針對普通薄膜溫度傳感器在測量燃氣輪機排氣溫度時存在測溫范圍小、可靠性低、響應(yīng)慢等問題,本文開展了高溫冗余薄膜熱電偶技術(shù)研究,旨在通過熱電偶相關(guān)理論、冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計、耦合仿真分析、薄膜濺射技術(shù),初步開發(fā)出性能優(yōu)良的可滿足0℃～1000℃測溫范圍、響應(yīng)時間小于2秒、高可靠性的快響應(yīng)高溫冗余薄膜熱電偶,為新一代大功率燃氣輪機排氣溫度提供檢測手段,滿足燃氣輪機技術(shù)發(fā)展的需求。本文設(shè)計并制作了一種高溫冗余薄膜熱電偶,旨在實現(xiàn)對燃氣輪機排氣溫度的檢測,并對其性能進行研究。本文主要研究內(nèi)容如下:首先,基于薄膜熱電偶的塞貝克效應(yīng),討論了熱電偶回路中熱電勢的來源及產(chǎn)生過程;基于薄膜電子運輸原理和尺寸效應(yīng),從理論上推導(dǎo)了薄膜電導(dǎo)率的計算公式;提出了薄膜熱電偶的冗余可靠性理論,通過對普通薄膜熱電偶進行假設(shè)檢驗,建立高溫薄膜熱電偶可靠性數(shù)學模型,并從理論上推導(dǎo)了普通薄膜熱電偶和冗余薄膜熱電偶的可靠性計算公式。結(jié)果表明:隨著熱電偶工作時間的增加,冗余薄膜熱電偶的可靠性越來越接近普通薄膜熱電偶的2倍。其次,根據(jù)高溫冗余薄膜熱電偶的設(shè)計指標,完成了高溫冗余薄膜熱電偶的結(jié)構(gòu)、尺寸版圖和掩膜版的設(shè)計;結(jié)合薄膜制備工藝和引... 

【文章來源】：哈爾濱理工大學黑龍江省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

燃氣輪機工作示意圖

哈爾濱理工大學工學碩士學位論文-4-1.2.3薄膜熱電偶測溫在高溫測量領(lǐng)域，薄膜熱電偶已逐漸替代傳統(tǒng)的絲式熱電偶，與傳統(tǒng)絲式熱電偶相比，薄膜熱電偶具有微小型，熱容量小，響應(yīng)速度快，可實現(xiàn)動態(tài)溫度測量，同時還具有不干擾熱流場，不影響構(gòu)件表面等特點[16-18]，避免了傳統(tǒng)熱電偶測量位置不準確、響應(yīng)時間長以及破壞被測物體表面及測量滯后的弊端，特別適于測量快速變化的溫度，近年來廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機的熱部件的瞬態(tài)溫度測試，以及燃氣輪機排氣溫度的監(jiān)測[19,20]，如圖1-2所示。圖1-2燃氣輪機排氣溫度檢測示意圖Fig.1-2Schematicdiagramofgasturbineexhausttemperaturedetection1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1薄膜熱電偶國外研究現(xiàn)狀薄膜熱電偶最早是由德國人P.Hackemann于二十世紀四十年代中期提出并制造出來的，他研制了厚度約為2μm的薄膜熱電偶，并將其成功用于槍膛溫度的測量[21,22]。50年代，美國人D.Bendersky在P.Hackemann研究的基礎(chǔ)上，研制出了熱結(jié)點厚度為1μm的薄膜溫度傳感器，進一步減小了傳感器的動態(tài)響應(yīng)時間，并成功應(yīng)用于測試槍膛內(nèi)表面在發(fā)射瞬間的溫度變化情況[23]，D.Bendersky熱電偶結(jié)構(gòu)如圖1-3所示，它由一支鋼管與經(jīng)過絕緣處理的鎳絲組成，表面蒸鍍薄膜，膜厚1μm。由于該熱電偶的熱結(jié)點極薄，熱慣性小，因而具有很快的響應(yīng)速度。

哈爾濱理工大學工學碩士學位論文-5-圖1-3D.Bendersky薄膜熱電偶Fig.1-3.D.Bienderskythinfilmthermocouple60年代，日本的小栗達等人發(fā)明出了用于測定內(nèi)燃機壁面溫度的夾板式薄膜溫度傳感器[24]，如圖1-4所示。圖1-4夾板式薄膜熱電偶Fig.1-4Splinttypefilmthermocouple進入70年代后，英國人Marshall提出將熱電極以薄膜的形式直接沉積在被測表面以減小動態(tài)響應(yīng)時間[25]，盡管這種薄膜熱電偶的塞貝克系數(shù)不高，但當薄膜厚度超過0.25μm，其測量結(jié)果能保持較好的一致性。90年代末，英國RR公司采用PtRh10-Pt薄膜熱電偶測量了薄壁導(dǎo)向器葉片高達1200℃的溫度分布[26,27]。薄膜傳感器成功地以薄膜形式直接沉積在試驗渦輪導(dǎo)向葉片上。充分利用光刻加工的卓越的分辨能力，在只有35mm的弦的葉片上沉積了16個傳感器，傳感器之間的最小間隔為2mm。RR公司現(xiàn)已建有生產(chǎn)薄膜溫度傳感器線，研制的薄膜熱電偶已在燃氣渦

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本文編號：3485534