柴油机活塞表面瞬态温度测试用薄膜传感器的研究

发布时间：2018-01-12 07:39

本文关键词：柴油机活塞表面瞬态温度测试用薄膜传感器的研究　出处：《大连交通大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着科学技术的飞速发展和人们要求的不断提高,各国内燃机设计者和各大生产厂家都在努力加速研究和开发高速大功率柴油机的新产品。而在新产品设计过程中对受热零部件尤其是活塞,进行大量的热负荷分析和研究是至关重要的。测量工作过程中活塞的实际温度是了解活塞受热情况的最直观手段。但是由于活塞工作于恶劣、特殊的环境下,目前普通的测温传感器已难以满足要求。本文研制的薄膜传感器,不但为后续活塞热负荷研究奠定理论基础,同时可为高速大功率柴油机新产品开发提供可靠的参考数据。首先,以温度场有限元分析理论、活塞热分析理论为基础;建立活塞实体模型,采用COSMOSWorks软件划分单元网格,对活塞稳态温度场进行有限元分析得到了温度场分布云图;然后,结合薄膜温度传感器原理和本课题组传感器设计经验,本着完善、优化设计的理念,在保证传感器灵敏度、线性度、响应速度、稳定性等前提下,设计了一种结构尺寸小,更适合现场测量的瞬态温度测试用薄膜传感器;设计NiCr/NiSi丝固定支架,利用高温烧结技术制备不同编号的陶丝元件;设计陶丝元件夹紧片和固定板,采用直流脉冲磁控溅射加射频偏压技术,控制薄膜沉积时间,在每种编号陶丝元件端面制备出三组NiSi薄膜,使其与NiCr丝形成热接点,再利用反应脉冲磁控溅射加射频偏压方法制备Si3N4保护膜,最终完成传感器制作;对陶丝元件表面形貌进行观测,对传感器的NiSi薄膜进行了性能表征;最后,对瞬态温度测试用薄膜传感器进行了静、动态标定研究。通过台阶仪、扫描电子显微镜和能谱分析仪分别对NiSi薄膜的厚度、表面形貌及成分进行了表征。对所研制的薄膜传感器进行静、动态性能标定,结果显示在50°C~400°C范围内其塞贝克系数为41.5μV/K左右,非线性误差不超过0.38%,且与热接点面积,薄膜厚度无关,重复率高且稳定可靠。当热接点薄膜厚度为307nm,其响应时间最短为23.5μs,热接点薄膜厚度越小,薄膜温度传感器动态时间常数越小,而且与热接点面积无关。
[Abstract]:With the rapid development of the science and technology and the increasing demands of the people , the designers of internal combustion engines and the big manufacturers are trying to accelerate the research and development of the new products of high - speed and high - power diesel engines . The shorter the response time is 23.5 . mu.s , the smaller the thickness of the thermal contact film , the smaller the dynamic time constant of the thin film temperature sensor , and is not related to the area of the thermal contact .

【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK423;TP212

【参考文献】