一种薄膜热电偶两分层温度传感器的制作方法

本实用新型属于温度传感器领域。

背景技术：

对固体材料内部不同深度位置的温度进行测量，测量范围-40℃～1100℃内，测温元件用的最多的是传统的K型热电偶，并使其直接放入固体材料内部打好的孔内，将热电偶与固体材料的被测位置接触后，经过一段时间的热传导，达到热平衡后，热电偶就可以测得固体材料该位置的温度。首先传统的K型热电偶技术虽然比较成熟，但是响应时间较慢，误差较大。其次，直接将热电偶置入固体材料中进行测试的方法在装配时较为复杂，并且准确度不高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种薄膜热电偶两分层温度传感器，用薄膜热电偶作为测温元件，测量固体材料内部两处不同深度测点处的温度，薄膜热电偶具有质量轻，响应时间短的优点，可以大大提高传感器的测量准确度。解决了传统热电偶响应较慢，以及直接测量材料内部不同深度温度的装配难以操作的问题。

本实用新型的技术方案是：一种薄膜热电偶两分层温度传感器，包括测温元件和传感器结构体，其特征是：测温元件是薄膜热电偶型测温元件，薄膜热电偶包括硅衬底以及在硅衬底上溅射的两层薄膜，两层薄膜分别与各自相同材料的偶丝连接，两层薄膜交接处形成热结点，热结点处对传感器探头内部两处不同深度测点处的温度进行测量。

一种薄膜热电偶两分层温度传感器，其特征是：薄膜热电偶包括硅衬底以及在硅衬底上溅射的NiCr薄膜和NiSi薄膜，NiCr薄膜与一个偶丝连接，NiSi薄膜与另一个偶丝连接，NiCr薄膜和NiSi薄膜交接处形成一个热结点，热结点处对传感器探头内部两处不同深度测点处的温度进行测量。

其中Ni：Cr质量比为90:10；Ni：Si质量比为97:3。

其中，一个偶丝的材料是NiCr；另一个偶丝的材料是NiSi。

传统的热电偶是将两根不同材料的偶丝端头焊接，形成一个接触点用来测温。

本实用新型利用磁控溅射法在硅衬底上溅射两层薄膜，两层薄膜分别与各自相同材料的热电偶连接，两层薄膜交接处形成热结点，用这种方法制作的薄膜热电偶作为测温元件，可以有效地提高测温精度和响应速度。其次，将薄膜热电偶分层温度传感器置入材料内部进行测温，可以极大地降低装配难度，并可以在装配到固体材料之前对薄膜热电偶的深度进行红外检测，对测试精度进行单独测试，在传感器合格的情况下再安装到被测材料内部，大大提高了测试的准确性。

附图说明

图1是薄膜两分层温度传感器结构图。

图2是薄膜热电偶结构图。

图3是薄膜两分层温度传感器侧视剖面图。

图中1-热结点，2-NiSi薄膜，3-NiCr薄膜，4-硅衬底，5-NiSi偶丝，6-NiCr偶丝，7-热电偶，8-探头支座，9-高温胶，10-传感器外壳，11-压板，12-螺钉，13-偶丝电缆，14-电连接器，15-紧定螺钉。

具体实施方式

如图2所示，首先，采用磁控溅射法制作薄膜热电偶，以硅片4作为衬底，在硅衬底4上先用磁控溅射法镀一层NiCr(Ni：Cr质量比为90:10)薄膜3和NiSi(Ni：Si质量比为97:3)薄膜2，NiCr薄膜3与偶丝6连接，偶丝6材料同为NiCr；NiSi薄膜2与偶丝5连接，偶丝5材料同为NiSi。NiCr薄膜3和NiSi薄膜2交接处形成一个热结点1，热结点1处就可以测试温度，形成一个薄膜K型热电偶，将温度信号转化为电压信号输出。

如图1、图3所示，将探头支座8内根据测点深度位置打两个不同深度的孔，将两只薄膜热电偶7分别放入两个孔中，并使热电偶热结点处与孔底有良好接触。热电偶7后端偶丝用聚四氟乙烯保护套包裹住，并外加屏蔽层形成偶丝电缆13，这样传感器可以在湿热环境下进行使用。将材料为06Cr19Ni10的传感器外壳10用紧定螺钉15固定在探头支座8上，使两者形成一个完整的整体。用高温胶9将壳体内部的空腔填满，使偶丝电缆13能够稳定地固定在壳体内部，在振动或者冲击时不会影响薄膜热电偶7的测温性能。将压板11用螺钉12固定在传感器外壳10的上部，使传感器内部完全封闭，提高可靠性。偶丝电缆13从压板11与传感器外壳10开口处引出，与电连接器14连接，电连接器14与变换器连接，变换器可以将热电偶输出的两路mV级信号进行放大，输出两路V级信号，就可以实现对两路温度进行测量，从而实现用薄膜热电偶对固体材料内部两处不同深度的温度进行测量的目的。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。