快速响应薄膜温度传感器技术研究

论文摘要

飞行器在大气层高速飞行时与空气的剧烈磨擦,材料表面的温度迅速升高(某飞行器的前沿温度能够达到1200℃),需要对飞行器上的某些点在不同马赫数下和不同攻角状态下的受热情况进行测试分析,准确计算出材料在受热状态下的力学性能,以便选用合适材料和防热措施,保障飞行器安全可靠的高速飞行。快速响应薄膜温度传感器技术研究这一课题来源于“863”重大项目,为某专项的温度传感测试进行前期研究开发。本文系统分析了快速响应薄膜温度传感器的相关技术,设计制作了薄膜温度传感器。论文的研究内容和主要工作如下:1、系统分析了薄膜热电偶温度传感器的基本理论,设计了传感器芯片,确定了传感器芯片制备的工艺流程。2、采用离子束溅射沉积技术,通过大量的镀膜试验及膜层性能测试,制备出了致密度高,绝缘性能好、粘着力大的Al2O3薄膜。3、采用精密磨抛工艺,离子束溅射镀膜技术,钢片掩膜方式,通过大量的镀膜试验、热处理工艺,相关性能检测手段等,制备出了致密度高、性能稳定、均匀性高、黏附力大的热电偶薄膜层。4、成功研制出了能够测量1200℃高温,响应时间约50ms,精度1%的快速响应高温薄膜温度传感器样品。5、研究了薄膜热电偶的静、动态特性的标定方法,并对研制的薄膜热电偶样件进行了全面的性能测试。测试结果表明,研制的薄膜温度传感器完全达到了设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题意义
• 1.2 薄膜热电偶适用性及技术优势
• 1.2.1 薄膜热电偶起源
• 1.2.2 薄膜热电偶适用性及优势
• 1.3 薄膜热电偶国内外研究现状及发展趋势
• 1.3.1 薄膜热电偶国内研究现状
• 1.3.2 薄膜热电偶国外研究现状
• 1.3.3 薄膜热电偶发展趋势
• 1.4 本论文研究主要内容及组织结构
• 1.4.1 课题研究技术指标
• 1.4.2 本论文研究主要内容
• 1.4.3 本论文组织结构
• 第二章 薄膜热电偶温度传感器理论与设计
• 2.1 薄膜热电偶工作原理及薄膜尺寸效应
• 2.1.1 热电偶基本原理及重要定律
• 2.1.2 薄膜的电学性质及电子输运理论
• 2.1.3 连续薄膜电导率的计算
• 2.1.4 薄膜热电偶热电势率
• 2.2 传感器芯片设计
• 2.2.1 热电偶薄膜版图设计
• 2.2.2 薄膜热电偶结构设计
• 2.2.3 镀膜工装夹具设计
• 2.3 原材料选取
• 2.3.1 基体材料及绝缘层材料
• 2.3.2 热电偶电极材料
• 2.3.3 保护膜材料
• 2.4 传感器芯片制备工艺流程
• 2.5 引线及封装
• 2.6 本章小结
• 第三章 薄膜热电偶制备及工艺研究
• 3.1 等离子束溅射镀膜技术
• 3.2 热电偶薄膜制备过程及工艺条件
• 3.2.1 热电偶薄膜制备过程
• 3.2.2 热电偶薄膜制备工艺条件
• 3.3 热电偶薄膜热处理工艺研究
• 2O₃薄膜沉积工艺'>3.4 Al₂O₃薄膜沉积工艺
• 2O₃薄膜绝缘性'>3.4.1 Al₂O₃薄膜绝缘性
• 2O₃薄膜附着力'>3.4.2 Al₂O₃薄膜附着力
• 3.5 本章小结
• 第四章 薄膜热电偶静态标定及动态响应特性
• 4.1 薄膜热电偶静态标定方法
• 4.1.1 静态标定相关仪器及注意事项
• 4.1.2 静态标定具体过程
• 4.2 薄膜热电偶静态标定结果及分析
• 4.3 薄膜热电偶动态特性理论分析
• 4.4 薄膜热电偶动态响应常用测试方法
• 4.5 电加热水冷温阶动态响应测试
• 4.6 激光瞬时加热温阶动态响应测试
• 4.7 本章小结
• 第五章 薄膜热电偶样件性能测试
• 5.1 薄膜热电偶静态温度特性
• 5.1.1 薄膜热电偶精度分析
• 5.1.2 薄膜热电偶高温稳定性能初步研究
• 5.2 薄膜热电偶动态响应特性
• 5.3 薄膜热电偶振动冲击试验
• 5.3.1 振动测试试验
• 5.3.2 冲击测试试验
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果