[发明专利]集成有薄膜热电偶和微换能元的测温装置及其制备方法

权利要求书

1.一种集成有薄膜热电偶和微换能元的测温装置的制备方法，其特征在于：该方法用于制备一种集成有薄膜热电偶和微换能元的测温装置，该装置包括基片（1）、薄膜热电偶、微换能元（3）、两个薄膜焊盘（4）；

其中，基片（1）为矩形结构，且基片（1）采用耐高温陶瓷制成；

所述薄膜热电偶包括两个薄膜热电极（2）；两个薄膜热电极（2）均为Z形结构，且每个薄膜热电极（2）均包括前横向段、纵向段、后横向段；第一个薄膜热电极（2）采用铂铑合金制成；第二个薄膜热电极（2）采用铂制成；两个薄膜热电极（2）左右对称地印制于基片（1）的上表面；两个薄膜热电极（2）的前横向段背向设置；两个薄膜热电极（2）的纵向段相互平行；两个薄膜热电极（2）的后横向段相向设置，且两个薄膜热电极（2）的后横向段末端重叠构成热结点（5）；热结点（5）为正方形结构；

微换能元（3）为蛇形轴对称结构，且微换能元（3）采用铂制成；微换能元（3）印制于基片（1）的上表面，且微换能元（3）位于热结点（5）的后方；微换能元（3）的对称轴与两个薄膜热电极（2）的对称轴重合；

两个薄膜焊盘（4）均采用铜制成；两个薄膜焊盘（4）左右对称地印制于基片（1）的上表面，且两个薄膜焊盘（4）分别位于微换能元（3）的左右两侧；两个薄膜焊盘（4）分别与微换能元（3）的两端连接；

基片（1）采用氧化铝陶瓷制成，其热传导率为37W/（m·K）、抗压强度为30000kgf/cm²、抗折强度为3500kgf/cm²、烧结温度为1800℃；两个薄膜热电极（2）的长度均为10mm、厚度均为5~6μm；两个薄膜热电极（2）的前横向段宽度均为2000μm；两个薄膜热电极（2）的纵向段宽度均为500μm；两个薄膜热电极（2）的后横向段宽度均为500μm；微换能元（3）的长度为6700μm、宽度为200μm、厚度为5~6μm；热结点（5）的长度和宽度均为500μm；微换能元（3）位于热结点（5）的后方200μm处；

使用时，火工药剂置于专用容器内，本装置置于专用容器的下方，且微换能元与专用容器接触；具体使用过程如下：首先，一方面利用导线将两个薄膜焊盘与外部电源连接，另一方面利用导线将两个薄膜热电极与数字电压表连接；然后，启动外部电源，外部电源向微换能元通电，使得微换能元发热，微换能元由此对专用容器内的火工药剂进行加热；在加热过程中，薄膜热电偶将微换能元的温度实时转换为电压信号，电压信号实时显示于数字电压表上；当微换能元的温度达到发火温度时，专用容器内的火工药剂发生燃烧或爆炸；此时，根据数字电压表实时显示的电压信号即可确定发火温度，由此实现发火温度的动态测量；

该方法是采用如下步骤实现的：

步骤一：选取基片（1），并对基片（1）进行表面亲水化处理；

步骤二：采用丝网印刷法在基片（1）的上表面分别印制薄膜热电偶和微换能元（3），由此制得测温装置半成品；

步骤三：将测温装置半成品置于马弗炉中进行高温烧结，烧结温度为1300℃，烧结时间为3h，然后将测温装置半成品进行自然冷却；

步骤四：对薄膜热电偶进行标定；

步骤五：采用丝网印刷法在基片（1）的上表面印制与微换能元（3）连接的两个薄膜焊盘（4），由此制得集成有薄膜热电偶和微换能元的测温装置；

所述步骤二包括如下步骤：

步骤2.1：将细度15μm的铂铑合金浆料与有机载体进行混合，由此制得铂铑合金微米浆料；

步骤2.2：先将丝网印版置于基片（1）的上方，再将铂铑合金微米浆料堆积于丝网印版上，然后用刮刀刮压铂铑合金微米浆料，使铂铑合金微米浆料透过丝网印版的图像区域渗漏到基片（1）的上表面，由此形成第一个薄膜热电极（2）；

步骤2.3：先对第一个薄膜热电极（2）进行多层印刷加固，再对第一个薄膜热电极（2）进行流平、干燥、热处理，然后将第一个薄膜热电极（2）进行自然冷却；

步骤2.4：将细度10μm的铂浆料与有机载体进行混合，由此制得铂微米浆料；

步骤2.5：先将丝网印版置于基片（1）的上方，再将铂微米浆料堆积于丝网印版上，然后用刮刀刮压铂微米浆料，使铂微米浆料透过丝网印版的图像区域渗漏到基片（1）的上表面，由此形成第二个薄膜热电极（2）和微换能元（3）；

步骤2.6：先对第二个薄膜热电极（2）进行多层印刷加固，再对第二个薄膜热电极（2）进行流平、干燥、热处理，然后将第二个薄膜热电极（2）进行自然冷却；

步骤2.7：先对微换能元（3）进行多层印刷加固，再对微换能元（3）进行流平、干燥、热处理，然后将微换能元（3）进行自然冷却；

所述步骤四包括如下步骤：

步骤4.1：选取两根引线（6）、托片（7）、两个夹片（8）、两个夹条（9）、两个螺钉（10）、两个螺母；第一根引线（6）采用铂铑合金制成；第二根引线（6）采用铂制成；托片（7）、两个夹片（8）均采用耐高温陶瓷制成；两个夹条（9）均采用钨铼合金制成，且每个夹条（9）的两端均各开设有一个通孔；

步骤4.2：先将托片（7）与基片（1）对接，再将两根引线（6）置于托片（7）的上表面，然后将第一根引线（6）的首端搭接于第一个薄膜热电极（2）的上表面，将第二根引线（6）的首端搭接于第二个薄膜热电极（2）的上表面；

步骤4.3：先用两个夹片（8）将托片（7）与基片（1）夹持固定，再用两个夹条（9）将两个夹片（8）夹持固定，然后将第一个螺钉（10）穿入两个夹条（9）首端的通孔内，将第二个螺钉（10）穿入两个夹条（9）末端的通孔内，而后将两个螺母分别旋拧于两个螺钉（10）的末端，由此将两个夹条（9）锁紧；

步骤4.4：先将两根引线（6）的末端分别与数字电压表的两端连接，再利用数字电压表对薄膜热电偶进行标定；标定结束后，先拆卸两个螺母和两个螺钉（10），再拆卸两个夹条（9）和两个夹片（8），然后拆卸托片（7）和两根引线（6）；

丝网印版的网布为325目、膜厚为5μm，张力为29N±2N；

热处理条件为：在空气或氧气气氛中，热处理温度为1000~1300℃，热处理时间为3~5h，升温速度为3~5℃/min。