[发明专利]一种基于高温瞬态热流测量的薄膜热流计及制作方法

说明书

本发明提供一种基于高温瞬态热流测量的薄膜热流计及制作方法，本发明结构包括：氧化铝陶瓷基底及设置在氧化铝陶瓷基底上的热电堆薄膜、氧化铝热阻层薄膜以及氧化锆保护层薄膜；热电堆薄膜包括铂铑6和铂铑30热电堆薄膜，由成对的铂铑6和铂铑30贵金属薄膜热电偶串联而成，热电堆薄膜和氧化铝热阻层薄膜共同组成薄膜热流计的热电堆功能薄膜；氧化铝陶瓷基底上开设有两个通孔，通孔内放置引线。本发明用铂铑6贵金属与氧化铝陶瓷基底一体化设计取代了导电银胶，避免了使用导电银胶所带来的引线端硬、脆，易脱落的弊端，同时对引线的固定化，避免了在高温热流震荡情况下的引线脱落的情况，具有结构尺寸小、响应时间快，测量精度高，便于装配等优点。

技术领域

本发明涉及热流测量技术及传感器制备技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于高温瞬态热流测量的薄膜热流计及制作方法。

背景技术

随着科学技术的高速发展，各类航天飞行器朝着飞行高度更高，运行速度更快的方向发展，对于超声飞行器的研究和设计层面来讲，飞行器运行条件下外表面的高温流场，发动机在高速运行条件下燃烧室所处的热环境一直是航天飞行器运行速度进一步提升的核心点。航天飞行器发动机，由于其燃烧室在工作过程中不仅要承受高温、高压，同时需要承受长时间的热流冲刷，所以在发动机的实际设计过程中，不仅仅要考虑温度和压力两个数值，同时特别需要注意燃烧室壁面的热防护工作。由于我国研究航天飞行器发动机起步较晚，热防护技术发展还不是很成熟，尤其涉及到的高温热流测量技术还没有很好的解决办法。

目前，检测热流的传感器有很多种，市面上流通的同轴热电偶式热流计、圆箔式热流传感器、薄膜热电堆式热流传感器等，但是这些热流传感器在不同程度上都存在一些问题，不能很好的对高温环境下的热流密度进行检测。

例如同轴热电偶响应时间快，响应时间可以达到1ms。由于选取的热电极材料、绝缘层材料为耐高温材料，所以可以承受住高温以及高温热流的冲刷。同轴式热电偶式热流计尺寸小，测量及封装装置直径尺寸仅为几毫米，具有体积小，安装位置灵活度，可多次重复使用的优点。但是此类型热流计也有很大的缺点，由于在具体实际加工过程中，每个传感器的加工都是独立的，所以在使用之前需要对每个传感器进行标定，重复性差。另一方面，此传感器输出值为电压值，并不能直接反应热流情况，需要经过计算机换算才能获得实时热流值，操作耗时繁琐。

薄膜传感器测量端敏感元件较小，能敏锐的监测到周围温度的变化，因此薄膜传感器的具有极短的响应时间，但是受材料的影响，膜基结合力不足，在高温热流的冲刷下极其容易脱落，同时受到高温冲刷之后，薄膜电阻发生变化，重复使用时需要进行再次标定。

圆箔式热流传感器可测量范围较大，在不同监测环境下，最大量程可以达到5MW/m2。不足之处在于圆箔式热流传感器只能监测辐射热流。

薄膜热电堆热流传感器虽然说都是采用薄膜溅射技术，但是两者的基本原理不同。热电堆式热流传感器在实际工作时，通过冷热端温度不同产生热电势，通过傅里叶定律，可以换算得出施加在热流计上的热流值，这种传感器响应时间短，仅为40ms左右，但是由于受到材料和镀膜技术的限制，引线端极其容易在高温热流的冲刷下脱落，导致传感器的失效。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于高温瞬态热流测量的薄膜热流计及制作方法。本发明将铂铑6贵金属引线与氧化铝陶瓷基底一体化设计取代了导电银胶的使用，避免了使用导电银胶所带来的引线端硬、脆，易脱落的弊端，同时对引线的固定化，避免了在高温热流震荡情况下引线脱落的情况。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于高温瞬态热流测量的薄膜热流计，包括：