專(zhuān)利名稱(chēng)：耐高壓微秒響應(yīng)高溫傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于熱電偶型高溫測(cè)量傳感器，是用于高膛壓槍炮膛壁表面溫度及燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)壁溫度等任何高壓環(huán)境下高溫測(cè)量的耐高壓微秒響應(yīng)高溫傳感器，由引出線、壓螺、密封殼、熱電偶外殼、偶極組成。
長(zhǎng)期以來(lái)，在測(cè)溫領(lǐng)域迫切需要一種耐高壓、壽命長(zhǎng)、而且響應(yīng)時(shí)間為微秒量級(jí)的測(cè)溫傳感器。例如在研究身管武器的使用壽命時(shí)，首先要研究身管燒蝕問(wèn)題，因此往往需要在發(fā)射條件下，直接測(cè)量槍炮身管內(nèi)壁的表面溫度。這種測(cè)量要求傳感器能耐壓200～600MPa，甚至更高，響應(yīng)時(shí)間要在10微秒以?xún)?nèi)，而且要耐燒蝕。
國(guó)內(nèi)外已研制成功多種測(cè)溫器件，但都不能同時(shí)滿足耐高壓、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、能直接測(cè)溫的技術(shù)要求。例如國(guó)外科技考察報(bào)告83－03(總52)《傳感器設(shè)計(jì)制造及發(fā)展動(dòng)向》指出美國(guó)Medtherm公司研制的薄膜式熱電偶響應(yīng)時(shí)間雖能達(dá)到10微秒以?xún)?nèi)，但沒(méi)有耐壓能力，而且不耐燒蝕，測(cè)量最高溫度為3000°F。再如AD－A046606報(bào)告中，O.K.Heineg等人研制的熱電偶，只能耐壓30000psi(約200Mpa)，且響應(yīng)時(shí)間約50微秒。
本實(shí)用新型的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)上存在的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種使用壽命長(zhǎng)、能耐壓600Mpa且響應(yīng)時(shí)間為微秒量級(jí)的高溫傳感器。
本實(shí)用新型的構(gòu)思選用同軸式熱電偶為感溫元件，設(shè)計(jì)二級(jí)塔式變截面同軸園臺(tái)形偶極和微米級(jí)(3～6微米)的極間間隙，通過(guò)鍍膜加燒結(jié)保證偶極絕緣及耐壓強(qiáng)度；采用爆炸滲透方法形成可以再生的分子滲透導(dǎo)電膜偶結(jié)，使偶結(jié)具有超小質(zhì)量，以提高響應(yīng)速度并延長(zhǎng)壽命；外形尺寸與彈道測(cè)壓傳感器一致，具有可以互換的安裝及密封方式，便于使用。
本實(shí)用新型由引出線［1］，壓螺［2］，密封殼［3］，熱電偶外殼［4］，A極［5］，介質(zhì)膜［6］，B極［7］，分子滲透導(dǎo)電膜［8］，介質(zhì)膜［9］，填充物［10］組成。
引出線［1］采用φ2mm標(biāo)準(zhǔn)Ni－Cr、Ni－Si鎧裝絲，主要作用是引出熱電信號(hào)，與偶極B、A配合形成熱偶的冷端和熱端。其特點(diǎn)是可以彎曲，符合國(guó)標(biāo)，使用方便。
壓螺［2］采用馬氏體時(shí)效高強(qiáng)度不銹鋼，特點(diǎn)是強(qiáng)度高，外形及安裝尺寸與彈道測(cè)壓傳感器一致，使用方便。
密封殼［3］材料同壓螺［2］，采用端面密封，特點(diǎn)同壓螺［2］。
熱電偶外殼［4］材料同壓螺［2］，其作用是保護(hù)偶極。
介質(zhì)膜［6］材料為SiO2，起A、B偶極間的絕緣作用。
B極［7］和A極［5］分別采用標(biāo)準(zhǔn)Ni－Cr和Ni－Si絲加工成二級(jí)塔式園臺(tái)形(錐度在1／30～／150以?xún)?nèi))變截面同軸偶極，極間間隙3～6微米，用介質(zhì)膜［6］絕緣，其特點(diǎn)是耐高壓。
分子滲透導(dǎo)電膜［8］選用銅、銀、金等導(dǎo)電材料，采用爆炸、研磨等加壓滲透法形成厚度約2～5微米。特點(diǎn)在于偶結(jié)是直徑為1毫米的微米級(jí)園環(huán)，質(zhì)量小，響應(yīng)快，并可多次再生，使用壽命長(zhǎng)。
介質(zhì)膜［9］材料為SiO2，起絕緣作用。
絕緣填充物［10］材料為鉻化硅，起絕緣及保護(hù)焊點(diǎn)作用。
本實(shí)用新型的制造采用熱電勢(shì)分度值符合標(biāo)準(zhǔn)的Ni－Cr、Ni－Si絲材料加工成二級(jí)塔式變截面同軸園臺(tái)形偶極B和A，經(jīng)鍍介質(zhì)膜和燒結(jié)后，與引出線(φ2mm標(biāo)準(zhǔn)Ni－Cr、Ni－Si鎧裝絲)相焊接，焊點(diǎn)小于0.3mm，熱電偶外殼中填加絕緣填充物，鑲?cè)肱紭O燒結(jié)，構(gòu)成本實(shí)用新型感溫元件，然后鑲?cè)朊芊鈿?，通過(guò)線密封及粘結(jié)后套上壓螺構(gòu)成本實(shí)用新型。
本實(shí)用新型可將B極［7］和A極［5］作成二級(jí)塔式半園臺(tái)形，偶結(jié)是帶形分子滲透導(dǎo)電膜，能使感溫元件外徑減小到φ0.5～φ1mm。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是能在600MPa高壓環(huán)境下直接測(cè)量瞬態(tài)高溫。偶結(jié)為分子滲透導(dǎo)電膜，響應(yīng)時(shí)間在10微秒以?xún)?nèi)，偶結(jié)可多次再生，性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。廣泛適用于槍炮膛壁，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)壁、金屬成形模具等表面溫度測(cè)量。首次在實(shí)彈射擊中獲得火炮膛壁溫度曲線的直接測(cè)量，并與測(cè)壓同時(shí)進(jìn)行。
本實(shí)用新型
如下圖1是耐高壓微秒響應(yīng)高溫傳感器的剖面圖［1］－引出線，［2］－壓螺，［3］－密封殼，［4］－熱電偶外殼，［5］－A級(jí)，［6、9］－介質(zhì)膜，［7］－B級(jí)，［8］－分子滲透導(dǎo)電膜，［10］絕緣填充物。
圖2－a是圖1中偶極的剖面圖。
圖2－b是圖2－a的仰視圖。
圖3－a是圖1中偶極的另一種結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖3－b是圖3－a的仰視圖。
圖4是耐高壓微秒響應(yīng)高溫傳感器測(cè)溫曲線照片。
實(shí)施例1、參照附圖1實(shí)施，采用熱電勢(shì)分度值符合標(biāo)準(zhǔn)的Ni－Cr、Ni－Si絲作為B極［7］和A極［5］的材料，將B極加工成最大直徑為φ1mm，最小直徑為φ0.5mm，長(zhǎng)為9mm，錐度為1／40的二級(jí)塔式園臺(tái)形。A級(jí)最大外徑φ3mm，最小外徑φ2.4mm，長(zhǎng)為9mm，錐度1／50，內(nèi)壁尺寸與B級(jí)外形尺寸一致，控制3～6微米正公差。A、B極鍍SiO2介質(zhì)膜，B極鑲?cè)階極中在800℃下燒結(jié)。將φ2mm標(biāo)準(zhǔn)Ni－Cr、Ni－Si鎧裝絲(引出線1)截成長(zhǎng)150mm后，在一端留出3mmNi－Cr、Ni－Si絲焊頭分別與B、A極焊接，焊點(diǎn)直徑應(yīng)小于φ0.3mm。為保證A極與熱電偶外殼［4］絕緣良好，在A極外表面也鍍5～8微米SiO2介質(zhì)絕緣膜［9］。在熱電偶外殼中裝入鉻化硅絕緣填充物［10］，鑲?cè)階、B極，再在850℃下燒結(jié)。裝配好的感溫元件用耐高溫環(huán)氧樹(shù)脂加100％金剛砂與密封殼［3］在加30MPa壓力下相粘接。偶極端部應(yīng)研磨平，然后通過(guò)爆炸滲透法在偶極端面形成分子滲透導(dǎo)電膜偶結(jié)［8］。使用前套上壓螺［2］，傳感器輸出端連接測(cè)試電纜和相應(yīng)的放大器。在多次使用中，傳感器總電阻若大于3歐姆，可用簡(jiǎn)易研磨方式使偶結(jié)再生。
本實(shí)用新型在30mm高膛壓模擬炮上進(jìn)行測(cè)溫試驗(yàn)，首次直接測(cè)得單基發(fā)射藥(4／7單基藥，裝藥量為140克，藥溫23℃)的膛壁溫度隨時(shí)間的變化曲線。
2、按照附圖3實(shí)施，將B極［7］和A極［5］做成二級(jí)塔式半園臺(tái)形，感溫元件外徑為φ0.8mm，偶結(jié)是帶形分子滲透導(dǎo)電膜，其他結(jié)構(gòu)及工藝參照實(shí)施例1。
權(quán)利要求1.一種耐高壓微秒響應(yīng)高溫傳感器，由引出線[1]，壓螺[2]，密封殼[3]，熱電偶外殼[4]，A極[5]，介質(zhì)膜[6]，B極[7]組成。其特征在于B極[7]是二級(jí)塔式園臺(tái)形，A級(jí)[5]內(nèi)壁與B級(jí)[7]以微米間隙銜接成同軸變截面偶極，并以介質(zhì)膜[6]絕緣，熱電偶外殼[4]內(nèi)壁與A極[5]相吻合，用介質(zhì)膜[9]絕緣，熱電偶外殼中填加絕緣填充物[10]，偶結(jié)是分子滲透導(dǎo)電膜[8]，感溫元件外形呈園錐形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫傳感器，其特征在于B極［7］和A極［5］是二級(jí)塔式半園臺(tái)形，偶結(jié)是帶形分子滲透導(dǎo)電膜。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型為耐高壓微秒響應(yīng)高溫傳感器，以同軸式熱電偶為感溫元件，其特征是設(shè)計(jì)了二級(jí)塔式變截面同軸圓臺(tái)形偶極和微米級(jí)偶極極間間隙，采用分子滲透導(dǎo)電膜成偶。本實(shí)用新型能在600MPa高壓環(huán)境下直接測(cè)量瞬態(tài)高溫。偶結(jié)具有超小質(zhì)量，可使響應(yīng)時(shí)間在10微秒以?xún)?nèi)，并可多次再生，性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。廣泛適用于槍炮膛壁、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)壁、金屬成型模具等表面溫度測(cè)量。
文檔編號(hào)H01L35/00GK2055252SQ8921850
公開(kāi)日1990年3月28日 申請(qǐng)日期1989年10月30日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月30日
發(fā)明者元天佑, 袁寶慧, 劉彥城, 趙學(xué)元, 楊厚云, 陳家義, 趙壯華 申請(qǐng)人:西安近代化學(xué)研究所