进行夹持固定成为一大难题。目前，传感器端面抛光通常采用人工夹持的方法，但是加工得到的传感器端面通常中间较比边缘凸出，不能达到理想平面，而且不同操作者在不同环境下由于受到人为和环境干扰因素的影响，传感器抛光深度无法控制；在制备薄膜前，需对经过抛光的薄膜沉积端面进行清洗，通常将传感器直接放入装有无水乙醇的玻璃烧杯中，在超声清洗过程中，传感器端面与烧杯底部相互摩擦，导致端面出现细微划痕，从而影响薄膜质量；在薄膜制备过程中，为了使薄膜能够溅射均匀，需保证被溅射端面平行于靶材表面，即传感器整体垂直于靶材，通常采用高温胶带对传感器进行固定，但难以确保其垂直度，导致薄膜溅射不均；此外，若需加工多种长度规格传感器，由于各传感器端面到靶材间距离不同，需按长度分批制备薄膜，并寻找各自合适的制备参数，成膜率较低。以上实验加工问题都会对针状薄膜热电偶温度传感器测温的稳定性和精确性造成较大干扰，所以急需一种可用于批量制备针状薄膜传感器的夹具，用于解决在抛光、清洗及薄膜制备过程遇到的问题。

实用新型内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具，其具有安装方便、结构简单、一次性加工多种规格传感器等优点，可解决针状薄膜热电偶在抛光、清洗、薄膜制备过程中存在的问题。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具，包括：夹具本体，夹具本体的左右两侧分别设置有相互平行的左侧板和右侧板；

在左侧板和右侧板内由上至下依次焊接有上孔板、下孔板和底板；

在所述上孔板和下孔板的中间位置设置有上卡板，在所述下孔板和底板的中间位置设置有下卡板；上卡板的左右两侧均设置有上卡板左侧把手、上卡板右侧把手，下卡板的左右两侧均设置有下卡板左侧把手、下卡板右侧把手；

在所述左侧板和右侧板上的相同位置均开设有大小相同的第一通孔和第二通孔，上卡板的上卡板左侧把手、上卡板右侧把手穿过第一通孔，下卡板的下卡板左侧把手、下卡板右侧把手穿过第二通孔，利用第一通孔和第二通孔确定上卡板和下卡板的高度位置；

在所述左侧板和右侧板的上端面焊接有上圈，上圈的前端还设置有顶针。

进一步地，所述左侧板和右侧板上的第一通孔和第二通孔的两侧均焊接有弹簧销，所述上卡板左侧把手与左侧板第一通孔上的弹簧销之间安装弹簧，所述下卡板左侧把手与左侧板第二通孔上的弹簧销之间安装弹簧。

进一步地，所述的上卡板和下卡板上均匀开设有与所述上孔板和下孔板一一对应的小孔。

进一步地，当在上卡板左侧把手处施加压力时，其上卡板右侧端面与右侧板相接触，弹簧受压产生形变，上孔板和下孔板的通孔与上卡板和下卡板的小孔上下对齐，一一对应，此时可放入针状传感器，使传感器端面与夹持器底面重合；当停止施加压力时，上卡板和下卡板在弹簧的作用下向左运动，直至上卡板和下卡板的小孔端面、上孔板和下孔板的通孔端面与传感器不锈钢壳体相接触。

进一步地，所述的左侧板、右侧板、上孔板、下孔板、上卡板、下卡板以及上圈的材料均为耐高温的304不锈钢材料。

进一步地，所述的多功能夹具可夹持多种长度规格的针状传感器，且可同时夹持多个针状传感器，使被夹持传感器具有良好的垂直度，使其端面抛光平整，薄膜溅射均匀。

较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型提供的用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具，克服了现有技术中针状薄膜传感器在抛光、清洗及薄膜溅射过程中遇到的难题。实现多个传感器同时抛光，提高了实验效率；

2、本实用新型提供的用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具，解决了在超声震动清洗传感器过程中端面磨损的问题；克服了由于传感器规格尺寸不同导致的位置难以固定、需多次调解制备参数等困难，提高了加工制备出的针状薄膜热电偶测温的准确性。

基于上述理由本实用新型可在针状薄膜热电偶制备等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型装置整体结构示意图。

图2为本实用新型夹具的主视图。

图3为本实用新型夹具的左视图。

图4为本实用新型夹具的俯视图。

图5为本实用新型孔板三维示意图。

图6为本实用新型卡板三维示意图。

图7为本实用新型左侧板三维示意图。

图8为本实用新型右侧板三维示意图。

图9为本实用新型上圈三维示意图。

图10为本实用新型实施例提供的针状薄膜传感器三维示意图。

图11为本实用新型实施例提供的针状薄膜传感器三维示意图中A处局部放大图。

图中：1、上孔板；2、上卡板；2-1、上卡板左侧把手；2-2、上卡板右侧把手；2-3、上卡板弹簧销；2-4、上卡板右侧端面；2-5、上卡板通孔端面； 2-6、小孔端面3、下孔板；4、下卡板；4-1、下卡板左侧把手；4-2、下卡板右侧把手；4-3、下卡板弹簧销；4-4、下卡板右侧端面；4-5、下卡板通孔端面；5、底板；6弹簧销；7、右侧板；8、上圈；8-1、上圈左边沿；8-2、上圈右边沿；9、顶针；10、左侧板；11、弹簧；12、针状传感器；12-1、热电极丝一；12-2、热电极丝二；12-3、功能膜；12-4、保护膜；12-5、不锈钢壳体；12-6、陶瓷柱；12-7、高温胶；12-8、传感器镀膜端面。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型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实用新型。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，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，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

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实用新型的示例性实施方式。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。

如图1-4所示，本实用新型提供了一种用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具，包括：夹具本体，夹具本体的左右两侧分别设置有相互平行的如图7所示的左侧板10和如图8所示的右侧板7；在左侧板10和右侧板7内由上至下依次焊接有上孔板1、下孔板3和底板5；在上孔板1和下孔板3的中间位置设置有上卡板2，在下孔板3和底板5的中间位置设置有下卡板4；上卡板2的左右两侧均设置有上卡板左侧把手2-1、上卡板右侧把手2-2，下卡板4的左右两侧均设置有下卡板左侧把手4-1、下卡板右侧把手 4-2；在左侧板10和右侧板7上的相同位置均开设有大小相同的第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔的大小均为20×1.1mm，上卡板2的上卡板左侧把手2-1、上卡板右侧把手2-2穿过第一通孔，下卡板4的下卡板左侧把手 4-1、下卡板右侧把手4-2穿过第二通孔，利用第一通孔和第二通孔确定上卡板2和下卡板4的高度位置；在左侧板10和右侧板7的上端面焊接有上圈8， (如图9所示，将上圈左边沿8-1与左侧板上端面进行激光焊接，上圈右边沿8-2与右侧板上端面进行焊接，用于将夹具机构固定在高真空镀膜设备上)，上圈8的前端还设置有顶针9。左侧板10和右侧板7上的第一通孔和第二通孔的两侧均焊接有弹簧销6，所述上卡板左侧把手2-1与左侧板10第一通孔上的弹簧销6之间安装弹簧11，所述下卡板左侧把手4-1与左侧板10第二通孔上的弹簧销6之间安装弹簧11。实现卡板的左右移动，移动距离范围0～ 5mm。当在上卡板左侧把手2-1处施加压力时，其上卡板右侧端面2-4与右侧板7相接触，弹簧11受压产生形变，上孔板1和下孔板3的通孔与上卡板 2和下卡板4的小孔上下对齐，一一对应，此时可放入针状传感器12，使传感器端面12-8与夹持器底面重合；当停止施加压力时，上卡板2和下卡板4 在弹簧11的作用下向左运动，直至上卡板2和下卡板4的小孔端面、上孔板 1和下孔板3的通孔端面与上卡板通孔端面的小孔压紧传感器不锈钢壳体 12-5，实现传感器的夹持。

作为本实用新型优选的实施方式，如图5所示，所述的上卡板2和下卡板4可移动，且横截面含47个直径为

的小孔，其小孔的个数及尺寸大小与所述上孔板1和下孔板3上的通孔一致，上卡板2、下卡板4、上孔板 1和下孔板3的厚度均为1mm且均保持水平，板内通孔间距离为8mm，由板体中心向外呈圆周分布。

作为本实用新型优选的实施方式，下孔板3和底板5之间的距离为5mm，与其中间的下卡板4共同作用，可夹持长度较短的传感器；上孔板1与底板 5之间的距离为22mm，可与上卡板2、下卡板4共同作用夹持尺寸较大的传感器，使长、短传感器端面与夹持器底面在同一平面内，方便不同尺寸规格传感器的批量抛光、清洗与薄膜制备。此外，在清洗过程中，传感器可利用上孔板1、下孔板3及上卡板2进行装夹，确保传感器端面浸入无水乙醇中且不与烧杯底面接触，有效防止端面磨损。

作为本实用新型优选的实施方式，所述的多功能夹具可夹持多种长度规格的针状传感器，且可同时夹持多个针状传感器12，使被夹持传感器具有良好的垂直度，使其端面抛光平整，薄膜溅射均匀。

实施例1

针状传感器端面抛光：

该夹具机构主要用于针状薄膜传感器的制备过程，如图10所示，针状传感器12主要由热电极丝一12-1、热电极丝二12-2、功能膜12-3、保护膜12-4 和不锈钢壳体12-5组成，壳体内部由双孔陶瓷柱12-6及高温胶12-7填充。功能膜12-3需沉积在经过抛光、清洗处理的传感器光滑端面上，与异种材料热电极丝结合处为热接点。首先对传感器的圆柱端面进行抛光，将传感器头部穿过夹持器上孔板1、下孔板3、上卡板2以及下卡板4，使传感器圆柱端面与夹持器底面平齐；对于尺寸较短的传感器，则利用下孔板3、底板5与下卡板4夹持，同样将传感器头部与夹持器底面平齐，使得长、短传感器端面在同一平面内，从而实现可同时抛光多种尺寸规格传感器的目的。

实施例2

针状传感器端面清洗：

为保证功能膜及保护膜能够均匀的沉积在传感器圆柱端面上，需将端面放入装有丙酮溶液的烧杯中，利用超声震动仪进行清洗，去除表面油渍，然后再放入装有无水乙醇的溶液中进行二次清洗，去除表面灰尘及杂质。在清洗过程中，为防止溶液进入传感器内部，只需将其头部浸入丙酮或乙醇溶液中即可。此外，为防止传感器端面划伤，应尽量避免与烧杯内壁相互接触，可利用多功能夹具的上孔板1、下孔板3与上卡板2进行夹持固定，使传感器端面浸泡在溶液中，且不与烧杯内壁接触。图6为所述多功能夹具的上卡板2的三维示意图，上卡板2由高精密线切割加工技术加工而成，含有47个圆形小孔、上卡板左侧把手2-1及上卡板右侧把手2-2。上卡板左侧把手2-1 有两个作用，一是同上卡板右侧把手2-2一起作用，限制上卡板2的左右移动，二是利用上卡板左侧把手2-1两端含有两个向内凸起的上卡板弹簧销2-3，与左侧板上的弹簧销6一起用于安装固定弹簧11。对上卡板左侧把手2-1施加力的作用，使弹簧11受力压缩，上卡板2向右移动，当上卡板通孔端面 2-5与右侧板7相接触时，上、下孔板通孔与上、下卡板小孔上下对齐，放入针状传感器12，并使其端面超下孔板3位置；停止施加力的作用，上卡板2 在弹簧11的作用下向左运动，直至上卡板2通孔内壁、上孔板1通孔内壁、下孔板3通孔内壁与传感器壳体相互贴紧，从而实现传感器的夹持固定，将夹持器及传感器一同放入烧杯中，倒入丙酮或无水乙醇溶液，使液面高于传感器端面，用锡纸将杯口封好后，将烧杯放入超声震动仪中，完成传感器的端面清洗。

实施例3

针状传感器端面薄膜沉积：

如图9所示，为传感器夹持机构的上圈三维示意图，当进行薄膜沉积过程时，将上圈8左边沿、右边沿插入真空室的卡槽中，并将顶针9插入半圆形卡槽前端的孔洞内，防止在薄膜沉积过程中，由于夹持器左右转动或前后移动导致薄膜溅射不均，影响传感器的测温性能。在对传感器端部进行薄膜沉积过程中，为了能够使薄膜溅射均匀，需保证传感器圆柱端面与靶材平行，即传感器整体与靶材相垂直。若传感器长度不同，则靶材与被溅射端面间距离发生改变，为了确保薄膜能均匀牢固的附着在基底表面，需要重新调节电源功率、真空度及溅射时间等一系列参数。为避免重复调节制备参数、降低实验速率，可利用夹持器下孔板3、底板5与下卡板4对短传感器进行夹持，并使其传感器镀膜12-8与夹持器底面重合；利用上孔板1、下孔板3、底板5 及上卡板2、下卡板4夹持较长的针状传感器，同样使其端面与夹持器底面重合，从而确保不同规格传感器端面在同一平面内，使得各传感器被溅射端面与靶材间的距离(靶基距)相同，避免重复更换制备参数。夹持器整体采用 304不锈钢，防止在薄膜溅射过程中，由于温度过高而导致形变。

本实用新型可以应用于批量制备针型薄膜传感器的过程中，其具有安装方便、结构简单、可一次性加工多种规格传感器等优点，解决了针状薄膜热电偶在抛光、清洗、薄膜制备过程中存在的问题，此方法可以广泛应用于针状薄膜传感器的批量制备。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具，其特征在于，包括：夹具本体，夹具本体的左右两侧分别设置有相互平行的左侧板(10)和右侧板(7)；

在左侧板(10)和右侧板(7)内由上至下依次焊接有上孔板(1)、下孔板(3)和底板(5)；

在所述上孔板(1)和下孔板(3)的中间位置设置有上卡板(2)，在所述下孔板(3)和底板(5)的中间位置设置有下卡板(4)；上卡板(2)的左右两侧均设置有上卡板左侧把手(2-1)、上卡板右侧把手(2-2)，下卡板(4)的左右两侧均设置有下卡板左侧把手(4-1)、下卡板右侧把手(4-2)；

在所述左侧板(10)和右侧板(7)上的相同位置均开设有大小相同的第一通孔和第二通孔，上卡板(2)的上卡板左侧把手(2-1)、上卡板右侧把手(2-2)穿过第一通孔，下卡板(4)的下卡板左侧把手(4-1)、下卡板右侧把手(4-2)穿过第二通孔，利用第一通孔和第二通孔确定上卡板(2)和下卡板(4)的高度位置；

在所述左侧板(10)和右侧板(7)的上端面焊接有上圈(8)，上圈(8)的前端还设置有顶针(9)。

2.根据权利要求1所述的用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具，其特征在于，所述左侧板(10)和右侧板(7)上的第一通孔和第二通孔的两侧均焊接有弹簧销(6)，所述上卡板左侧把手(2-1)与左侧板(10)第一通孔上的弹簧销(6)之间安装弹簧(11)，所述下卡板左侧把手(4-1)与左侧板(10)第二通孔上的弹簧销(6)之间安装弹簧(11)。

3.根据权利要求1所述的用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具，其特征在于，所述的上卡板(2)和下卡板(4)上均匀开设有与所述上孔板(1)和下孔板(3)一一对应的小孔。

4.根据权利要求1或2所述的用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具，其特征在于，当在上卡板左侧把手(2-1)处施加压力时，其上卡板右侧端面(2-4)与右侧板(7)相接触，弹簧(11)受压产生形变，上孔板(1)和下孔板(3)的通孔与上卡板(2)和下卡板(4)的小孔上下对齐，一一对应，此时可放入针状传感器(12)，使传感器端面(12-8)与夹持器底面重合；当停止施加压力时，上卡板(2)和下卡板(4)在弹簧(11)的作用下向左运动，直至上卡板(2)和下卡板(4)的小孔端面(2-6)、上孔板(1)和下孔板(3)的通孔端面与传感器不锈钢壳体(12-5)相接触。

5.根据权利要求1所述的用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具，其特征在于，所述的左侧板(10)、右侧板(7)、上孔板(1)、下孔板(3)、上卡板(2)、下卡板(4)以及上圈(8)的材料均为耐高温的304不锈钢材料。

6.根据权利要求1所述的用于批量制作微小型针状薄膜传感器的多功能夹具，其特征在于，所述的多功能夹具可夹持多种长度规格的针状传感器，且可同时夹持多个针状传感器(12)，使被夹持传感器具有良好的垂直度，使其端面抛光平整，薄膜溅射均匀。

Images