針對(duì)普通薄膜溫度傳感器在測(cè)量燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度時(shí)存在測(cè)溫范圍小、可靠性低、響應(yīng)慢等問(wèn)題,本文開(kāi)展了高溫冗余薄膜熱電偶技術(shù)研究,旨在通過(guò)熱電偶相關(guān)理論、冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、耦合仿真分析、薄膜濺射技術(shù),初步開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良的可滿(mǎn)足0℃～1000℃測(cè)溫范圍、響應(yīng)時(shí)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?xì)廨啓C(jī)排氣溫度提供檢測(cè)手段,滿(mǎn)足燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展的需求。本文設(shè)計(jì)并制作了一種高溫冗余薄膜熱電偶,旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度的檢測(cè),并對(duì)其性能進(jìn)行研究。本文主要研究?jī)?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(shì)的來(lái)源及產(chǎn)生過(guò)程;基于薄膜電子運(yùn)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(jì)算公式;提出了薄膜熱電偶的冗余可靠性理論,通過(guò)對(duì)普通薄膜熱電偶進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn),建立高溫薄膜熱電偶可靠性數(shù)學(xué)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(jì)算公式。結(jié)果表明:隨著熱電偶工作時(shí)間的增加,冗余薄膜熱電偶的可靠性越來(lái)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(jì)指標(biāo),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(jì);結(jié)合薄膜制備工藝和引... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

燃?xì)廨啓C(jī)工作示意圖

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-1.2.3薄膜熱電偶測(cè)溫在高溫測(cè)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(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量，同時(shí)還具有不干擾熱流場(chǎng)，不影響構(gòu)件表面等特點(diǎn)[16-18]，避免了傳統(tǒng)熱電偶測(cè)量位置不準(zhǔn)確、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)以及破壞被測(cè)物體表面及測(cè)量滯后的弊端，特別適于測(cè)量快速變化的溫度，近年來(lái)廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的熱部件的瞬態(tài)溫度測(cè)試，以及燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度的監(jiān)測(cè)[19,20]，如圖1-2所示。圖1-2燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度檢測(cè)示意圖Fig.1-2Schematicdiagramofgasturbineexhausttemperaturedetection1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1薄膜熱電偶國(guó)外研究現(xiàn)狀薄膜熱電偶最早是由德國(guó)人P.Hackemann于二十世紀(jì)四十年代中期提出并制造出來(lái)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(cè)量[21,22]。50年代，美國(guó)人D.Bendersky在P.Hackemann研究的基礎(chǔ)上，研制出了熱結(jié)點(diǎn)厚度為1μm的薄膜溫度傳感器，進(jìn)一步減小了傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，并成功應(yīng)用于測(cè)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(guò)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(diǎn)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(xué)工學(xué)碩士學(xué)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(dá)等人發(fā)明出了用于測(cè)定內(nèi)燃機(jī)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(jìn)入70年代后，英國(guó)人Marshall提出將熱電極以薄膜的形式直接沉積在被測(cè)表面以減小動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間[25]，盡管這種薄膜熱電偶的塞貝克系數(shù)不高，但當(dāng)薄膜厚度超過(guò)0.25μm，其測(cè)量結(jié)果能保持較好的一致性。90年代末，英國(guó)RR公司采用PtRh10-Pt薄膜熱電偶測(cè)量了薄壁導(dǎo)向器葉片高達(dá)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(yàn)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(gè)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(xiàn)，研制的薄膜熱電偶已在燃?xì)鉁u

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]氣冷渦輪流熱耦合模擬及冷卻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 葉瑩.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所) 2017
[4]鎳基高溫合金上貴金屬薄膜熱電偶的制備及抗氧化性能研究[D]. 梁獻(xiàn)乖.電子科技大學(xué) 2017
[5]蒸汽發(fā)生器傳熱管雙向流熱固耦合數(shù)值分析[D]. 趙潁杰.哈爾濱工程大學(xué) 2017
[6]In2O3/ITO高溫陶瓷薄膜熱電偶的制備與性能研究[D]. 楊柯.電子科技大學(xué) 2016
[7]基于多波長(zhǎng)光譜輻射火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟葴y(cè)試研究[D]. 陳雨.西北工業(yè)大學(xué) 2016
[8]發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程對(duì)排氣溫度影響分析及試驗(yàn)研究[D]. 陳功.東北林業(yè)大學(xué) 2013



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