一种发动机叶片薄膜温度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种发动机叶片薄膜温度传感器及其制备方法，该传感器包括发动机叶片，在其上依次设有绝缘层和热电偶薄膜，热电偶薄膜由热电偶A和热电偶B搭接而成，搭接部分构成热电偶热端，热电偶A和热电偶B的另一端分别设有焊盘A和焊盘B，二者之间设有用于测量热电偶冷端温度的补偿电阻薄膜。其制备方法包括对发动机叶片进行研磨、清洗；制备绝缘层、热电偶A、热电偶B和补偿电阻薄膜。本发明专利技术发动机叶片薄膜温度传感器具有测量温度高、测量精度高、适用性强等优点，使用价值高，应用前景好，其制备方法具有制备工艺简单、操作方便、成本低廉等优点，适合于大规模制备，利于工业化应用。利于工业化应用。利于工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种发动机叶片薄膜温度传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种发动机叶片薄膜温度传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着航空发动机推重比的提高，其发动机涡轮叶片的转速和工作温度越来越高，而叶片温度测量是叶片设计验证重要的基础试验内容。传统的发动机叶片温度的测量技术通常采用安装热电偶丝的方式，热电偶丝的安装则需要粘接剂来连接叶片和热电偶丝，或者采用焊接将热电偶丝直接焊接在叶片表面。传统的粘贴式温度传感器中粘接材料、方法和工艺的选择对安装性能和测量精度影响较大。比如，粘接层的厚度过厚则影响测量的精度，粘接层厚度过薄又会影响粘接强度性能；粘接层材料和方法的选择直接影响到粘接强度和使用温度。焊接热电偶丝则会破坏叶片表面，造成不可逆损伤，同时热电偶丝凸出叶片表面，干扰叶片周围的热流和温度场，而且存在脱落而损害涡轮系统的风险。为此，研究人员提出了发动机叶片原位制造的薄膜热电偶温度传感器，能很好的解决上述传统粘贴式温度传感器中存在的缺点，然而，现有基于发动机叶片原位制造的薄膜热电偶温度传感器中采用热电偶同质材料或补偿导线作为引线材料，这对容易加工成丝材的热电偶材料而言具有一定的应用，但是对于不容易加工成丝材的热电偶材料则无法采用同质材料作为引线材料，具有一定的应用限制，并且在引线引出端容易引入附加电势差，使得传感器的测温精度受限，测量温度低于1100℃。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种测量温度高、测量精度高、适用性强的发动机叶片薄膜温度传感器，还提供了一种制备工艺简单、操作方便、成本低廉的发动机叶片薄膜温度传感器的制备方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种发动机叶片薄膜温度传感器，所述发动机叶片薄膜温度传感器包括发动机叶片，所述发动机叶片上依次设有绝缘层和热电偶薄膜；所述热电偶薄膜由热电偶A和热电偶B搭接而成，搭接部分构成热电偶热端，作为待测温度点；所述热电偶A和热电偶B的另一端分别设有焊盘A和焊盘B，构成热电偶冷端；所述焊盘A和焊盘B之间设有用于测量热电偶冷端温度的补偿电阻薄膜，作为冷端补偿电阻。
[0006]上述的发动机叶片薄膜温度传感器，进一步改进的，所述补偿电阻薄膜为Pt、NiCr、PtRh中的其中一种薄膜或者为这些材料的复合薄膜；所述补偿电阻薄膜的厚度为0.5μm～10μm。
[0007]上述的发动机叶片薄膜温度传感器，进一步改进的，所述补偿电阻薄膜两端还设有焊盘C；所述焊盘C的材料为Pt、Al、Au中的至少一种；所述焊盘C的厚度为1μm～5μm。
[0008]上述的发动机叶片薄膜温度传感器，进一步改进的，所述焊盘C上连接有补偿电阻引线；所述补偿电阻引线为Pt丝、NiCr丝、Au丝中的至少一种。
[0009]上述的发动机叶片薄膜温度传感器，进一步改进的，所述绝缘层为Al2O3、SiO2、YSZ、Ta2O5中的其中一种薄膜或者为这些材料的复合薄膜；所述绝缘层的厚度为不小于10μm。
[0010]上述的发动机叶片薄膜温度传感器，进一步改进的，所述热电偶A为Pt薄膜；所述热电偶A的厚度为0.5μm～10μm；所述热电偶B为Pt
0.87
Rh
0.13
薄膜或ITO薄膜；所述热电偶B的厚度为0.5μm～10μm。
[0011]上述的发动机叶片薄膜温度传感器，进一步改进的，所述焊盘A的材料为Pt、Al、Au中的至少一种；所述焊盘A的厚度为1μm～5μm。
[0012]上述的发动机叶片薄膜温度传感器，进一步改进的，所述焊盘A上还连接有热电偶引线；所述热电偶引线为Pt丝、NiCr丝、Au丝中的至少一种。
[0013]上述的发动机叶片薄膜温度传感器，进一步改进的，所述焊盘B的材料与焊盘A材质相同；所述焊盘B的厚度为1μm～5μm。
[0014]上述的发动机叶片薄膜温度传感器，进一步改进的，所述焊盘B上还连接有热电偶引线；所述热电偶引线为Pt丝、NiCr丝、Au丝中的至少一种。
[0015]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的发动机叶片薄膜温度传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0016]S1、对发动机叶片进行研磨、清洗处理；
[0017]S2、在发动机叶片表面制备绝缘层；
[0018]S3、在绝缘层上分别制备热电偶A和热电偶B，形成热电偶薄膜；
[0019]S4、在绝缘层上靠近热电偶薄膜冷端处制备补偿电阻薄膜。
[0020]上述的制备方法，进一步改进的，还包括以下步骤：
[0021]S5、在热电偶A和热电偶B的冷端分别制备焊盘A和焊盘B；在补偿电阻薄膜两端制备焊盘C；
[0022]S6、在焊盘A和焊盘B上制备热电偶引线；在焊盘C上制备补偿电阻引线。
[0023]上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，依次采用2000目、3000目、5000目的金相砂纸对对发动机叶片进行研磨，单次研磨的时间为30min；所述清洗为将研磨后的发动机叶片依次置于丙酮和酒精中进行超声清洗，单次超声清洗的时间为15min；
[0024]步骤S2中，采用薄膜沉积方法、丝网印刷方法或喷涂方法制备绝缘层；
[0025]步骤S3中，采用薄膜沉积方法或丝网印刷方法制备热电偶A和热电偶B；
[0026]步骤S4中，采用薄膜沉积方法或丝网印刷方法制备补偿电阻薄膜；
[0027]步骤S5中，采用薄膜沉积方法或丝网印刷方法制备焊盘A、焊盘B和焊盘C；
[0028]步骤S6中，采用浆料烧结或压焊的方式制备热电偶引线和补偿电阻引线。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0030](1)本专利技术提供了一种发动机叶片薄膜温度传感器，包括发动机叶片，发动机叶片上依次设有绝缘层和热电偶薄膜；热电偶薄膜由热电偶A和热电偶B搭接而成，搭接部分构成热电偶热端，作为待测温度点；热电偶A和热电偶B的另一端分别设有焊盘A和焊盘B，构成热电偶冷端；焊盘A和焊盘B之间设有用于测量热电偶冷端温度的补偿电阻薄膜。本专利技术中，发动机叶片在工作状态下，热电偶热端为待测温度点，热电偶冷端焊盘处的温度低于热电偶热端，由于温度差的存在会产生一个热电势输出，通过该热电势就可以精确算出热电偶
热端和冷端之间的温度差，与此同时，热电偶冷端设置的补偿电阻薄膜可以测量冷端焊盘处的温度，即热电偶冷端温度，进而通过冷端的温度、冷端和热端之间的温度差，获得热电偶热端的实际温度，由此实现温度测量。与现有常规薄膜温度传感器相比，本专利技术发动机叶片薄膜温度传感器中，在热电偶冷端设置用于测量温度的补偿电阻薄膜，具有以下特点：
①
补偿电阻薄膜，作为一个薄膜测温电阻，所测得的温度可以作为热电偶冷端温度的补偿，不会产生因同质材料引线导入的附加热电势误差，有利于提高测量温度和测量精度；
②
通过设置补偿电阻薄膜，任何高温导体均可以作为信号引出导线，不需要使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机叶片薄膜温度传感器，其特征在于，所述发动机叶片薄膜温度传感器包括发动机叶片，所述发动机叶片上依次设有绝缘层和热电偶薄膜；所述热电偶薄膜由热电偶A和热电偶B搭接而成，搭接部分构成热电偶热端，作为待测温度点；所述热电偶A和热电偶B的另一端分别设有焊盘A和焊盘B，构成热电偶冷端；所述焊盘A和焊盘B之间设有用于测量热电偶冷端温度的补偿电阻薄膜，作为冷端补偿电阻。2.根据权利要求1所述的发动机叶片薄膜温度传感器，其特征在于，所述补偿电阻薄膜为Pt、NiCr、PtRh中的其中一种薄膜或者为这些材料的复合薄膜；所述补偿电阻薄膜的厚度为0.5μm～10μm。3.根据权利要求2所述的发动机叶片薄膜温度传感器，其特征在于，所述补偿电阻薄膜两端还设有焊盘C；所述焊盘C的材料为Pt、Al、Au中的至少一种；所述焊盘C的厚度为1μm～5μm；所述焊盘C上连接有补偿电阻引线；所述补偿电阻引线为Pt丝、NiCr丝、Au丝中的至少一种。4.根据权利要求1～3中任一项所述的发动机叶片薄膜温度传感器，其特征在于，所述绝缘层为Al2O3、SiO2、YSZ、Ta2O5中的其中一种薄膜或者为这些材料的复合薄膜；所述绝缘层的厚度为不小于10μm。5.根据权利要求1～3中任一项所述的发动机叶片薄膜温度传感器，其特征在于，所述热电偶A为Pt薄膜；所述热电偶A的厚度为0.5μm～10μm；所述热电偶B为Pt
0.87
Rh
0.13
薄膜或ITO薄膜；所述热电偶B的厚度为0.5μm～10μm。6.根据权利要求5所述的发动机叶片薄膜温度传感器，其特征在于，所述焊盘A的材料为Pt、Al、Au中的至少一种；所述焊盘A...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，车颜贤，余浪，周国方，丁玎，何峰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十八研究所，
类型：发明
国别省市：