一种铂金薄膜超高速流体测温电阻加工及其封装方法

本发明属于流体测温电阻制作领域，具体涉及一种铂金薄膜超高速流体测温电阻加工及其封装方法。

背景技术：

1、我国在温度测量及控制方面已经形成几种典型的电子元件:丝绕铂电阻、热敏电阻、铂薄膜热敏电阻。国内工业领域大量使用丝绕铂薄膜热电阻测量温度，在丝绕铂薄膜热电阻研究方面积累了长期丰富的经验。但是丝绕铂薄膜热电阻不仅成本昂贵、阻值小灵敏度低、抗机械振动性能差，铂丝线圈在耦合磁场中会产生电流影响测试精度,更加难以适应航天器等特殊部位高阻值、小体积的硬性要求。国内应用热敏电阻作为温度传感器非常普遍，不过热敏电阻存在着一些固有缺陷：热敏电阻测量温区窄，无法适应-180℃～+650℃范围内的测量。为解决宽温区测量问题往往需要多个热敏电阻，因此占用较多测量通道。目前国内铂薄膜热电阻的设计及整体制造工艺报道较少。

2、一般来说，对于低速流体的测温，由于被测介质与传感器之间对流换热系数较小，易于选择合适的传感器。但是对于高速流体，甚至是马赫数接近5的超高速流体，由于超高速流体背后的复杂流场的影响，很难使用现有的测温电阻对超高速流体的瞬态温度进行测量。但是由于实验分析的需要，超高速流体温度的瞬态值一直是工程分析的重要参数，现有技术是对该参数通过间接法进行测量。例如，如需测量因为相转移而发生的超高速流体后方的液膜的温度，我们需要先计算出形成液膜的厚度，然后结合对应液膜的液化潜热间接的计算出液膜的温度。但由于前面提到的超高速流场的复杂性，用间接法对超高速流体温度瞬态值的替代往往很难达到工程技术所需要的精确度。本发明为了直接的测量超高速流体的瞬态温度，获得高精度的瞬态温度值，制作了铂金薄膜超高速流体测温电阻。

技术实现思路

1、本发明的目的是对于高速流体，甚至是马赫数接近5的超高速流体，由于超高速流体背后的复杂流场的影响，很难使用现有的测温电阻对超高速流体的瞬态温度进行测量，用间接法对超高速流体温度瞬态值的替代往往很难达到工程技术所需要的精确度，而提出一种铂金薄膜超高速流体测温电阻加工及其封装方法。这种铂薄膜热电阻能实现高精度超高速流体的的瞬态温度值的测量，测量精度高，装置体积小，可以应用于各种超高速流体装置上。

2、实现本发明目的的技术方案是：

3、一种铂金薄膜超高速流体测温电阻加工及其封装方法，包括如下步骤：

4、1)底片制作：

5、依据绘图软件分别制作第一遮罩模板和第二遮罩模板，将第一遮罩模板和第二遮罩模板分别打印到薄纸上并将薄纸放置在发光板上，确保制作好的第一遮罩模板和第二遮罩模板的镂空部分完全曝光，使用单片胶卷分别对两张薄纸进行拍摄，以捕捉所需的图像，完成拍摄后，对胶卷进行显影，在显影的过程中，第一遮罩模板和第二遮罩模板的镂空部分将呈现透明的效果，而其他部分则呈现为黑色，显影后得到第一底片和第二底片；

6、2)遮罩制作：

7、采用丙酮和乙醇分别对两块镍薄板进行清洗，再用旋转涂覆仪器分别对两块镍薄板两面进行抗蚀剂涂覆，之后在两块镍薄板上面分别覆盖步骤1)得到的第一底片和第二底片，将两块覆盖了第一底片和第二底片的镍薄板均进行时长为12秒的紫外线曝光，曝光后浸入nmd-3显影液，一分钟后曝光部分被显影，曝光形状形成后用蒸馏水洗净镍薄板，再用氮气吹干，干燥后的镍薄板浸入60℃的氯化亚铁溶液中，一小时后曝光部分被溶解，拿出镍薄板并用乙醇液洗净，利用氮气干燥，得到第一遮罩板和第二遮罩板；

8、3)溅镀装置制作：

9、溅镀装置包括由下往上依次叠接的底台、酚醛树脂支座和耐热玻璃底座，底台四角均设有朝上的支柱，支柱上段设有螺纹，支柱上设有与螺纹适配带台阶的支柱螺母，第一遮罩板或第二遮罩板被溶解的四角通孔对应套入支柱上，支柱螺母的台阶处对第一遮罩板或第二遮罩板限位，

10、溅镀装置还包括溅镀器外壳，溅镀器外壳内顶面中部设有喷嘴底座，喷嘴底座上设有一组间隔阵列排布朝下的高能粒子喷嘴，及中心部设有朝下的铂金阳极连接柱，铂金阳极连接柱下端头部设有铂金阳极，铂金阳极底面与支柱上端头面之间设有间距，溅镀器外壳罩住底台、酚醛树脂支座和耐热玻璃底座，高能粒子喷嘴外接电源；

11、4)采用溅射法制作铂薄膜热电阻：

12、4.1)将第一遮罩板对应放置到支柱上，调整支柱螺母，使第一遮罩板平稳，盖上溅镀器外壳，开启溅镀装置中高能粒子喷嘴外接的电源，通过高能粒子喷嘴喷射形成直流高压电场，铂金阳极在直流高压电场的作用下形成的离子流，使离子的动能和动量转移给固体表面的原子，因化学键断裂而飞溅，轰击第一遮罩板从而在耐热玻璃底座形成条状铂金属膜；

13、4.2)关闭高能粒子喷嘴外接的电源，拿开溅镀器外壳，将第一遮罩板取下换上第二遮罩板到支柱上，调整支柱螺母，使第二遮罩板平稳，再盖上溅镀器外壳，开启溅镀装置中高能粒子喷嘴外接的电源，通过高能粒子喷嘴喷射形成直流高压电场，铂金阳极在直流高压电场的作用下形成的离子流，使离子的动能和动量转移给固体表面的原子，因化学键断裂而飞溅，轰击第二遮罩板从而在耐热玻璃底座形成方形铂金属膜；

14、5)封装：

15、条状铂金属膜被固定在耐热玻璃底座的基板表面，耐热玻璃底座两侧是方形铂金属膜形成的方形铂金封端，耐热玻璃底座侧边用铜薄膜导线引出以连接外部电桥，引出导线与铂金封端之间覆盖导电剂形成铂金封边，得到铂薄膜热电阻。

16、所述步骤1)中第一遮罩模板和第二遮罩模板尺寸比第一底片和第二底片尺寸大5倍，其中第一遮罩模板和第二遮罩模板四角均预留位置相同的孔洞，第一遮罩模板中部预留长条孔，第二遮罩模板中部预留间隔的两个方孔，按1：1比例打印第一遮罩模板和第二遮罩模板实际尺寸到两张薄纸上，使用单片胶卷分别对两张薄纸进行拍摄时，调整相机焦距，拍摄得出比两张薄纸缩小5倍的第一底片和第二底片。

17、所述步骤4.1)将第一遮罩板对应放置到支柱上之前，对耐热玻璃底座进行清洗，清洗过程为使用丙酮清洗五分钟，然后用乙醇清洗五分钟，再用蒸馏水洗净并干燥，清洗过程均在超声波清洗装置中进行。

18、所述步骤5)的封装能提高铂薄膜热电阻的防腐蚀能力、机械强度和抗机械振动性能。

19、所述步骤5)得到铂薄膜热电阻后，为使铂薄膜热电阻精细温度测量经历平衡状态到非平衡状态的转变，需要将铂金薄膜电阻搭载一个平衡电桥，铂薄膜热电阻其中一根导线接入增幅器的in+端，并连接串联的两个电阻r2和r3，另一根导线连接可调电阻r1，两根导线的输出均接入增幅器的in-端，最后经增幅器加大信号输出。

20、所述步骤5)得到铂薄膜热电阻后，为补偿测温时导线电阻带来的测量误差，采用三线制接线法，给铂薄膜热电阻其中一端加一根导线，形成铂薄膜热电阻的三根引脚导线，三线制的接法要求三根导线的长度、材质、粗细完全相同，并且处于同样的工作条件，满足：

21、rl1＝rl2＝rl3＝r

22、其中，rl1与电桥的电源端直接相连，rl2和rl3分别串接在电桥的另外两个桥臂上，当电桥平衡时，rt有以下关系式：

23、r2(rt+rl3)＝r1(r3+rl2)

24、

25、当r1＝r2时，则和-r完全抵消，即认为r＝0的电桥平衡完全相同，

26、此时导线电阻r不再会引起铂薄膜热电阻的测量误差。

27、本技术方案具有如下优点:1.可直接获得超高速流体的瞬态温度值。2.由于铂金的独特属性，测量精度高。3.装置体积小，可以应用于各种超高速流体装置上。