專利名稱：基于多層薄膜的熱電偶溫度傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于溫度傳感器領域。
背景技術：
溫度的測量通常采用自然熱電偶法、半人工熱電偶法和人工熱電偶法，但這些普通絲式熱電偶溫度傳感器測溫接點體積較大，熱容量也較大，與被測溫度達到熱平衡所需要的時間長，響應速度慢；而且半人工和人工熱電偶的熱接點離刀尖有一定距離，刀尖處的溫度梯度又大，因此，在高速切削加工過程中，普通絲式熱電偶溫度傳感器不能及時準確地響應切削溫度的快速動態(tài)變化。紅外測溫法雖然響應較快，但只能用于干態(tài)切削，而且準確性也不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種基于多層薄膜技術的快速響應熱電偶溫度傳感器，在高速切削加工過程中動態(tài)監(jiān)測快速變化的溫度，以解決提高加工效率與加工質(zhì)量、延長刀具壽命等問題。本發(fā)明基于多層薄膜的熱電偶溫度傳感器采用的技術方案是基于多層薄膜的熱電偶溫度傳感器由刀片、熱電偶薄膜電極層、絕緣薄膜層和耐磨保護薄膜層組成，其特征是，采用磁控濺射方法在刀片1的前刀面上制備MCr熱電偶薄膜電極2和MSi熱電偶薄膜電極3，兩薄膜電極在刀片的刀尖處重疊形成熱電偶溫度傳感器的測溫接點A ；然后采用磁控反應濺射方法在靠近切削刃一邊沉積Al2O3絕緣薄膜層4 ；最后采用磁控反應濺射方法在靠近切削刃一邊制備TiAlN耐磨保護薄膜層5。高速切削工件8的過程中，冷端補償用的NiCr熱電偶絲6和NiSi熱電偶絲7分別與MCr熱電偶薄膜電極2和MSi熱電偶薄膜電極3相連，并將熱電偶回路中的熱電勢引出。本發(fā)明的效果是基于多層薄膜的熱電偶溫度傳感器由于熱電偶熱接點體積小，可以更靠近刀尖，又由于熱容量小，響應快，同時熱電偶薄膜電極層、絕緣薄膜層和耐磨保護薄膜層之間，以及它們與刀片基體之間具有足夠的附著強度，因此可以快速而準確地測量高速切削動態(tài)變化的溫度。


圖1是本發(fā)明所述的基于多層薄膜的熱電偶溫度傳感器的結構示意圖。圖2是圖1的俯視圖。圖3是本發(fā)明所述的熱電偶溫度傳感器用于高速切削測溫時熱電勢的引出示意圖。圖4是圖3的俯視圖。圖中，1.刀片，2. NiCr熱電偶薄膜電極，3. NiSi熱電偶薄膜電極，4. Al2O3絕緣薄膜，5. TiAlN耐磨保護薄膜，6. NiCr熱電偶絲，7. NiSi熱電偶絲，8.工件，A.熱電偶測溫接
點ο
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。首先將聚晶立方氮化硼(PCBN) 刀片1經(jīng)超聲波清洗后先蓋上一種掩膜(與刀片同時用超聲波清洗)，采用磁控濺射方法沉積NiCr熱電偶薄膜電極2，然后采用同樣的濺射方法蓋上另一種掩膜制備MSi熱電偶薄膜電極3。然后采用磁控反應濺射方法蓋上第三種掩膜在靠近切削刃一邊沉積Al2O3絕緣薄膜4;最后采用磁控反應濺射方法蓋上第四種掩膜在靠近切削刃一邊制備TiAlN耐磨保護薄膜層5，如附圖1和圖2所示。使用這種溫度傳感器測量高速切削工件8的溫度時，將制備了多層薄膜結構的熱電偶溫度傳感器的測溫刀片1裝在上壓式機夾刀桿上。冷端補償用的NiCr熱電偶絲6和 NiSi熱電偶絲7分別與NiCr熱電偶薄膜電極2和NiSi熱電偶薄膜電極3通過刀桿的上壓塊壓在一起成歐姆接觸，如附圖3和圖4所示。NiCr/NiSi熱電偶絲分別接入后續(xù)處理電路中。切削時，由于產(chǎn)生的切削熱使薄膜熱電偶溫度傳感器的測溫接點A溫度升高，回路中產(chǎn)生的熱電勢經(jīng)后續(xù)電路處理并放大后，送入計算機經(jīng)高速數(shù)據(jù)采集卡采集轉(zhuǎn)換成溫度輸出并顯示，便可實現(xiàn)高速切削動態(tài)溫度的監(jiān)測。
權利要求
1.基于多層薄膜的熱電偶溫度傳感器由刀片、熱電偶薄膜電極層、絕緣薄膜層和耐磨保護薄膜層組成，其特征是，采用磁控濺射方法在刀片(1)的前刀面上制備MCr熱電偶薄膜電極(2)和NiSi熱電偶薄膜電極(3)，兩薄膜電極在刀片的刀尖處重疊形成熱電偶溫度傳感器的測溫接點(A)；然后采用磁控反應濺射方法在靠近切削刃一邊沉積Al2O3絕緣薄膜層；最后采用磁控反應濺射方法在靠近切削刃一邊制備TiAlN耐磨保護薄膜層(5)。
2.高速切削加工工件(8)過程中，冷端補償用的NiCr熱電偶絲(6)和NiSi熱電偶絲 (7)分別與NiCr熱電偶薄膜電極⑵和NiSi熱電偶薄膜電極(3)相連，并將熱電偶回路中的熱電勢引出。
全文摘要
基于多層薄膜的熱電偶溫度傳感器由刀片、熱電偶薄膜電極層、絕緣薄膜層和耐磨保護薄膜層組成，其特征是，采用磁控濺射方法在刀片的前刀面上制備NiCr熱電偶薄膜電極和NiSi熱電偶薄膜電極，兩薄膜電極在刀片的刀尖處重疊形成熱電偶溫度傳感器的測溫接點；然后采用磁控反應濺射方法在靠近切削刃一邊沉積Al2O3絕緣薄膜層；最后采用磁控反應濺射方法在靠近切削刃一邊制備TiAlN耐磨保護薄膜層。熱電偶測溫接點體積小，可以更靠近刀尖，又由于熱容量小，響應快；同時熱電偶薄膜層、絕緣薄膜層和耐磨保護薄膜層之間，以及它們與刀片基體之間具有足夠的附著強度，因此可以快速而準確地測量高速切削動態(tài)變化的溫度。
文檔編號G01K7/02GK102564628SQ20101059440
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權日2010年12月10日
發(fā)明者余忠華, 吳凱, 曾其勇, 朱明 , 鄭曉峰 申請人:中國計量學院