CN102749148A - 一种薄膜电阻温度计的制作方法 - Google Patents

一种薄膜电阻温度计的制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102749148A
CN102749148A CN2012102437593A CN201210243759A CN102749148A CN 102749148 A CN102749148 A CN 102749148A CN 2012102437593 A CN2012102437593 A CN 2012102437593A CN 201210243759 A CN201210243759 A CN 201210243759A CN 102749148 A CN102749148 A CN 102749148A
Authority
CN
China
Prior art keywords
leading edge
film
substrate
sharp leading
silver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012102437593A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102749148B (zh
Inventor
陈星�
宫建
师军
林键
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Original Assignee
China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA filed Critical China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority to CN201210243759.3A priority Critical patent/CN102749148B/zh
Publication of CN102749148A publication Critical patent/CN102749148A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102749148B publication Critical patent/CN102749148B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

一种薄膜电阻温度计的制作方法，所述薄膜电阻温度计用于测量尖前缘驻点热流，(1)清洗玻璃基底，所述玻璃基底包括一个尖前缘；(2)在玻璃基底的尖前缘沿其长度方向镀铂薄膜；(3)对铂薄膜进行热处理，使铂薄膜老化；(4)在玻璃基底上刷涂银浆，对银浆进行烘干和烧结；(5)在所述尖前缘沿其周向镀伽马合金薄膜，后在伽马合金薄膜上镀银薄膜，通过银薄膜将铂薄膜两端与银浆连接起来。采用本发明的方法能够实现在尖前缘尖部镀膜，并能够使得薄膜更加牢固和耐冲刷，从而能够精确测量尖前缘驻点热流。

Description

一种薄膜电阻温度计的制作方法
技术领域
本发明涉及一种薄膜电阻温度计的制作方法，该薄膜电阻温度计适用于尖前缘驻点热流测量。
背景技术
尖前缘外形飞行器在气动性能上存在较大优势，但会带来热流密度大、防热困难的问题。另外，新型高超声速飞行器要保持外形，维持高升阻比，必需采用非烧蚀的热防护技术，对热环境预测精度提出更高的要求。
在风洞实验测量方面，由于尖前缘曲率大，对热流测量传感器(例如薄膜电阻温度计)的要求非常苛刻，既不能破坏前缘的型面，还要反映出真实的热流载荷。另外，风洞实验时气流冲刷对于薄膜电阻温度计的破坏会严重影响热流测量精度，尤其是对于前缘驻点部位。目前，常规的柱状薄膜电阻温度计可用于测量头部半径大于15mm的前缘驻点热流，小于10mm时传感器端面对型面的破坏会引入较大误差，甚至无法测量。因此，尖前缘热环境测量的关键是制作出一种适用于测量尖前缘外形驻点热流的薄膜电阻温度计。
常规柱状薄膜电阻温度计的制作采用真空离子溅射镀膜机在柱状玻璃基底端面镀上一层Pt薄膜，形状通常有“一”字形、“S”形等。由于镀膜过程中和薄膜热处理过程中需要将玻璃基底加热到600℃左右的高温，因此传感器的玻璃基底采用耐高温的高硼硅玻璃。镀膜前利用卡具将合金掩膜紧紧地压在玻璃基底的端面，通氩气溅射将Pt靶材上的金属淀积到掩膜上，由于掩膜上存在“一”字形、“S”形的缝隙，因此在玻璃基底端面便形成相同形状的金属薄膜。
对于尖前缘外形的玻璃基底，在前缘尖点沿轴向镀膜，直接采用上述方法会使得掩膜上0.1mm宽缝隙的两边上翘，导致薄膜发虚，宽度增大，而且前后不一致，呈橄榄形。这样得到的薄膜宽度会达到0.5mm～1mm，从而引起薄膜电阻变化和传感器电阻温度系数的不稳定。另外，对于尖前缘驻点热流测量，薄膜宽度增大使得其测量的热流是前缘部位较大周向角范围内的平均热流，与真正的驻点热流有较大的偏差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于尖前缘驻点热流测量的薄膜电阻温度计的制作方法，实现在尖前缘尖部镀膜，并能够使得薄膜更加牢固和耐冲刷，从而能够精确测量尖前缘驻点热流。
本发明包括如下技术方案：
一种薄膜电阻温度计的制作方法，所述薄膜电阻温度计用于测量尖前缘驻点热流，其特征在于，包括下列步骤：
(1)清洗玻璃基底，所述玻璃基底包括一个尖前缘；
(2)在玻璃基底的尖前缘沿其长度方向镀铂薄膜；
(3)对铂薄膜进行热处理，使铂薄膜老化；
(4)在玻璃基底上刷涂银浆，对银浆进行烘干和烧结；
(5)在所述尖前缘沿其周向镀伽马合金薄膜，后在伽马合金薄膜上镀银薄膜，通过银薄膜将铂薄膜两端与银浆连接起来。
所述步骤(2)中铂薄膜的宽度为0.1mm、长度为5mm。
所述步骤(3)通过如下方法实现：在温控炉中对铂薄膜进行热处理，600℃条件下持续4个小时，后降温至160℃持续24小时，使铂薄膜老化。
所述温控炉内为氩气环境。
所述步骤(4)中银浆宽度为1mm，距离铂薄膜为5mm。
所述步骤(5)中镀伽马合金薄膜时间为3分钟，镀银薄膜时间为45分钟。
银薄膜宽1mm、长10mm。
所述步骤(2)通过以下方法实现：制作第一掩膜，所述第一掩膜包括多个缝隙；将玻璃基底固定在镀膜夹具上，玻璃基底的尖前缘与镀膜夹具的端面组合成一个平面；将第一掩膜压紧到所述平面；在所述缝隙上形成铂薄膜。
所述镀膜卡具包括基底、压板、卡口、侧边可调螺钉、和底部可调螺钉。
所述步骤(5)通过以下方法实现：制作第二掩膜，所述第二掩膜包括多个缝隙；通过所述镀膜夹具将第二掩膜贴紧在尖前缘外形的玻璃基底上；在所述缝隙上先形成伽马合金薄膜后形成银薄膜。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
通过本发明的方法可以实现尖前缘玻璃基底尖点部位沿前缘长度方向的精确镀膜；通过对铂薄膜进行热处理，使薄膜老化，使得铂薄膜更加牢固和耐冲刷；采用先刷涂银浆，然后对银浆进行烘干和烧结，再镀银膜的方式，避免了银浆热处理过程中的高温对银膜的破坏，由于在尖前缘尖点部位引线为银膜，没有改变尖前缘外形，从而保证能够精确测量尖前缘驻点热流。
附图说明
图1a、图1b分别为本发明的尖前缘外形玻璃基底外形主视图和剖面图；
图2a为本发明的尖前缘外形玻璃基底镀膜专用卡具主视图；
图2b为本发明的尖前缘外形玻璃基底镀膜专用卡具附视图；
图3a为本发明的尖前缘外形玻璃基底镀铂薄膜用掩膜；
图3b为本发明的尖前缘外形玻璃基底镀银薄膜用掩膜；
图4为本发明的适用于尖前缘驻点热流测量的薄膜电阻温度计。
图中，11-玻璃基底前缘、21-基底、22-压板、23-卡口、24-侧边可调螺钉、25-底部可调螺钉、26-压板中间的缝隙、31-镀铂薄膜用缝隙、32-镀银膜引线用缝隙、41-铂薄膜、42-银膜引线、43-银浆引线。
具体实施方式
(1)利用丙酮清洗尖前缘外形的高硼硅玻璃基底，并在镀膜机中利用离子轰击的方式对所述玻璃基底进行再次清洗，离子轰击的时间为20分钟。所述玻璃基底的外形见图1，包括一个尖前缘11；尖前缘的半径范围为1mm～5mm。前缘的长度方向为沿前缘尖部圆柱轴向，如图1a所示的箭头方向。前缘的周向为沿圆柱的圆弧方向，如图1b所示的箭头方向。所述尖前缘用于模拟飞行器的尖化前缘驻点部位。
(2)将玻璃基底装卡在镀膜夹具中。镀膜夹具的结构如图2所示，包括基底21、压板22、卡口23、侧边可调螺钉24、底部可调螺钉25。夹具的设计思想是将尖前缘11变成一个平面，然后再将掩膜压紧到这个平面上，并控制好掩膜上的缝隙与尖前缘的位置关系，缝隙两侧就不会上翘，从而实现尖化前缘驻点部位的精确镀膜。夹具的功能是可多自由度调节，能够使得尖前缘与卡具端面组合成一个平面，然后将掩膜紧紧地压在这个平面上，从而避免了缝隙两边的上翘。卡具的设计是根据尖化前缘外形，在基底21与卡口23之间形成一个尖楔状的空间，尖楔空间的角度与玻璃基底的尖前缘11楔角相同。镀膜时将玻璃基底放入这个尖楔状的空间内，调节卡具侧边和底部的螺钉24、25将尖前缘11与基底21上表面对齐并压紧，在基底21上表面基本形成一个平面。压板22的作用是将掩膜压紧到这个平面。压板22中间的缝隙26应尽量小，目的是减小掩膜在高温时的变形。因此，不同前缘半径的玻璃基底需要设计不同缝隙的压板。为了使得薄膜在基底21上的位置精确，需要在前缘顶端中心刻线，用于装卡时与掩膜上的缝隙对齐。另外，玻璃基底沿前缘的长度方向位置也是可调的，目的同样是为了调整Pt薄膜的位置。
(3)在真空离子溅射镀膜机中沿前缘的长度方向镀铂薄膜41，镀膜的时间为16分钟。镀膜时使用的掩膜如图3a所示，包括多个“一”字型缝隙31，从而使得铂薄膜的宽度为0.1mm、长度5mm。在镀铂薄膜的过程中将掩膜安装在压板和基底之间，并保证缝隙31与前缘中心对齐。
(4)在温控炉中对铂薄膜进行热处理，600℃条件下持续4个小时，达到了铂的再结晶温度，但小于形成PtO2的温度。热处理时温控炉内需为氩气环境，减少炉内其它元素的蒸汽，尽量避免Pt与这些元素形成化合物后降低Pt薄膜电阻温度系数。然后，降温至160℃持续24小时，使薄膜老化，可以加速处于不稳定状态的Pt金属薄膜向稳定状态转变。
(5)在玻璃基底上划线，并刷涂银浆作为电阻温度计的引线，银浆43宽度为1mm，距离铂薄膜为5mm。由于银浆43是人工涂描银浆制成的，存在一定的厚度(约0.1～0.3mm)，其形成的粗糙表面会造成测量误差，尤其是在R＝1mm尖化前缘驻点区域。为了消除引线厚度引起的测量误差，采用在Pt薄膜两端镀银膜，通过银薄膜实现铂薄膜和银浆之间的连接，银薄膜厚度在微米量级，对前缘外形没有影响，从而可以提高热流测量的准确性。
(6)在温控炉中对银浆进行如下处理：在150℃条件下持续8分钟进行烘干，后调至550℃持续8分钟对银浆进行烧结。待玻璃基底自然冷却降至常温后，再重复一次上述处理过程。
(7)纯银的电阻率为1.59×10-6Ω·cm，导电性很好。由于直接在玻璃基底上镀银引线薄膜的附着力太差，在直接划痕法的检验下薄膜即发生脱落。采用放入接触金属的方法，在镀银引线前先镀上一层伽马合金打底作为接触金属，可以增加银膜的附着力。因此，在真空离子溅射镀膜机中沿前缘尖部周向镀伽马合金薄膜，后在伽马合金薄膜上镀银薄膜42，将铂薄膜41两端与银浆引线43连接起来。镀银膜时使用的掩膜为“一”字型缝隙掩膜(如图3b所示)，掩膜包括多个缝隙32。掩膜使用方法与镀铂薄膜时不同，需要将掩膜完全贴紧在尖前缘外形的玻璃基底上，底部可调螺钉此时起紧固作用，掩膜缝隙沿前缘的周向。
(8)在银浆43上焊导线，导线长度2m，电阻小于1Ω。在水浴加热设备中并对传感器进行标定，传感器标定温度范围0℃至100℃，并给出电阻温度系数α(/℃)。制作完成的薄膜电阻温度计如图4所示，包括在玻璃基底尖前缘上形成的铂薄膜41、银薄膜42、和银浆43；铂薄膜41作为温度计的敏感部件，银薄膜42、和银浆43一起组成温度计的引线。
本发明采用专用夹具固定尖前缘外形的玻璃基底，并使得掩膜很好地贴合到前缘尖部，掩膜缝隙两边不变形，实现尖前缘玻璃基底尖点部位沿前缘轴线方向的精确镀膜。
本发明的方法中采用在温控炉中对铂薄膜进行热处理，600℃条件下持续4个小时，后降温至160℃持续24小时，使薄膜老化的方式，使得铂薄膜更加牢固和耐冲刷。
为了防止对Pt薄膜的二次污染，将铂薄膜高温热处理和银浆烘干采用不同的温控炉独立进行。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员的公知常识。

Claims (10)

1.一种薄膜电阻温度计的制作方法，所述薄膜电阻温度计用于测量尖前缘驻点热流，其特征在于，包括下列步骤：
(1)清洗玻璃基底，所述玻璃基底包括一个尖前缘；
(2)在玻璃基底的尖前缘沿其长度方向镀铂薄膜；
(3)对铂薄膜进行热处理，使铂薄膜老化；
(4)在玻璃基底上刷涂银浆，对银浆进行烘干和烧结；
(5)在所述尖前缘沿其周向镀伽马合金薄膜，后在伽马合金薄膜上镀银薄膜，通过银薄膜将铂薄膜两端与银浆连接起来。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述步骤(2)中铂薄膜的宽度为0.1mm、长度为5mm。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述步骤(3)通过如下方法实现：在温控炉中对铂薄膜进行热处理，600℃条件下持续4个小时，后降温至160℃持续24小时，使铂薄膜老化。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于：所述温控炉内为氩气环境。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述步骤(4)中银浆宽度为1mm，距离铂薄膜为5mm。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述步骤(5)中镀伽马合金薄膜时间为3分钟，镀银薄膜时间为45分钟。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：银薄膜宽1mm、长10mm。
8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述步骤(2)通过以下方法实现：制作第一掩膜，所述第一掩膜包括多个缝隙；将玻璃基底固定在镀膜夹具上，玻璃基底的尖前缘与镀膜夹具的端面组合成一个平面；将第一掩膜压紧到所述平面；在所述缝隙上形成铂薄膜。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于：所述镀膜卡具包括基底21、压板22、卡口23、侧边可调螺钉24、底部可调螺钉25。
10.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于：所述步骤(5)通过以下方法实现：制作第二掩膜，所述第二掩膜包括多个缝隙；通过所述镀膜夹具将第二掩膜贴紧在尖前缘外形的玻璃基底上；在所述缝隙上先形成伽马合金薄膜后形成银薄膜。
CN201210243759.3A 2012-07-13 2012-07-13 一种薄膜电阻温度计的制作方法 Active CN102749148B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210243759.3A CN102749148B (zh) 2012-07-13 2012-07-13 一种薄膜电阻温度计的制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210243759.3A CN102749148B (zh) 2012-07-13 2012-07-13 一种薄膜电阻温度计的制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102749148A true CN102749148A (zh) 2012-10-24
CN102749148B CN102749148B (zh) 2013-10-30

Family

ID=47029521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210243759.3A Active CN102749148B (zh) 2012-07-13 2012-07-13 一种薄膜电阻温度计的制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102749148B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104458191A (zh) * 2014-12-10 2015-03-25 中国航天空气动力技术研究院 微型薄膜铂电阻热流传感器及其制造方法
CN104458046A (zh) * 2014-12-10 2015-03-25 中国航天空气动力技术研究院 薄膜铂电阻制造方法
CN104931229A (zh) * 2015-06-12 2015-09-23 中国航天空气动力技术研究院 一种测量高超声速流动中表面热流率的集成薄膜传感器
CN115216734B (zh) * 2022-08-09 2024-01-26 中国科学院力学研究所 一种提高铂膜与基底材料结合力的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0570239A2 (en) * 1992-05-14 1993-11-18 Lucas Industries Public Limited Company Thermocouple
CN1303004A (zh) * 2001-02-20 2001-07-11 重庆仪表材料研究所 钢水测温用厚膜快速热电偶及其制造方法
US6692145B2 (en) * 2001-10-31 2004-02-17 Wisconsin Alumni Research Foundation Micromachined scanning thermal probe method and apparatus
CN101324472A (zh) * 2008-07-14 2008-12-17 大连理工大学 嵌入式多层复合薄膜切削温度传感器的制作方法
CN101493360A (zh) * 2009-01-05 2009-07-29 东南大学 尖端曲率半径为微米或纳米级的热电偶及其制作方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0570239A2 (en) * 1992-05-14 1993-11-18 Lucas Industries Public Limited Company Thermocouple
CN1303004A (zh) * 2001-02-20 2001-07-11 重庆仪表材料研究所 钢水测温用厚膜快速热电偶及其制造方法
US6692145B2 (en) * 2001-10-31 2004-02-17 Wisconsin Alumni Research Foundation Micromachined scanning thermal probe method and apparatus
CN101324472A (zh) * 2008-07-14 2008-12-17 大连理工大学 嵌入式多层复合薄膜切削温度传感器的制作方法
CN101493360A (zh) * 2009-01-05 2009-07-29 东南大学 尖端曲率半径为微米或纳米级的热电偶及其制作方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曾其勇等: "化爆材料瞬态切削温度的NiCr/NiSi薄膜热电偶温度传感器的研制", 《机械工程学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104458191A (zh) * 2014-12-10 2015-03-25 中国航天空气动力技术研究院 微型薄膜铂电阻热流传感器及其制造方法
CN104458046A (zh) * 2014-12-10 2015-03-25 中国航天空气动力技术研究院 薄膜铂电阻制造方法
CN104931229A (zh) * 2015-06-12 2015-09-23 中国航天空气动力技术研究院 一种测量高超声速流动中表面热流率的集成薄膜传感器
CN115216734B (zh) * 2022-08-09 2024-01-26 中国科学院力学研究所 一种提高铂膜与基底材料结合力的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102749148B (zh) 2013-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109338290B (zh) 一种用于航空发动机涡轮叶片的薄膜温度传感器
CN102749148B (zh) 一种薄膜电阻温度计的制作方法
EP3321692A1 (en) Air data probe with thin film heating system and method of manufacturing the air data probe
DK3177900T3 (en) SENSORS AND METHODS FOR MANUFACTURING SENSORS
CN106403804B (zh) 一种高温同步补偿薄膜应变计及其制备方法
CN102782258B (zh) 配置成提供热测量的涡轮部件
US20110036160A1 (en) Aeronautical Probe with Integrated Heater
CN110907490B (zh) 一种高导热材料的热导率测试装置及方法
CN104149416B (zh) 一种金属基高温绝缘层及其制备方法
JP2013211436A (ja) 温度調節機能付き電池
CN110987215A (zh) 一种检测热障涂层隔热效果的薄膜温度传感器
CN101819074A (zh) 一种薄膜式热流密度传感器及其制造方法
CN107267944B (zh) 具有温度自补偿的高温薄膜半桥式电阻应变计及制备方法
CN112857439A (zh) 薄膜传感器及其制备方法
JP2014070953A (ja) 温度センサ
CN104458191A (zh) 微型薄膜铂电阻热流传感器及其制造方法
CN103713013B (zh) 测试管状材料轴向导热系数的装置
CN102636282B (zh) 一种高频响薄膜热电极温度传感器及其制备方法
JP2014145655A (ja) 温度センサ
CN203720120U (zh) 一种测试管状材料轴向导热系数的装置
CN207850559U (zh) 一种瞬态热流传感器
CN111141401B (zh) 一种探针式薄膜热电偶及其制备方法
CN104931229A (zh) 一种测量高超声速流动中表面热流率的集成薄膜传感器
CN111975454B (zh) 一种使用薄膜热电阻测量刀具温度的结构与制备方法
CN109781288B (zh) 用于检测激光光斑温度场分布的温度传感器及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant