光纤高温测温系统

以往测量高温的方法有接触式和非接触式两种。接触式如铂铑热电偶、钨铼热电偶等使用稀贵金属,价格高,抗氧化、还原能力差,抗电磁干扰能力差。非接触式如红外测温仪,准确度低,不能测量物体内部的温度,两种测温方法均有一定的局限性。而光纤高温传感器以接触—非接触式的独特检测方式,克服了这些缺点,集中了它们的优点,成为高温测量中的一支新军。光纤温度传感器最早是运用蓝宝石光纤来进行测量的。但蓝宝石光纤价格昂贵,无法推广应用。我公司于1994年研制出接触—非接触式黑体腔石英光纤高温传感器,并申请了专利。经过多年研究,我们首次研制…     

激光辐照下二维编织碳纤维/环氧树脂复合材料的烧蚀特征

开展了光纤激光对二维编织碳纤维/环氧复合材料的烧蚀试验研究,获得了不同入射热流条件下编织复合材料的烧蚀特征,分析了激光烧蚀机制。结合非接触测温和接触测温两种方法开展试验,采用高温红外热像仪测试了复合材料前表面的瞬态温度场演变过程,通过热电偶获得了复合材料后表面的温升数据。试验结果表明,当入射激光功率密度在102 W·cm-2量级时,二维编织碳纤维/环氧树脂复合材料的环氧树脂发生了明显的质量迁移,而碳纤维形貌变化不大;在强激光辐照过程中,二维编织碳纤维/环氧树脂复合材料的前后表面温差较大,前表面最高温度接近2 000℃,而后表面最高温度在200~500℃之间。     

瞬态超高温传感器结构设计

随着科技的迅速发展,温度传感器的应用越来越广泛,其中蓝宝石光纤传感器能够在超高温、高压、高冲击的环境下工作,这就要求的它的外壳能承受这种恶劣的环境,特别是与被测量相接触的一端。主要是根据实际应用设计蓝宝石光纤传感器的结构,设计以不锈钢为外壳的主体部分,设计形状合理,能够和被测器件装配;以陶瓷材料碳化硅作为蓝宝石光纤的外壳,能够在2000℃以上的环境下工作;利用快速原型成型技术陶瓷制造工艺对陶瓷外壳进行加工,使蓝宝石光纤传感器整体上能够实用于高温环境下。     

利用ZnO薄膜温变特性构建光纤温度传感器

采用电子束蒸发的方法在蓝宝石光纤端面上生长ZnO薄膜,不同测试温度下透射光谱表明:ZnO薄膜的光学吸收边随温度的升高呈明显的红移.根据ZnO薄膜的光学吸收边所呈现的这一负温度效应,研制了基于ZnO薄膜温变特性的透射式光纤温度传感器.实验表明,在室温至500℃测温范围内其灵敏度优于0.05 nm/℃.该光纤温度传感器的测温范围理论上可从负温区(约-260℃)至高温区(约700℃).与其他传统的温度传感器相比,该温度传感器具有结构简单,成本较低,测量稳定性高和量程范围宽等优点.     

发动机燃烧室出口温度分布测试的新型传感器

发动机燃烧室出口的温度分布对于推进技术的发展具有重要意义,而现阶段发动机内部温度已达1 800℃以上,主要测温手段辐射测温和热电偶受限于限于精度和材料,对这种高温氧化环境无法测试。该文依据超声测温原理,设计了一套可以在超高温氧化环境下用一根蓝宝石光纤测量多点温度的温度分布测试系统,并且在20～1 800℃范围内进行标定并多次校准。实验结果表明该系统测量精确、重复性良好,在1 600℃时灵敏度为0.004μs/℃,重复性达98.4%。在加装滞止罩后将感温元件封装于发动机燃烧室出口处,经过多此实验,测得了该燃烧室运行时出口处径向温度分布。     

超高温本体抗氧化碳/碳复合材料研究

通过向碳/碳复合材料基体中掺杂难熔金属化合物,研制出了一类集碳/碳材料优异的高温力学、热物理性能和超高温陶瓷材料非烧蚀性能于一体的超高温本体抗氧化碳/碳复合材料。攻克了难熔金属化合物在复合材料中分布以及组元与碳纤维反应控制关键技术,提高了复合材料的力学性能。静态和动态高频等离子风洞超高温本体抗氧化试验表明,在驻点温度达到2 500℃,600 s烧蚀后烧蚀量仅为碳/碳复合材料的1/5,给出了超高温本体抗氧化碳/碳复合材料氧化烧蚀抑制机理。     

光电热电偶

介绍一种以黑体辐射理论为基础的HXW新型高温传感器，该传感器是由探测管和探测器两部分组成，兼有接触式和非接触式测温两类方法的长处。测量方法是用耐高温和耐侵蚀的材料制成人工黑体与被测对象接触，加热至被测温度，用光电探测器接收亮度信号，可用来测量各类高温炉和熔液内部的实际温度。     

1500℃高温氧化环境下C/SiC复合材料结构的热/力联合试验

针对高超声速飞行器新型超高温结构力/热/氧化关键性能参量试验测试的迫切需求,自行设计并建立了可实现在高达1 500℃极端高温氧化环境下进行结构断裂性能测试的辐射式热/力联合试验系统,并对耐高温C/SiC复合材料结构在1 500℃等高温氧化环境下的断裂强度以及出现断裂时的时间点等关键性能参数进行了试验测试,当试验温度从1 000℃上升至1 500℃,C/SiC复合材料试验件的断裂强度下降了47.5%,断裂时间缩短50.1%。本极端高温载荷试验系统为高超声速飞行器结构热强度研究提供了重要的氧化环境下的热/力联合试验测试手段。研究结果表明:通过高温预加载可以明显提高C/SiC复合材料结构的断裂强度,增幅为38%,承载时间提高61.1%。试验结果为高超声速飞行器复合材料部件在极端热环境下的安全可靠性设计以及强度性能的改进提供了重要依据。     

石英套管封装光纤光栅温度传感器

针对光纤光栅温度传感器管式封装时,高温下环境聚合物粘接材料性能不稳定的问题,提出一种无胶封装方法,选用石英套管作为封装材料,利用高频CO2激光脉冲加热,使传输光纤与石英套管实现可靠焊接,并对封装后的传感器的温度特性进行测试,实验结果表明:石英套管封装的光纤光栅温度传感器在室温至300℃具有很好的线性,可实现对环境温度的测量。     

非接触式光纤内螺纹测试装置

为克服接触式测量内螺纹方法的不足,研制了基于强度调制型光纤传感器的非接触测量装置.通过与特制的机械结构相结合.实现了相对效率高、速度快、且便于应用的内螺纹参数的测量.该装置主要由进给平台和光纤探头组成,同时采用半导体激光光源(LD)作光源,光电二极管为光电转换器件.测量的信号经光路转换及前置放大后,通过采样保持送入数据采集系统,经数据处理软件Matlab进行处理得出螺距误差.实验表明,经适当改进后,该方法可用于工业生产过程中内螺纹的非接触测量.     

PDC-SiBCN陶瓷基无线无源温度传感器的性能EI北大核心CSCD

以耐高温聚合物先驱体陶瓷(PDC-SiBCN)为温敏介质材料,金属铂作为谐振腔材料,并在陶瓷表面开槽形成共面天线,制备出集开槽天线与谐振器一体的无线无源温度传感器,实现温度信息的无线无源传输。结果表明:传感器的谐振频率随测试温度的升高呈单调递减变化,PDC-SiBCN陶瓷的介电常数随温度的升高而单调增加,其中热解温度为1000℃的传感器测试温度达1100℃,具有优异的耐高温性和介温特性。同一测试温度下传感器的谐振频率随直径的增大而减小,也随热解温度的升高而降低。通过对传感器的谐振频率-温度拟合曲线进行一阶偏导得到灵敏度方程,传感器在1100℃的高温下有较高的灵敏度。传感器具有良好的循环稳定性能,在室温下实际无线传输距离达到42 mm,当测试温度为1100℃时传输距离可达8 mm,可应用于高温恶劣环境下航空发动机的温度监控。     

Electrical resistance drift of molybdenum silicide thin film temperature sensors

For a thermometer to be of practical use, its accuracy of temperature indication must be within a tolerable range. In this paper, patterned molybdenum disilicide (MoSi₂) thin film temperature sensors were fabricated to study their thermoresistance, i.e. resistance vs. temperature (R-T) characteristics. The R-T characteristic of MoSi₂ thin films exhibits a positive deviation from linearity (termed “superlinearity”) instead of showing a simple linearity as for most metals. This superlinear behavior was attributed to thermal expansion and the consequent decrease in the Debye characteristic temperature of MoSi₂. For long-term duration at elevated temperatures, the variation in thickness and composition of the sensor film due to oxidation and other factors may produce drift in the electrical resistance. In this study, the electrical resistance drifts of the sensors as a function of time at temperatures of 1200, 1300 and 1350 °C are presented. For the sensor film tested at 1300 °C, the resistance drift due to the thickness change of the sensor layer was well corrected with the help of an analysis of the oxidation rate of the sensor material. On the other hand, the in-depth composition profile analyzed by Auger electron spectroscopy (AES) indicated no significant composition variation, implying that we could neglect the correction factor for the composition variation in the present study. After the thickness factor was corrected for, a minor drift was still observed; this was also found for the same sensor film tested in an Ar ambient. The exact source of the minor drift is not well understood; further investigations are required.     

露点温度传感器发展趋势综述

介绍了目前露点温度传感器领域的研究现状,阐述了光学式、谐振式、电学式、热学式、重量式、化学式露点温度传感器的原理及构造,指出光学式露点温度传感器测量精度极高,其中冷镜式露点仪可作为湿度计量标准;谐振式露点温度传感器具有体积小、成本低、响应时间短、灵敏度高、可靠性好的特点;电学式露点温度传感器灵敏度高、功耗小,便于实现小型化、集成化;重量法是准确度最高的湿度绝对测量方法;化学法常用来测量低湿环境下的有机混合气体。探讨了露点温度传感器在环境监测、工业制造、医疗诊断等领域的应用情况,指出未来露点温度传感器将会向高精度、高稳定性、高响应的方向发展,且应用范围将进一步拓展,以满足极端环境下的测量需求。     

A standardized diode cryogenic temperature sensor for aerospace applications

The model DT-670-SD cryogenic diode temperature sensor, manufactured by Lake Shore Cryotronics, Inc. has been used on numerous aerospace space missions since its introduction nearly 15 years ago. While the sensing element is a diode, it is operated in a non-standard manner when used as a temperature sensor over the 1.4–500 K temperature range. For this reason, the NASA and MIL-type test and performance standards designed to ensure high reliability of diode aerospace parts don’t properly define the inspection and test protocol for the DT-670-SD temperature sensor as written. This requires each aerospace application to develop unique test and inspection protocols for the project, typically for a small number of sensors, resulting in expensive sensors with a long lead time. With over 30 years of experience in supplying cryogenic temperature sensors for aerospace applications, Lake Shore has developed screening and qualification inspection and test protocols to provide “commercial off-the-shelf (COTS)” DT-670-SD temperature sensors that should meet the requirements of most high-reliability applications including aerospace. Parts from acceptance and qualified lots will be available at a base sensor level with the ability to specify an interchangeability tolerance, calibration range, mounting adaptor, and/or lead extension for final configuration. This work presents details of this acceptance and qualification inspection and test protocol as well as performance characteristics of the DT-670-SD cryogenic temperature sensors when inspected and tested to this protocol.     

温度传感器在真空冻干设备中的应用与研究

在BSNFD05真空冷冻干燥设备上采用红外线温度传感器和铂电阻温度传感器,结合两种温度传感器的不同原理设计冻干机的温度监测系统,以草莓为原料进行冻干实验。研究表明,采用红外线温度传感器和铂电阻温度传感器,能够更及时、准确、全面地监测物料温度,从而优化加热程序,实现自动化操作。     

一种在片薄膜铂电阻温度传感器的校准方法

在片薄膜铂电阻温度传感器以铂作为感温薄膜,采用半导体工艺制造,可以有效地监测晶圆片上的半导体器件温度。为了校准该类型温度传感器,根据其工作原理和结构特点,参考JJG 229-2010对校准装置的要求,提出了一种利用高低温探针台、八位半数字多用表以及直流探针组建校准装置的方法;通过组建校准装置,测量温度传感器在不同温度下的电阻值,得到电阻-温度特性的分度表;并对在片薄膜铂电阻温度传感器在25℃和 125℃2个温度点进行校准。校准数据及校准结果验证表明,该方法切实可行,可有效解决无连接引线的在片铂薄膜电阻温度传感器的校准问题。该校准技术也可为其他类型感温元件的在片温度传感器校准提供参考依据。     

Si-B-N透波纤维的耐超高温性能

以聚硼硅氮烷（PBSZ）为先驱体,经熔融纺丝、不熔化以及在氨气气氛中高温裂解制备了Si-B-N 纤维,然后在高纯氮气保护下加热至超高温。利用元素分析、FTIR、XRD、SEM、力学性能分析和波导法等研究了纤维的耐超高温性能。结果表明:Si-B-N 纤维1 500 ℃退火几乎不失重,在惰性气体中非晶状态可以保持至1 700 ℃,加热到1 850 ℃才形成 Si₃N₄和BN等结晶相;Si-B-N 纤维的拉伸强度为1.72 GPa,弹性模量为196 GPa,1 500 ℃ 退火Si-B-N纤维的拉伸强度为1.86 GPa,弹性模量为205 GPa,Si-B-N纤维具有很好的耐超高温性能;此外,采用波导法测量,Si-B-N纤维表现出优良的介电性能,测试频率为 8~12 GHz,1 400 ℃退火的Si-B-N纤维平均介电常数和介电损耗角正切值分别为约3.68和0.001 1。      

基于ZnO复合材料的芯片式pH和温度传感器

可穿戴传感器可以方便地监测汗液pH、体表温度等信号, 以此判断人体的健康状况, 因而吸引了广泛注意。本研究制备了一种用于检测人体皮肤表面温度及汗液pH的芯片式传感器。pH传感器为ZnO/聚苯胺(PAni)微纳米结构, 在不同pH溶液中的表面电位不同, 灵敏度达120 mV/pH。温度传感器为ZnO/还原氧化石墨烯(rGO)复合材料, 用简单的滴落涂布法在聚对苯二甲酸乙二醇酯/氧化铟锡(PET/ITO)导电电极表面修饰一层ZnO/rGO。随着温度的升高, ZnO/rGO复合材料的电阻下降, 其电阻变化量的灵敏度达-0.67%/℃。两种传感材料可以集成在一个微小的芯片上, 获得的多功能传感器表现出较高的稳定性, 在皮肤表面pH和温度检测方面具有潜在的应用价值。     

一种可同时测量温度和压力的新型SAW传感器

针对汽车轮胎压力监测系统（TPMS）的典型应用,提出了一种基于声表面波（SAW）的新型传感器.这用SAW延迟线理论,温度和压力对于传感器的影响能够通过射频回波信号的变化反映出来.通过在数据处理中引入权重因子,实现对于温度和压力的准确测量.在一定压力（0-200 kPa）和温度（20-100℃）范围内的测试结果表明,该传感器能够同时准确测量温度和压力.SAW传感器对温度的测量精度可以达到0.05℃,对压力的测量精度可以达到7.2 kPa.在对于可靠性和耐久性具有特殊要求的汽车轮胎压力监测等领域,该传感器简单的结构和无线无源的测量方式,进一步提高了其实用性和推广价值.     

现场校准用的测温传感器

介绍了一种新型的现场校准用测温传感器,从温度计的结构和电阻- 温度系数计算方法方面进行论述,并提供相应的试验数据.对温度计的稳定性等方面进行分析,显示该测温传感器的优点,可用于温度产品的现场校准,具有一定的实用价值.