薄膜熱電偶(Thin-film Thermocouple,TFTC)因其響應(yīng)速度快、體積小,能實(shí)現(xiàn)高時(shí)空分辨率表面測(cè)溫。薄膜熱電偶靜態(tài)特性準(zhǔn)確標(biāo)定是高精度瞬態(tài)表面測(cè)溫的前提。但標(biāo)準(zhǔn)熱電偶靜態(tài)標(biāo)定方法因其標(biāo)定時(shí)的溫度分布與應(yīng)用時(shí)的區(qū)別較大,不適用于薄膜熱電偶,研究薄膜熱電偶靜態(tài)標(biāo)定方法具有科學(xué)研究?jī)r(jià)值和工程應(yīng)用意義。為解決這一問(wèn)題,本文提出基于溫度外推法和激光加熱技術(shù)的薄膜熱電偶靜態(tài)標(biāo)定方法,包括如下內(nèi)容:第一,基于圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱模型設(shè)計(jì)了集成薄膜金鉑熱電偶和薄膜鉑電阻的自標(biāo)定薄膜溫度傳感器;仿真薄膜熱電偶靜態(tài)標(biāo)定過(guò)程,分析標(biāo)定時(shí)傳感器溫度分布;得到推算模型,研究對(duì)流強(qiáng)度對(duì)溫度場(chǎng)的影響,為基于溫度外推法的薄膜熱電偶靜態(tài)特性標(biāo)定奠定理論基礎(chǔ)。第二,采用電子印刷工藝制備自標(biāo)定薄膜溫度傳感器,選擇金、鉑漿料和氧化鋁作為電極和基底材料,電極薄膜膜厚25μm,圓形基底厚0.36mm、直徑為22mm。第三,分別搭建薄膜鉑電阻和薄膜熱電偶標(biāo)定系統(tǒng);設(shè)計(jì)信號(hào)處理電路和上位機(jī)采集程序,通過(guò)交流激勵(lì)和正交解調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)同步測(cè)量薄膜鉑電阻阻值和薄膜熱電偶熱電勢(shì)。第四,將激光加載至薄膜熱電偶熱結(jié)點(diǎn)上,根據(jù)推算模型及兩個(gè)已標(biāo)定薄膜鉑電阻推算熱結(jié)點(diǎn)溫度,結(jié)合薄膜熱電偶熱電勢(shì)計(jì)算塞貝克系數(shù);研究對(duì)流強(qiáng)度對(duì)標(biāo)定結(jié)果的影響并測(cè)試該方法的重復(fù)性。結(jié)果表明:基于溫度外推和激光加熱技術(shù)可實(shí)現(xiàn)室溫至200℃的薄膜熱電偶靜態(tài)標(biāo)定,溫度梯度主要集中于熱電極;標(biāo)定得到的薄膜熱電偶靜態(tài)特性接近標(biāo)準(zhǔn)熱電偶靜態(tài)特性,但因兩者材料、制備工藝有差異,溫度一定時(shí)薄膜熱電偶熱電勢(shì)略低于標(biāo)準(zhǔn)熱電偶;一定范圍內(nèi)對(duì)流強(qiáng)度變化不影響薄膜熱電偶溫度場(chǎng)分布規(guī)律,說(shuō)明該方法具有較好的環(huán)境適應(yīng)性,且重復(fù)性良好,驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。
【學(xué)位單位】：中國(guó)計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH811
【部分圖文】：

電阻同置于計(jì)量爐內(nèi)，如圖 1.1 所示，固定冷端溫度下，由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻測(cè)得標(biāo)定溫度，建立熱電偶的熱方法標(biāo)定微小尺寸薄膜熱電偶時(shí)，整個(gè)傳感器被置梯度主要集中在補(bǔ)償導(dǎo)線上，與薄膜熱電偶應(yīng)用時(shí)現(xiàn)有效標(biāo)定，影響薄膜熱電偶在實(shí)際應(yīng)用中的測(cè)溫確的薄膜熱電偶靜態(tài)標(biāo)定方法，才能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其靜溫精度。

中國(guó)計(jì)量大學(xué)碩士學(xué)位論文薄膜熱電偶上溫度梯度也較小，而補(bǔ)償導(dǎo)線上的溫度梯度則相對(duì)較大。在應(yīng)用中，當(dāng)薄膜熱電偶的熱結(jié)點(diǎn)周圍被加熱，引腳處的溫度接近冷端溫度度梯度主要集中在薄膜熱電偶的熱端與引腳之間。標(biāo)定時(shí)與實(shí)際應(yīng)用時(shí)的梯度分布不一致，薄膜熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)也不同。

圖 1.3 增長(zhǎng)電極的薄膜熱電偶靜態(tài)標(biāo)定系統(tǒng)除了標(biāo)準(zhǔn)熱電偶靜態(tài)標(biāo)定方法外，部分學(xué)者采用非標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定方法實(shí)現(xiàn)偶靜態(tài)特性標(biāo)定。2010 年，Mukherjee[44]等人用特制的裝置標(biāo)定薄膜熱特性。采用接觸面積較小的加熱器僅加熱薄膜熱電偶熱端，熱電極與溫器控制溫度，增大薄膜熱電偶上的溫度梯度。使用補(bǔ)償導(dǎo)線連接至，并用商用熱電偶分別測(cè)量薄膜熱電偶冷熱端溫度，得到薄膜熱電偶。2013 年，Cao[45]等人設(shè)計(jì)了一套由帕爾貼控制薄膜熱電偶冷熱端溫特性標(biāo)定系統(tǒng)，由溫度計(jì)分別測(cè)量薄膜熱電偶冷熱端溫度實(shí)現(xiàn)靜態(tài)標(biāo)方法都采用普通絲式熱電偶測(cè)溫，然而薄膜熱電偶熱結(jié)點(diǎn)的尺寸遠(yuǎn)小式熱電偶熱結(jié)點(diǎn)尺寸，測(cè)溫時(shí)兩個(gè)熱結(jié)點(diǎn)間存在溫差。此外，接觸式測(cè)溫時(shí)會(huì)影響薄膜熱電偶熱結(jié)點(diǎn)處的溫度分布，故使用普通絲式熱電溫度與薄膜熱電偶熱結(jié)點(diǎn)上的溫度并不相等。當(dāng)前，對(duì)于薄膜熱電偶靜態(tài)標(biāo)定方法的不足已有不少學(xué)者在研究改進(jìn)法準(zhǔn)確標(biāo)定薄膜熱電偶靜態(tài)特性，且相比關(guān)于薄膜熱電偶應(yīng)用和制備

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本文編號(hào)：2820006