[发明专利]用于高温环境下测量热流的薄膜传感器及其制作方法

说明书

本发明用于高温环境下测量热流的薄膜传感器及其制作方法，属于薄膜传感器技术领域；所要解决的技术问题是提供了提升热流传感器灵敏度，在高温环境中稳定工作和实现热电势信号稳定读取的工艺简单的薄膜传感器；解决该技术问题采用的技术方案为：本传感器包括微米级陶瓷基底、热电偶堆、上温度梯度隔离层、下温度梯度隔离层、正极引出电极和负极引出电极，正极引出电极和负极引出电极印刷在引出电极基底上，热电偶堆印刷在热电偶堆基底上，热电偶堆包括多对正极和负极热电偶，多对热电偶首尾相连，循环环绕串联；本发明还提供上述传感器的制作方法；本发明可广泛应用于温度梯度测量领域。

技术领域

本发明用于高温环境下测量热流的薄膜传感器及其制作方法，属于薄膜传感器技术领域。

背景技术

热流传感器运用傅里叶定理中的热流与温度梯度间比例关系测量热流，温度梯度通过测量热电偶输出热电势得到。目前使用的热流传感器有圆箔式和薄膜式热流传感器，相比于薄膜式传感器，圆箔式热流传感器量响应时间更长，高温下使用水冷工作使得体积更大；薄膜式传感器由于热电势输出信号普遍微弱，使信号不易分辨和读取；此外，薄膜式传感器还存在灵敏度较小的缺点。如专利CN203643055U一种用于高温大热流测量的薄膜热流传感器提出的热流传感器集成的热电堆数目较少，采用的用于产生温度梯度的热障层材料产生的温度梯度很小，从而使得热电势输出信号强度受限，进而使得输出灵敏度很小，对数据采集仪器提出了很高要求；此外该传感器及其引线的制作工艺繁杂，引线在高温下容易软化而接触不良。为提高热流传感器热电势信号以提升热流传感器灵敏度，以及提升响应时间，使热流传感器在高温环境中稳定工作和实现热电势信号稳定读取，需要在有限尺寸平面内设计了工艺简单的一种用于高温环境下测量热流的薄膜传感器。

发明内容

本发明一种用于高温环境下测量热流的薄膜传感器，克服了现有技术存在的不足，提供了提升热流传感器灵敏度，在高温环境中稳定工作和实现热电势信号稳定读取的工艺简单的薄膜传感器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于高温环境下测量热流的薄膜传感器，其特征在于：包括微米级陶瓷基底、热电偶堆、上温度梯度隔离层、下温度梯度隔离层、正极引出电极和负极引出电极；微米级陶瓷基底包括热电偶堆基底和引出电极基底，热电偶堆基底为圆形，热电偶堆基底和引出电极基底为一体成型，正极引出电极和负极引出电极印刷在引出电极基底上，热电偶堆印刷在热电偶堆基底上，热电偶堆包括多个正极热电偶和多个负极热电偶，一个正极热电偶和一个负极热电偶串联形成一对热电偶，多对热电偶首尾相连，热电偶堆的首端设置在热电偶堆基底的外沿处，热电偶堆的首端与正极引出电极相连，热电偶堆的中段沿热电偶堆基底的径向由若干个C形热电偶圈组成，热电偶堆的尾端与负极引出电极相连；热电偶堆基底的上方涂刷有上温度梯度隔离层，上温度梯度隔离层覆盖热电偶堆的全部冷结点，热电偶堆基底的下方涂刷有下温度梯度隔离层。

进一步，所述C形热电偶圈的个数为5个。

进一步，所述热电偶堆选用的材料为铂-铂铑10热电偶，正极引出电极选用的材料为铂，负极引出电极选用的材料为铂铑10。

进一步，所述热电偶堆选用的材料为金-金钯热电偶，正极引出电极选用的材料为金，负极引出电极选用的材料为金钯。

进一步，所述上温度梯度隔离层和所述下温度梯度隔离层选用的材料为纳米气相二氧硅化物微粉，厚度均为1mm。

一种根据上述用于高温环境下测量热流的薄膜传感器的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

a.将微米级陶瓷基底的表层进行抛光，在其上利用相应的网版丝网印刷出正极热电偶和正极引出电极的图案，然后升温至100℃烘干；

b.在微米级陶瓷基底的表层上，利用相应的网版丝网印刷出负极热电偶和负极引出电极的图案，然后升温至100℃烘干；