本發(fā)明屬于傳感器件，涉及一種磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代工業(yè)和科技應(yīng)用中，精確、快速地獲取溫度和熱流數(shù)據(jù)對于確保設(shè)備正常運(yùn)行和安全至關(guān)重要。尤其是在航空航天、軍事裝備、汽車制造等領(lǐng)域，對溫度和熱流的監(jiān)測要求極高。傳統(tǒng)的熱學(xué)傳感器，如熱電偶和熱敏電阻，雖然在一定范圍內(nèi)能夠滿足測量需求，但在面對高溫度、強(qiáng)磨損環(huán)境或快速變化的工況時，存在明顯的局限性。

2、首先，傳統(tǒng)的熱學(xué)傳感器響應(yīng)速度較慢，難以滿足快速變化工況下的實(shí)時監(jiān)測需求。其次，這些傳感器在高溫度和強(qiáng)磨損環(huán)境下容易損壞，且一旦磨損，其測量準(zhǔn)確性會大幅下降，甚至無法繼續(xù)使用。此外，傳統(tǒng)熱學(xué)傳感器通常只能測量單一的熱學(xué)參數(shù)，如溫度或熱流，無法同時獲取多參數(shù)信息，這在某些應(yīng)用場景下限制了其使用范圍。

3、為了解決這些問題，研究人員和工程師們一直在尋求改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，開發(fā)出響應(yīng)速度快、耐磨性好、能夠同時測量多個熱學(xué)參數(shù)的新型熱學(xué)傳感器。然而，現(xiàn)有的解決方案往往存在制備工藝復(fù)雜、成本高昂、難以批量生產(chǎn)等問題，限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器并提供其制備方法，該傳感器應(yīng)具備快速響應(yīng)能力、良好的耐磨性、能夠同時測量多個熱學(xué)參數(shù)，并且制備工藝簡單、成本較低，適合批量生產(chǎn)，以滿足現(xiàn)代工業(yè)對高溫、強(qiáng)磨損環(huán)境下的熱學(xué)檢測需求。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器，包括：

4、熱學(xué)敏感芯片，其基底為絕緣耐溫陶瓷，基底的正反兩面分別布置有采用兩種異種合金或金屬的第一金屬層和第二金屬層；

5、溫度和熱流敏感電路，由金屬條組成，金屬條在位置上沿基底兩兩對稱，并通過貫通基底的孔兩兩相連，形成結(jié)點(diǎn)；

6、電極，與金屬條相連構(gòu)成整個芯片電路。

7、可選的，還包括殼體，所述殼體中部填充有耐溫絕緣包封，用于固定熱學(xué)敏感芯片并與殼體形成電絕緣。

8、可選的，在所述殼體的一端設(shè)置錐塞，用于固定熱學(xué)敏感芯片并形成電絕緣。

9、可選的，所述錐塞采用氧化鋁或氧化鋯制備。

10、可選的，在熱學(xué)敏感芯片的尾部電極上設(shè)置引線，以形成電連接。

11、可選的，基底材料為5-20μm厚的超薄柔性耐溫陶瓷。

12、可選的，第一金屬層和第二金屬層為熱電偶材料，包括k型、n型、b型、s型。

13、根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器，其特征在于，磨削方向與對稱金屬條的對稱軸存在夾角∠c，45°≤∠c≤135°。

14、一種磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器的制備方法，用于制備上述熱學(xué)傳感器，包括以下步驟：

15、對基底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的rca清洗；

16、在基底的a面制備第一金屬層，利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將一種熱電偶金屬漿料印制在基底上，并通過固化、燒結(jié)得到金屬條及電極；

17、通過激光加工或機(jī)械加工技術(shù)在基底上加工用于第一金屬層與第二金屬層的連接孔；

18、在基底的b面制備第二金屬層，利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將另一種熱電偶金屬漿料印制在基底上，并填充孔，并通過固化、燒結(jié)得到金屬條，電極及金屬條尾部結(jié)點(diǎn)。

19、可選的，基底材料為氧化鋁、氧化鋯、云母、碳化硅、氮化鋁中的一種或多種。

20、本發(fā)明的有益效果在于：

21、1.多參數(shù)檢測能力：本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，使多個金屬條間形成熱電偶和熱電堆，能夠同時獲取溫度和熱流兩項(xiàng)熱學(xué)參數(shù)，相比傳統(tǒng)傳感器具有更高的集成度和多參量檢測能力。

22、2.快速響應(yīng)特性：熱結(jié)通過磨削變形流動融合形成，具有微秒級的動態(tài)響應(yīng)特性，相比傳統(tǒng)熱學(xué)傳感器具有更快的響應(yīng)速度。

23、3.磨損自恢復(fù)能力：熱結(jié)由多條磨削形成的金屬晶須組成，在一定程度的磨損后仍能持續(xù)輸出溫度、熱流信號，實(shí)現(xiàn)了傳感器的磨損自恢復(fù)功能。

24、4.磨損量檢測功能：通過傳熱計(jì)算和校準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)磨損量的檢測，這是傳統(tǒng)傳感器不具備的功能。

25、5.工藝簡單，易于批量生產(chǎn)：本發(fā)明的制備工藝簡單，成本較低，適合批量生產(chǎn)，能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)對高溫、強(qiáng)磨損環(huán)境下的熱學(xué)檢測需求。

26、6.廣泛應(yīng)用場景：由于其獨(dú)特的性能，本發(fā)明適用于航空航天、軍事和汽車制造等領(lǐng)域，

27、特別適合在磨削環(huán)境下進(jìn)行溫度、熱流和磨損量的檢測。

28、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器，其特征在于，還包括殼體(6)，所述殼體(6)中部填充有耐溫絕緣包封(7)，用于固定熱學(xué)敏感芯片(10)并與殼體(6)形成電絕緣。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器，其特征在于，在所述殼體(6)的一端設(shè)置錐塞(5)，用于固定熱學(xué)敏感芯片(10)并形成電絕緣。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器，其特征在于，所述錐塞(5)采用氧化鋁或氧化鋯制備。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器，其特征在于，在熱學(xué)敏感芯片(10)的尾部電極(25、26、45)上設(shè)置引線，以形成電連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器，其特征在于，基底(1)材料為5-20μm厚的超薄柔性耐溫陶瓷。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器，其特征在于，第一金屬層(2)和第二金屬層(4)為熱電偶材料，包括k型、n型、b型、s型。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器，其特征在于，磨削方向與對稱金屬條的對稱軸存在夾角∠c，45°≤∠c≤135°。

9.一種磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器的制備方法，用于制備根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)中所述的熱學(xué)傳感器，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于：基底(1)材料為氧化鋁、氧化鋯、云母、碳化硅、氮化鋁中的一種或多種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種磨損自恢復(fù)快響應(yīng)的熱學(xué)傳感器及其制備方法，屬于傳感器件技術(shù)領(lǐng)域。該傳感器包括熱學(xué)敏感芯片，其基底為絕緣耐溫陶瓷，基底正反兩面分別布置有采用兩種異種合金或金屬的第一金屬層和第二金屬層。溫度和熱流敏感電路由金屬條組成，金屬條在位置上沿基底周邊分布，形成熱電偶和熱電堆。金屬條通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備，并通過固化、燒結(jié)得到。電極連接金屬條尾部結(jié)點(diǎn)，用于輸出電信號。本發(fā)明的傳感器具有磨損自恢復(fù)能力和快速響應(yīng)特性，適用于航空航天、軍事和汽車制造等領(lǐng)域，特別適合在磨削環(huán)境下進(jìn)行溫度、熱流和磨損量的檢測。

技術(shù)研發(fā)人員：譚慶,余海濤,漆銳,鄧惠丹,李秀玲,楊玉,張建波,段青松,陳南菲,馮科
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中冶賽迪技術(shù)研究中心有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9