薄膜温度传感器的研制及应用.pdf

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1、维普资讯http://www.cqvip.com一易?／1992年2月推进技术Feb．1992第1期JOURNALOFPROPULSIONTECHNOLOGYNo．1薄膜温度传感器的研制及应用(沈阳航空发动机研究所)捕要i一种新型的薄膜温度传盛器，采用真空皱膜的方法制作在涡轮叶片表面，两者构成一体，可以真实反应表面温度。传感器的质量小响应块，对叶片内部换热和表面燃气流无干扰。传感器的敏感元件为铂毙o一铂热电偶，测温上限可达L0D0，铡量精度为±3一主盈词：薄膜温度传感痴温度捌星_热电偶——一一一‘_l■一～一一DEV

2、ELOPMENT。OFTHINFILMTEMPERATURESENSORANDITSAPPLICATION．一噍．AI1Baohe(ShengylngAeroenglneResearchInstitute)Abstract：Anewtypeofthinfilmtemperaturesensorisdiscussedinthepaper．Thecensoriscoatedwith-vacuumcoatingmethod0uthesurfaceofaturbineblade．B—ec~useboththesensoran

3、dbladearecombinetogether，thesensorcanmeasureaccurl-teIythesurfacetemperature．ItbaBtheadvantage日fIightweight，rapidr88ponaeandnointerferenceinheattransferwithinbladeandgasflowovert~lg；de．Thesensitivee]ementofthesensorisPtRh1o／Pttherm~eoupIe．Themaximumteml~er—atur

4、eisⅡpto1000。Candtheaccuracyiswithin±3．Keywords；Thinfilm：，Temperaturesensor，Temperaturemeasur~ment，Thermo—couple一、引言本文介绍了一种用于测量涡轮叶片表面温度的薄膜温度传感器。传感器附着在叶片表面。由于薄膜传感器具有非常小的质量和厚度，因此它不会干扰叶片表面的燃气流流动和叶片内部的热流分布。．本文1991年6月4日收到一63—维普资讯http://www.cqvip.com这种直接镀制在叶片高温表面的薄膜温度

5、传感器是最近十多年来迅速发展起来的。这项技术一改过去的以丝状或块状材料为传感器的敏感元件的传统，应用真空镀膜技术(如离子镀、真空蒸发、真空溅射等)把传感器直接沉积在叶片表面上。薄膜温度传感器的敏感元件制成热电偶形式，所以这种传感器又可称为薄膜热电偶。热电偶材料为铂姥和铂，膜厚为几个微米。这种先进的制造方法和所选用材料的结台，可以使薄膜热电偶脂铡量高达lO00~C的表面温度。薄膜温度传感器与被测叶片连成一体的结构形式比丝状热电偶或粘贴式的薄膜传感器具有更大的优越性，它避免了测量位置不准确、蠕变、滞后等带来的测量误差。这

6、种传感器制造技术经过改进和补充，可以用在其它部件的温度和别的参数测量。=薄膜温度传威器的技术探讨1．薄膜传感器的结构特点薄膜传感器由三层薄膜构成，即中间合金膜、介犀膜和测量膜。前二种膜构成测量膜与叶片基体之间的电气绝缘，而测量膜构成传感器的敏感元件。其结掏剖面如图I所示。图中的中间合金膜直接沉积在涡轮叶片表面，这种合金与涡轮叶片材料相近，其结台面如图中A所示。两者的结台可以部分化合，通过热处理在界面上相互扩散和固相溶解，增强了两者的结合力。中间台金经热处理后会在薄膜表面形成口～A120s膜，之后在这层生成膜上图1薄嗅

7、热电偶结构示意图再沉I积一层AI203介质暖(如图中B)由于两者性质相近，成分相同，其结合是牢固的。界面C是A1203与测量膜的结台面。测量膜材料为铂铑10和铂。这两种金属与A1303膜都不能形成化学反应和化学键台。为了获得附着力，要使用真空溅射的方法将这两种贵金属机械地嵌入到较为粗糙的AI208表面上，形成物理性质的结台。2．测量膜材料的选择薄膜热电偶的测量膜和引出线都是选用贵金属铂铑，o和铂，这是由测量温度的上限决定的。另一方面铂姥和10铂这两种材料是所有常规热电偶材料中成分最简单的，这就减少了镀膜时由于镀膜材料

8、成分偏析而引起热电偶电动势偏离标准分度值。热电性能符台国标规定的薄膜热电偶可以方便地与商售的二次仪表配套使用。5．中间合金膜的考虑中间合金膜是一层过渡膜，它把测量膜与叶片基体两者连接在一起，既要保证整个传感器牢固地附着在叶片表面上，叉要确保传感器的测量膜与基体的可靠的电气绝缘。台金成份选择为与叶片成分相近的NiCoCrA1Y，这种台金与叶片材料