一种具备高灵敏度系数的新型原子层热电堆热流传感器的制作方法

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本实用新型属于热流传感器技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种具备高灵敏度系数的新型原子层热电堆热流传感器。


背景技术：

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边界层转捩是经典力学遗留的少数基础科学问题之一，与湍流问题一起称为“世纪难题”。对于高超声速飞行，高超声速边界层由层流变为湍流后，壁面热流和摩擦力都会急剧增加。因此，对高超声速边界层转捩的理论和实验研究是认识转捩机理从而进一步达到对转捩进行控制的重要手段。结合对当前高超声速边界层转捩理论研究的认知，来流扰动的演化和发展被认为是边界层转捩机理的核心。相应地，风洞实验研究中也越来越关注诸如高频脉动热流的测试与分析。常规高超声速风洞、高超声速静音风洞常用的流场状态下气流总温不高，相应的风洞试验中热流小；对于这类侵入式的热流测试方式，为了减弱传感器对流场的影响，往往希望传感器尺寸做的尽量小。因此，在相同传感器尺寸下，采用物理放大测试信号的方式可以获得更高灵敏度系数的传感器，可用于有更低热流的风洞试验环境；对于更小尺寸的传感器，通过物理放大测试信号使得传感器灵敏度系数不至于太低，亦能满足测试需求。


技术实现要素：

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本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
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为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种具备高灵敏度系数的新型原子层热电堆热流传感器，包括：
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基座，其表面设置有电绝缘氧化层，基座侧面开设有导线槽，基座上端面开设有与所述导线槽连通的引线孔ⅱ；
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敏感元件，其粘接固定在所述基座的上端面；封装套，其套设在所述基座外部；银导线，其固定设置在所述导线槽内；
[0007]
所述敏感元件的结构包括：
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圆形倾斜取向的钛酸锶晶片，其上开设有与引线孔ⅱ重合对准的引线孔ⅰ，且钛酸锶晶片表面沉积有至少两个钇钡铜氧化物薄膜，通过晶胞特征参数匹配实现钇钡铜氧化物薄膜在倾斜取向的钛酸锶晶片上取向生长；所述钇钡铜氧化物薄膜之间通过导电金膜首尾串联连接；
[0009]
两个引线金膜，其一端与所述钇钡铜氧化物薄膜相接，另一端覆盖所述引线孔ⅰ周围区域；所述银导线穿过引线孔ⅱ和引线孔ⅰ，并与所述引线金膜电导通。
[0010]
优选的是，其中，所述银导线端面与敏感元件外表面平齐。
[0011]
优选的是，其中，所述基座优选为铝合金基座。
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优选的是，其中，所述封装套优选为聚醚醚酮封装套、氮化硅陶瓷封装套、氧化铝
陶瓷封装套或氮化硅陶瓷封装套中的一种。
[0013]
优选的是，其中，所述银导线通过胶水粘接固定在导线槽内；所述银导线与引线金膜之间通过导电银浆实现电导通。
[0014]
本实用新型至少包括以下有益效果：本实用新型提供了一种具备高灵敏度系数的新型原子层热电堆热流传感器，由此能够满足激波风洞、常规高超声速风洞以及高超声速静音风洞等试验环境下进行高频脉动热流测试对传感器尺寸小和灵敏度系数高的要求，其有益结果是：传感器输出是物理放大，在相同尺寸条件下，传感器灵敏度系数更高，可用于测试更低的热流；在更小尺寸要求下，传感器灵敏度系数不至于过低，可减少由于侵入式传感器对局部流场的影响。
[0015]
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
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图1为本实用新型提供的具备高灵敏度系数的新型原子层热电堆热流传感器敏感元件结构示意图；
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图2为本实用新型提供的具备高灵敏度系数的新型原子层热电堆热流传感器封装结构示意图。
具体实施方式：
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下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0019]
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0020]
如图1-2所示：本实用新型的一种具备高灵敏度系数的新型原子层热电堆热流传感器，包括：
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基座8，其表面设置有电绝缘氧化层，基座8侧面开设有导线槽10，基座8上端面开设有与所述导线槽10连通的引线孔ⅱ11；
[0022]
敏感元件6，其粘接固定在所述基座8的上端面；封装套7，其套设在所述基座8外部；银导线9，其固定设置在所述导线槽10内；
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所述敏感元件的结构包括：
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圆形倾斜取向的钛酸锶晶片4，其上开设有与引线孔ⅱ11重合对准的引线孔ⅰ3，且钛酸锶晶片4表面沉积有三个钇钡铜氧化物薄膜1，通过晶胞特征参数匹配实现钇钡铜氧化物薄膜1在倾斜取向的钛酸锶晶片4上取向生长；所述钇钡铜氧化物薄膜1之间通过导电金膜2实现两两首尾串联连接；
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两个引线金膜5，其一端与所述钇钡铜氧化物薄膜1相接，另一端覆盖所述引线孔ⅰ3周围区域；所述银导线9穿过引线孔ⅱ11和引线孔ⅰ3，并与所述引线金膜5电导通。
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工作原理：本新型原子层热电堆热流传感器用于将与高频热流测试直接相关的电信号从激波风洞、常规高超声速风洞中引出，根据钇钡铜氧化物薄膜1在梯度温度场下的电输出特性，利用导电金膜2将三处钇钡铜氧化物薄膜1两两首尾串联，因此本原子层热电堆
热流传感器具有很高的灵敏度系数；在三个钇钡铜氧化物薄膜1上下表面存在温度梯度的情况下，由于横向塞贝克效应，产生一个横向并垂直于钇钡铜氧化物薄膜1上下表面温度梯度方向的热电势；银导线9与敏感元件6的引线金膜2导通，将钇钡铜氧化物薄膜1串联后产生的放大输出传输到数据采集设备中；基座8为敏感元件6提供了固定机构，起着固定、支撑和保护敏感元件6的作用；在相同尺寸条件下，传感器灵敏度系数更高，可用于测试更低的热流；在更小尺寸要求下，传感器灵敏度系数不至于过低，可减少由于侵入式传感器对局部流场的影响；封装套7能进一步形成对敏感元件的保护以及在传感器使用过程中达到与试验模型电绝缘的目的。由此获得的新型原子层热电堆热流传感器需要经过静态标定获得其灵敏度系数，可利用激波管等脉冲型实验设备对其动态响应时间等参数进行动态标定。
[0027]
在上述技术方案中，所述银导线9端面与敏感元件6外表面平齐。
[0028]
在上述技术方案中，所述基座8优选为铝合金基座，且铝合金基座经阳极化表面处理制得了一层电绝缘氧化层。
[0029]
在上述技术方案中，所述封装套7优选为聚醚醚酮封装套、氮化硅陶瓷封装套、氧化铝陶瓷封装套或氮化硅陶瓷封装套中的一种。
[0030]
在上述技术方案中，所述银导线9通过胶水粘接固定在导线槽10内；所述银导线9与引线金膜5之间通过导电银浆实现电导通。
[0031]
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
[0032]
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。