薄膜温度传感器的研制

发布时间：2017-07-02 08:08

  本文关键词：薄膜温度传感器的研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 本课题属于切削温度测试研究领域，得到辽宁省自然科学基金项目的支持，项目编号(20062143)和辽宁省教育厅高校科技计划的支持，，项目编号(05L023)。 在切削机理研究中，切削温度的测量与控制是切削加工科研和生产中的重要课题，同时由于其具有变化快，难以实现实时测量等特点。因此也是一个不易解决的难题。本文采用磁控溅射技术制备了薄膜温度传感器并将其用于切削温度的测量，因为薄膜热电偶能直接测量切削温度，而且响应时间一般为ms级，甚至能够达到μs级别，因此准确性和可靠性较高。 本课题组曾先后采用多弧离子镀和磁控溅射技术在刀具上制备了NiSi／NiCr薄膜热电偶来监测切削温度以确保安全生产，本文研究的对象是薄膜温度传感器的研制、加工，以实现切削温度动态测量。 论文的主要内容包括：薄膜热电偶温度传感器设计与制作，磁控溅射方法制备热电偶的电极，静态标定、动态标定及切削温度测量实验以及有限元分析等。 其中动态标定采用可调功率脉冲激光器产生的合适脉冲作为热源，调节热量以获得合适的激光脉冲，并垂直照射到薄膜热电偶的镀膜层表面，膜层表面再瞬时吸收激光以获得与薄膜热电偶动态特性相适应的瞬态高温，并以热传导的方式向薄膜内部传递，使热电偶感受到温升并产生电压信号输出。试验结果表明，传感器动态响应能力好，时间常数能够达到0.5ms。 文章采用有限元分析软件ANSYS对切削温度的分布和变化规律进行了有限元仿真，并通过实验验证。
【关键词】：薄膜热电偶 切削温度 磁控溅射 有限元
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH811
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-27
• 1.1 论文选题背景及其研究意义8-9
• 1.2 切削温度测量的国内外研究概况及发展趋势9-17
• 1.2.1 自然热电偶法9-10
• 1.2.2 人工热电偶法10
• 1.2.3 半人工热电偶法10-11
• 1.2.4 薄膜热电偶法11-15
• 1.2.5 红外辐射测温法15-17
• 1.3 溅射薄膜沉积技术简介17-24
• 1.3.1 溅射现象18
• 1.3.2 典型溅射沉积方法18-21
• 1.3.3 反应溅射21-23
• 1.3.4 偏压溅射23
• 1.3.5 微波ECR等离子体源增强溅射23-24
• 1.4 本文研究的主要内容及组织结构24-27
• 2 总体方案设计27-33
• 2.1 系统的工作原理27-28
• 2.2 温度信号的获取28-29
• 2.3 数据采集板的选择及其应用29-30
• 2.4 信号调理电路的设计30-32
• 2.5 系统软件的设计32-33
• 3 薄膜热电偶温度传感器的研制33-49
• 3.1 薄膜热电偶的工作原理33-38
• 3.1.1 热电效应的产生和组成33-36
• 3.1.2 热电偶测温的四个重要定律36-38
• 3.2 测温传感器的结构设计38-41
• 3.2.1 前刀面测温刀片39-40
• 3.2.2 后刀面测温刀片40-41
• 3.3 有限元分析41-44
• 3.4 信号调理电路及补偿方法的设计44-46
• 3.4.1 正负压固定输出式稳压电源44-45
• 3.4.2 冷端补偿方法45-46
• 3.4.3 低通滤波和陷波电路46
• 3.5 系统软件的设计46-49
• 4 绝缘膜及热电偶的制作49-57
• 4.1 绝缘膜的制作49-54
• 4.1.1 微波ECR射频反应磁控溅射原理49-51
• 4.1.2 溅射沉积SiO_2绝缘薄膜过程51-52
• 4.1.3 绝缘膜沉积过程中的工艺参数选择52-54
• 4.1.4 SiO_2薄膜电性能分析与膜厚测试54
• 4.2 热电偶膜的制作与热电偶膜的性能测试54-57
• 5 热电偶的标定及切削实验57-67
• 5.1 薄膜热电偶的静态标定57-60
• 5.1.1 静态标定时的注意事项57-58
• 5.1.2 具体静态标定过程58-59
• 5.1.3 静态标定结果59-60
• 5.2 薄膜热电偶的动态标定60-62
• 5.3 传感器误差分析62-63
• 5.4 切削实验63-67
• 结论67-68
• 参考文献68-71
• 附录A 部分实物照片71-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74-75

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