航天器用薄膜温度传感器的研制及性能研究
发布时间：2021-12-16 20:08
飞行器以高超声速飞行时瞬间温升可达1 600℃以上,为了保证飞行器的可靠和运行安全,准确实时测量热防护系统表面温度显得尤为重要。针对高温环境实时测温的技术难题,结合磁控溅射技术和陶瓷烧结技术,提出了一种引线和传感器基底一体化的微小型高温薄膜温度传感器结构。采用高温检定炉对传感器陶瓷基底的高温绝缘性进行了测试,并使用多种微观形貌表征方法对传感器主要结构材料进行筛选,得到薄膜温度传感器制备所需的最佳材料组合。进行了薄膜温度传感器静态标定和综合性能高温考核试验,结果表明,所研制传感器灵敏度、重复性的变化与标准热电偶基本保持一致,在实际环境温度低于1 500℃时,传感器测量误差不超过4‰,可在1 200℃高温环境中连续准确测温6h以上,且测温上限高达1 800℃,验证了该传感器在高温环境中进行测温的可行性和实用性,为航天器表面温度测量和热防护系统优化提供科学依据。
【文章来源】：航空学报. 2020,41(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
薄膜温度传感器结构
在试验过程中，控制炉膛温度由300℃开始，每升高100℃保温30 min，待炉温稳定后，记录陶瓷绝缘基底在各温度点处的电阻值，直至最高炉温1 200℃。利用Origin软件对测得的实验数据进行拟合处理，结果如图3所示。图3 绝缘电阻测量曲线
图2 绝缘电阻测量试验装置从图3的试验测量结果可以看出，随着炉膛温度不断升高，陶瓷绝缘基底的电阻值呈现指数下降趋势，且下降速率逐渐变缓。在温度由300℃升高至1 200℃的过程中，陶瓷绝缘基底的电阻值由1.23×1011Ω降至1.18×106Ω。按照国标对仪表绝缘基底电阻值应不小于1 MΩ的要求，采用高纯度氧化铝陶瓷作为薄膜温度传感器的基底材料是可行的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Design of on-board calibration methods for a digital sun sensor based on Levenberg–Marquardt algorithm and Kalman filters[J]. Ali RAHDAN,Hossein BOLANDI,Mostafa ABEDI. Chinese Journal of Aeronautics. 2020(01)
[2]热电偶传感器温控系统误差研究[J]. 薛光辉,柴敬轩. 中国测试. 2019(09)
[3]Infrared radiation characteristics of a hypersonic vehicle under time-varying angles of attack[J]. Qinglin NIU,Zhichao YUAN,Biao CHEN,Shikui DONG. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(04)
[4]面向弹道优化的高超声速再入飞行器模态稳定性分析[J]. 雍恩米,刘深深,程艳青,钱炜祺. 航空学报. 2019(07)
[5]Probe design for measuring total temperature of combustor outlet based on water cooling[J]. ZHAO Kai,LI Feng,L Fuguo,ZHOU Tao,YANG Hongyu. 航空动力学报. 2018(09)
[6]综合载荷环境下高超声速飞行器结构多场联合强度试验技术[J]. 邹学锋,郭定文,潘凯,屈超,陶永强,张旭东. 航空学报. 2018(12)
[7]高速动车组轴温测量用特种结构薄膜传感器的研制[J]. 崔云先,胡晓勇,薛帅毅,刘义,牟瑜. 中国机械工程. 2018(01)
[8]航天器表面瞬态测温用薄膜热电偶的研制[J]. 李振伟,董景龙,刘畅,刘泽元,朱熙,顾磊. 航天器环境工程. 2017(04)
[9]NiCr高温薄膜电阻应变计制备及耐高温性能研究[J]. 崔云先,张子超,丁万昱,胡晓勇,张启翔. 仪器仪表学报. 2016(07)
[10]钨铼热电偶在航天器真空热试验中的应用[J]. 安万庆,柳晓宁,赵翔宇,朱熙. 航天器环境工程. 2016(02)
硕士论文
[1]等静压成型99氧化铝陶瓷及其抗折强度的Weibull分析[D]. 傅滟.济南大学 2014
本文编号：3538748
【文章来源】：航空学报. 2020,41(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
薄膜温度传感器结构
在试验过程中，控制炉膛温度由300℃开始，每升高100℃保温30 min，待炉温稳定后，记录陶瓷绝缘基底在各温度点处的电阻值，直至最高炉温1 200℃。利用Origin软件对测得的实验数据进行拟合处理，结果如图3所示。图3 绝缘电阻测量曲线
图2 绝缘电阻测量试验装置从图3的试验测量结果可以看出，随着炉膛温度不断升高，陶瓷绝缘基底的电阻值呈现指数下降趋势，且下降速率逐渐变缓。在温度由300℃升高至1 200℃的过程中，陶瓷绝缘基底的电阻值由1.23×1011Ω降至1.18×106Ω。按照国标对仪表绝缘基底电阻值应不小于1 MΩ的要求，采用高纯度氧化铝陶瓷作为薄膜温度传感器的基底材料是可行的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Design of on-board calibration methods for a digital sun sensor based on Levenberg–Marquardt algorithm and Kalman filters[J]. Ali RAHDAN,Hossein BOLANDI,Mostafa ABEDI. Chinese Journal of Aeronautics. 2020(01)
[2]热电偶传感器温控系统误差研究[J]. 薛光辉,柴敬轩. 中国测试. 2019(09)
[3]Infrared radiation characteristics of a hypersonic vehicle under time-varying angles of attack[J]. Qinglin NIU,Zhichao YUAN,Biao CHEN,Shikui DONG. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(04)
[4]面向弹道优化的高超声速再入飞行器模态稳定性分析[J]. 雍恩米,刘深深,程艳青,钱炜祺. 航空学报. 2019(07)
[5]Probe design for measuring total temperature of combustor outlet based on water cooling[J]. ZHAO Kai,LI Feng,L Fuguo,ZHOU Tao,YANG Hongyu. 航空动力学报. 2018(09)
[6]综合载荷环境下高超声速飞行器结构多场联合强度试验技术[J]. 邹学锋,郭定文,潘凯,屈超,陶永强,张旭东. 航空学报. 2018(12)
[7]高速动车组轴温测量用特种结构薄膜传感器的研制[J]. 崔云先,胡晓勇,薛帅毅,刘义,牟瑜. 中国机械工程. 2018(01)
[8]航天器表面瞬态测温用薄膜热电偶的研制[J]. 李振伟,董景龙,刘畅,刘泽元,朱熙,顾磊. 航天器环境工程. 2017(04)
[9]NiCr高温薄膜电阻应变计制备及耐高温性能研究[J]. 崔云先,张子超,丁万昱,胡晓勇,张启翔. 仪器仪表学报. 2016(07)
[10]钨铼热电偶在航天器真空热试验中的应用[J]. 安万庆,柳晓宁,赵翔宇,朱熙. 航天器环境工程. 2016(02)
硕士论文
[1]等静压成型99氧化铝陶瓷及其抗折强度的Weibull分析[D]. 傅滟.济南大学 2014
本文编号：3538748
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