专利名称：基于表面改性钨铼热电偶的高温温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于高温测量用的温度传感器，涉及一种适用于^OOK以下短时温度测量 的基于表面改性钨铼热电偶的高温温度传感器。
背景技术：
目前，测量高温气流温度所用的传感器，一般采用钼铑系列的热电偶，所能测量的 最高温度为2000K，而目前在航空、航天、核工业等领域，所涉及的测量温度越来越高，有些 发动机的气流温度已达2600K。由于温度太高，而且气流多为氧化性环境，缺乏有效的准确 的测温手段。
发明内容
本发明的目的是提出一种适用于2600K氧化性气流环境的基于表面改性钨铼热 电偶的高温温度传感器。本发明的技术解决方案是，高温温度传感器包括钨铼热电偶、绝缘 瓷管与保护套管，其特征是，(1)首先以磁控溅射的方式在所述的钨铼热电偶表面镀衬底材料金属Zr，厚度为 0. 1 μ m 0. 2 μ m，再用电子束蒸发的方式在衬底表面镀^O2薄膜，其中，^O2薄膜中掺入 重量百分比为3% 5%的^O3，薄膜的厚度为1 μ m 10 μ m，在真空状态下对镀完薄膜的 钨铼热电偶进行老化处理，在500°C下保温lh，自然冷却；(2)将经过老化处理的钨铼热电偶置入绝缘瓷管中，绝缘瓷管为氧化镁双孔瓷管， 在瓷管的尾部封装耐高温水泥；(3)将绝缘瓷管按照如下之一的方式置入保护套管中，(a)对于单屏蔽滞止式温度传感器，绝缘瓷管的头部与保护套管的出气孔相切，使 绝缘瓷管恰好不堵塞出气孔；(b)对于单屏蔽直吹式温度传感器，钨铼热电偶的热接点中心与保护套管的进气 孔中心、出气孔中心在一条直线上；(4)在保护套管的尾部用耐高温水泥封装。所述保护套管的材料为适用于^OOK以下的钨镧合金或^OOK以下的纯金属钨或 2100K以下的纯金属钼。所述保护套管的材料为高温合金，高温合金的使用温度不低于1300K;在高温合 金保护套管的外表面镀掺入重量百分比为3% 5% Y2O3的纳米，涂层厚度为0. 2mm 0. 3mmο本发明的有益效果是本发明以复合陶瓷材料作为钨铼热电偶的保护膜，防止钨 铼热电偶受到氧化性气氛的侵蚀而导致热电特性发生变化，钨铼热电偶表面经过镀膜处 理，在其表面生长一层复合的耐高温抗氧化的陶瓷材料，保证偶丝的正常使用，同时使用特 殊的保护套管材料，并通过理论分析与数值计算，保证在测量高温气流温度时较小的综合 测温误差，使之能应用于高温气流环境并保持足够的热强度，辅之以适宜的结构，保证温度测量的准确性。它具有耐温高、抗氧化、响应快等优点。
图1是本发明的结构示意图。
具体实施例方式本发明的高温温度传感器，包括保护套管1、绝缘瓷管2与钨铼热电偶3，在所述的 钨铼热电偶3表面镀上耐高温的陶瓷材料；绝缘瓷管2采用氧化镁材料；保护套管1采用金 属钨、金属钼、钨镧合金或高温合金加热障涂层，保护套管1的结构采用单屏蔽滞止式或单 屏蔽直吹式。所述的钨铼热电偶3，表面镀膜的衬底材料为金属Zr，镀膜材料的主要成分为 ZrO2,掺入适量的IO3，作为相稳定剂，膜层的厚度不超过10 μ m,镀膜后偶丝的颜色为灰色 或蓝色。绝缘瓷管2的长度不短于200mm，提高了绝缘效果，克服了其它绝缘瓷管有毒或绝 缘性能差等缺点。保护套管1的材料采用钨、钼等难熔金属材料或钨镧合金，也可采用高温 合金加热障涂层。材料钼适用于温度在2100K以下的情况，钨、钨镧合金以及高温合金加热 障涂层的保护套管材料适用于温度在^OOK以下的情况。钨铼热电偶3的薄膜制备采用磁控溅射和电子束混合镀膜技术。工艺流程如下 表面清洗一烘烤除气一真空镀膜一薄膜老化。表面清洗通过酸碱溶液腐蚀、汽油、酒精、超 声波依次进行。烘烤在100°c的干燥箱中进行，目的是为了除去中间的水分。真空镀膜分三 步进行1.离子轰击，进一步清洗表面残留物并激活表面能以提高结合力。2.磁控溅射镀 膜，利用磁控溅射先镀一层^ ，以增加结合力和提高薄膜的致密性。3.电子束镀&02薄膜， 电子束蒸发镀膜的速度快于磁控溅射镀膜的速度，最终可以制备出厚度约为1 μ m 10 μ m 的&02保护膜，Zr02中掺入3% 5%的Y203作为相稳定剂，以保证&02在温度变化时 不会发生相变而导致比容的变化，避免了膜层早期脱落现象的发生。镀膜完成后要在真空 状态下进行老化处理，即在500°C下保温lh，自然冷却。绝缘瓷管2为氧化镁双孔瓷管，钨 铼热电偶3在装入绝缘瓷管2后，在绝缘瓷管2的后部(低温部位)封装耐高温水泥。对 于金属钨保护套管，通过粉末冶金的方式直接制作成型；钨镧合金保护套管，通过粉末冶金 制作出坯料，然后采用激光打孔，加工出其内孔；金属钼在粉末冶金后，再经过锻造，以提高 其韧性；高温合金加热障涂层保护套管，高温合金的使用温度不低于1300K，热障涂层材料 的主要成分为纳米&02，同时掺入重量百分比为3% 5%的Y203，热障涂层的外观颜色为 纯白色，涂层厚度为0. 2mm 0. 3mm。保护套管1的结构采用单屏蔽滞止式或单屏蔽直吹 式，单屏蔽滞止式适用于气流速度较高的情况，如气流马赫数高于0. 3 ；单屏蔽直吹式适用 于气流速度较低的情况，如气流马赫数低于0. 3。
权利要求
1.一种基于表面改性钨铼热电偶的高温温度传感器，包括钨铼热电偶、绝缘瓷管与保 护套管其特征是，(1)首先以磁控溅射的方式在所述的钨铼热电偶表面镀衬底材料金属^ ，厚度为 0. 1 μ m 0. 2 μ m，再用电子束蒸发的方式在衬底表面镀薄膜，其中，^O2薄膜中掺入 重量百分比为3% 5%的^O3，薄膜的厚度为1 μ m 10 μ m，在真空状态下对镀完薄膜的 钨铼热电偶进行老化处理，在500°C下保温lh，自然冷却；(2)将经过老化处理的钨铼热电偶置入绝缘瓷管中，绝缘瓷管为氧化镁双孔瓷管，在瓷 管的尾部封装耐高温水泥；(3)将绝缘瓷管按照如下之一的方式置入保护套管中，(a)对于单屏蔽滞止式温度传感器，绝缘瓷管的头部与保护套管的出气孔相切，使绝缘 瓷管恰好不堵塞出气孔；(b)对于单屏蔽直吹式温度传感器，钨铼热电偶的热接点中心与保护套管的进气孔中 心、出气孔中心在一条直线上；(4)在保护套管的尾部用耐高温水泥封装。
2.根据权利要求1所述的基于表面改性钨铼热电偶的高温温度传感器，其特征是，所 述保护套管的材料为适用于2600K以下的钨镧合金或^OOK以下的纯金属钨或2100K以下 的纯金属钼。
3.根据权利要求1所述的基于表面改性钨铼热电偶的高温温度传感器，其特征是，所 述保护套管的材料为高温合金，高温合金的使用温度不低于1300K ；在高温合金保护套管 的外表面镀掺入重量百分比为3% 5% Y2O3的纳米，涂层厚度为0. 2mm 0. 3mm。
全文摘要
本发明属于高温测量用的温度传感器，涉及一种适用于2600K以下短时温度测量的基于表面改性钨铼热电偶的高温温度传感器。本发明以复合陶瓷材料作为钨铼热电偶的保护膜，防止钨铼热电偶受到氧化性气氛的侵蚀而导致热电特性发生变化，钨铼热电偶表面经过镀膜处理，在其表面生长一层复合的耐高温抗氧化的陶瓷材料，保证偶丝的正常使用，同时使用特殊的保护套管材料，并通过理论分析与数值计算，保证在测量高温气流温度时较小的综合测温误差，使之能应用于高温气流环境并保持足够的热强度，辅之以适宜的结构，保证温度测量的准确性。它具有耐温高、抗氧化、响应快等优点。
文档编号G01K7/04GK102095517SQ20101055953
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者杨永军, 王毅, 王鹏, 荆卓寅, 赵俭 申请人:中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所
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