本發(fā)明屬于熱流測(cè)量及高超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種鉑薄片熱電阻熱流傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、高超聲速風(fēng)洞測(cè)熱試驗(yàn)主要用于獲取試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻娴臒崃鞣植迹瑸轱w行器氣動(dòng)熱環(huán)境評(píng)估、防熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)等提供輸入。目前常見(jiàn)的高瞬態(tài)熱流傳感器主要有同軸熱電偶和薄膜熱電阻兩種。其中，薄膜熱電阻因尺寸小、靈敏度系數(shù)高、響應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用。

2、現(xiàn)有薄膜熱電阻主要采用的是磁控濺射等物理氣相沉積（pvd）技術(shù)生成的約500nm厚的鉑薄膜作為敏感元件，但受pvd工藝參數(shù)穩(wěn)定性、靶室環(huán)境污染、基底光潔度等因素影響，鉑薄膜與基底之間的結(jié)合力、鉑薄膜自身致密度以及物理性能的一致性都相對(duì)較差，傳感器使用前的批量標(biāo)定數(shù)據(jù)偏離顯著，在高超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)使用中容易被沖刷減薄導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，嚴(yán)重時(shí)甚至被沖刷脫落，損壞率高，降低試驗(yàn)效率和增加試驗(yàn)成本。

3、鑒于以上不足，采用微米量級(jí)厚度的鉑薄片來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)薄膜，提高測(cè)熱敏感元件性能的穩(wěn)定性，并且保持熱流測(cè)量分辨率和響應(yīng)頻率與傳統(tǒng)鉑薄膜熱電阻相當(dāng)。結(jié)合飛秒激光的焊接、冷去除等加工技術(shù)，發(fā)明了一種鉑薄片熱電阻熱流傳感器制備方法，通過(guò)該方法制備的新型鉑電阻熱流傳感器既能提高測(cè)量數(shù)據(jù)的一致性，還大幅提升測(cè)熱敏感元件的耐沖刷性能，進(jìn)而提高高超聲速風(fēng)洞測(cè)熱試驗(yàn)質(zhì)量和效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和優(yōu)點(diǎn)，提供了一種鉑薄片熱電阻熱流傳感器，包括：

3、傳感器底座；

4、基底，其固定設(shè)置在所述傳感器底座的上表面；

5、鉑薄片線條，其為同向雙螺旋線狀結(jié)構(gòu)，所述鉑薄片線條固定設(shè)置在所述基底的上表面；

6、兩條導(dǎo)電膜，其分別與所述鉑薄片線條的兩端相接，且所述導(dǎo)電膜緊貼所述傳感器底座、基底的表面；

7、兩根信號(hào)線，其分別與所述導(dǎo)電膜相接。

8、優(yōu)選的是，其中，所述基底為圓柱結(jié)構(gòu)，所述基底的材質(zhì)為可透激光氧化鋯單晶，所述基底的直徑為2mm，厚度為2mm。

9、優(yōu)選的是，其中，所述基底的上表面和下表面為光潔面。

10、優(yōu)選的是，其中，所述鉑薄片線條的厚度為1μm~5μm。

11、優(yōu)選的是，其中，所述導(dǎo)電膜材質(zhì)為導(dǎo)電銀漿。

12、優(yōu)選的是，其中，所述傳感器底座的材質(zhì)為氧化鋯單晶。

13、優(yōu)選的是，其中，所述信號(hào)線為銅芯導(dǎo)線。

14、一種鉑薄片熱電阻熱流傳感器的制備方法，包括以下步驟：

15、步驟一、將塊狀金屬鉑輥壓為片狀的金屬鉑片，然后將金屬鉑片通過(guò)激光焊接到基底的上表面；再通過(guò)激光冷切割將片狀的金屬鉑片切割為同向雙螺旋線狀結(jié)構(gòu)，得到鉑薄片線條；

16、步驟二、將焊接有鉑薄片線條的基底與傳感器底座通過(guò)激光焊接在一起；

17、步驟三、在鉑薄片線條兩端高溫敷設(shè)導(dǎo)電銀漿，導(dǎo)電銀漿在傳感器底座和基底的表面高溫固化形成導(dǎo)電膜，在傳感器底座底端采用兩根不同顏色或者不同標(biāo)記的銅芯導(dǎo)線與導(dǎo)電銀漿高溫固化后的導(dǎo)電膜點(diǎn)焊，實(shí)現(xiàn)銅芯導(dǎo)線與導(dǎo)電膜的電性連接。

18、優(yōu)選的是，其中，所述鉑薄片熱電阻熱流傳感器對(duì)于待測(cè)熱流 q1的計(jì)算公式為：

19、

20、其中， ρ是基底的密度、 c是基底的比熱容、 k是基底的導(dǎo)熱系數(shù)， t n、 t i、 t i-1分別表示第 n、 i、 i-1時(shí)刻， t1, i表示鉑薄片線條電阻變換而來(lái)的第 i時(shí)刻基底上表面溫度、 t1, i-1表示鉑薄片線條電阻變換而來(lái)的第 i-1時(shí)刻基底上表面溫度。

21、本發(fā)明至少包括以下有益效果：

22、1.?本發(fā)明采用物理性能穩(wěn)定性好、致密度高的金屬鉑薄片作為測(cè)熱敏感元件，傳感器敏感性能一致性好，且不易被高超聲速來(lái)流沖刷減薄，提高測(cè)熱結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。

23、2.?本發(fā)明采用激光焊接鉑薄片線條與基底，使得連接更為牢固，不易被高超聲速來(lái)流直接吹掉鉑片，降低熱流傳感器損壞率，節(jié)約測(cè)熱試驗(yàn)成本，提高測(cè)熱試驗(yàn)效率。

24、3.?本發(fā)明通過(guò)激光冷切割鉑薄片形成同向雙螺旋線狀結(jié)構(gòu)，增加鉑薄片的電阻，提升傳感器靈敏度系數(shù)。

25、4.?本發(fā)明提供的鉑薄片熱電阻熱流傳感器的制備方法，通過(guò)控制鉑薄片線條的厚度以及切割尺寸，進(jìn)而產(chǎn)生不同響應(yīng)頻率和量程的熱流傳感器，實(shí)現(xiàn)系列化熱流傳感器的制備，用于不同狀態(tài)的高超聲速風(fēng)洞熱流試驗(yàn)。

26、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鉑薄片熱電阻熱流傳感器的制備方法，能夠提高測(cè)熱敏感元件的性能穩(wěn)定性和熱流傳感器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增強(qiáng)熱流傳感器的耐沖刷性，提升熱流傳感器熱流測(cè)量的一致性和可靠性，降低試驗(yàn)成本，提高試驗(yàn)效率，可廣泛應(yīng)用于高超聲速風(fēng)洞熱流測(cè)量試驗(yàn)。

技術(shù)特征：

1.一種鉑薄片熱電阻熱流傳感器，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的鉑薄片熱電阻熱流傳感器，其特征在于，所述基底為圓柱結(jié)構(gòu)，所述基底的材質(zhì)為可透激光氧化鋯單晶，所述基底的直徑為2mm，厚度為2mm。

3.如權(quán)利要求1所述的鉑薄片熱電阻熱流傳感器，其特征在于，所述基底的上表面和下表面為光潔面。

4.如權(quán)利要求1所述的鉑薄片熱電阻熱流傳感器，其特征在于，所述鉑薄片線條的厚度為1μm~5μm。

5.如權(quán)利要求1所述的鉑薄片熱電阻熱流傳感器，其特征在于，所述導(dǎo)電膜材質(zhì)為導(dǎo)電銀漿。

6.如權(quán)利要求1所述的鉑薄片熱電阻熱流傳感器，其特征在于，所述傳感器底座的材質(zhì)為氧化鋯單晶。

7.如權(quán)利要求1所述的鉑薄片熱電阻熱流傳感器，其特征在于，所述信號(hào)線為銅芯導(dǎo)線。

8.一種如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的鉑薄片熱電阻熱流傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.如權(quán)利要求1所述的鉑薄片熱電阻熱流傳感器，其特征在于，所述鉑薄片熱電阻熱流傳感器對(duì)于待測(cè)熱流q1的計(jì)算公式為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種鉑薄片熱電阻熱流傳感器及其制備方法，涉及熱流測(cè)量及高超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，包括：傳感器底座；基底，其固定設(shè)置在傳感器底座上表面；鉑薄片線條，其為同向雙螺旋線狀結(jié)構(gòu)，所述鉑薄片線條固定設(shè)置在基底上表面；兩條導(dǎo)電膜，其分別與鉑薄片線條的兩端相接，且導(dǎo)電膜緊貼傳感器底座、基底的表面；兩根信號(hào)線，其分別與導(dǎo)電膜相接。本發(fā)明通過(guò)激光將鉑薄片切割形成同向雙螺旋線狀結(jié)構(gòu)，增大了鉑薄片電阻，提高了熱流傳感器靈敏度，同時(shí)提高了測(cè)熱敏感元件的性能穩(wěn)定性和熱流傳感器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增強(qiáng)了熱流傳感器的耐沖刷性，提升了熱流傳感器熱流測(cè)量的一致性和可靠性，可廣泛應(yīng)用于高超聲速風(fēng)洞熱流測(cè)量試驗(yàn)。

技術(shù)研發(fā)人員：范孝華,楊凱,陳蘇宇,劉濟(jì)春
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心超高速空氣動(dòng)力研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21