基于温度外推法的薄膜热电偶静态特性标定方法研究

发布时间：2020-09-16 15:09

　　 薄膜热电偶(Thin-film Thermocouple,TFTC)因其响应速度快、体积小,能实现高时空分辨率表面测温。薄膜热电偶静态特性准确标定是高精度瞬态表面测温的前提。但标准热电偶静态标定方法因其标定时的温度分布与应用时的区别较大,不适用于薄膜热电偶,研究薄膜热电偶静态标定方法具有科学研究价值和工程应用意义。为解决这一问题,本文提出基于温度外推法和激光加热技术的薄膜热电偶静态标定方法,包括如下内容:第一,基于圆筒壁稳态导热模型设计了集成薄膜金铂热电偶和薄膜铂电阻的自标定薄膜温度传感器;仿真薄膜热电偶静态标定过程,分析标定时传感器温度分布;得到推算模型,研究对流强度对温度场的影响,为基于温度外推法的薄膜热电偶静态特性标定奠定理论基础。第二,采用电子印刷工艺制备自标定薄膜温度传感器,选择金、铂浆料和氧化铝作为电极和基底材料,电极薄膜膜厚25μm,圆形基底厚0.36mm、直径为22mm。第三,分别搭建薄膜铂电阻和薄膜热电偶标定系统;设计信号处理电路和上位机采集程序,通过交流激励和正交解调技术实现同步测量薄膜铂电阻阻值和薄膜热电偶热电势。第四,将激光加载至薄膜热电偶热结点上,根据推算模型及两个已标定薄膜铂电阻推算热结点温度,结合薄膜热电偶热电势计算塞贝克系数;研究对流强度对标定结果的影响并测试该方法的重复性。结果表明:基于温度外推和激光加热技术可实现室温至200℃的薄膜热电偶静态标定,温度梯度主要集中于热电极;标定得到的薄膜热电偶静态特性接近标准热电偶静态特性,但因两者材料、制备工艺有差异,温度一定时薄膜热电偶热电势略低于标准热电偶;一定范围内对流强度变化不影响薄膜热电偶温度场分布规律,说明该方法具有较好的环境适应性,且重复性良好,验证了该方法的可行性和有效性。
【学位单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH811
【部分图文】：

电阻同置于计量炉内，如图 1.1 所示，固定冷端温度下，由标准铂电阻测得标定温度，建立热电偶的热方法标定微小尺寸薄膜热电偶时，整个传感器被置梯度主要集中在补偿导线上，与薄膜热电偶应用时现有效标定，影响薄膜热电偶在实际应用中的测温确的薄膜热电偶静态标定方法，才能准确评价其静温精度。

中国计量大学硕士学位论文薄膜热电偶上温度梯度也较小，而补偿导线上的温度梯度则相对较大。在应用中，当薄膜热电偶的热结点周围被加热，引脚处的温度接近冷端温度度梯度主要集中在薄膜热电偶的热端与引脚之间。标定时与实际应用时的梯度分布不一致，薄膜热电偶产生热电势也不同。

图 1.3 增长电极的薄膜热电偶静态标定系统除了标准热电偶静态标定方法外，部分学者采用非标准标定方法实现偶静态特性标定。2010 年，Mukherjee[44]等人用特制的装置标定薄膜热特性。采用接触面积较小的加热器仅加热薄膜热电偶热端，热电极与温器控制温度，增大薄膜热电偶上的温度梯度。使用补偿导线连接至，并用商用热电偶分别测量薄膜热电偶冷热端温度，得到薄膜热电偶。2013 年，Cao[45]等人设计了一套由帕尔贴控制薄膜热电偶冷热端温特性标定系统，由温度计分别测量薄膜热电偶冷热端温度实现静态标方法都采用普通丝式热电偶测温，然而薄膜热电偶热结点的尺寸远小式热电偶热结点尺寸，测温时两个热结点间存在温差。此外，接触式测温时会影响薄膜热电偶热结点处的温度分布，故使用普通丝式热电温度与薄膜热电偶热结点上的温度并不相等。当前，对于薄膜热电偶静态标定方法的不足已有不少学者在研究改进法准确标定薄膜热电偶静态特性，且相比关于薄膜热电偶应用和制备

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本文编号：2820006