[发明专利]一种高温热流传感器

说明书

本发明提供一种高温热流传感器，包括：基于横向热电效应进行工作的敏感层，所述敏感层包括倾斜(AB)_N多层膜，倾斜(AB)_N多层膜由两种不同的材料A和材料B交替堆砌而成。所述倾斜(AB)_N多层膜相对于水平方向存在一倾斜角α，0°＞α＞90°。本发明的热流传感器能工作于高温环境下，且制作工艺简单。本发明所选的材料在空气环境中工作上限温度都能到800℃。通过选取特定材料，热流传感器的工作温度甚至可以高达1500℃。

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种高温热流传感器。

背景技术

热流传感器用于测量热流密度，是研究热量传递的重要装置，其在航空发动机可靠性设计和飞行器防热结构设计等航空航天领域有着重要的应用。航空航天技术的快速发展使得热流测量环境也日渐苛刻。以航空发动机为例，随着发动机推重比的提高，燃烧室后燃气温度越来越高，已经超出了一般热电偶工作温度上限，这使得高温热流传感器的研究开发十分迫切。

传统热流传感器的工作原理主要是基于纵向的热电效应，其敏感单元大部分采用经典的热电堆结构，将一系列具有不同热电势的两种材料首尾相连构成热电堆，结合一层热阻挡层，通过纵向的热电效应将冷、热结点处的温差转换为电场，敏感单元中电场与热流方向平行。这类器件的制备工艺和过程较为复杂，成本较高，而且无法工作于高温环境下(800℃)。以基于铜和康铜薄膜的热阻式热流传感器为例，其制备过程需要借助复杂的微加工技术并需要融合热阻层，而且在大于200℃的空气环境下铜和康铜薄膜便开始发生明显氧化产生绝缘的氧化物，从而使得器件失效。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种耐高温的热流传感器。

一种高温热流传感器，包括：基于横向热电效应进行工作的敏感层；

所述敏感层包括倾斜(AB)_N多层膜，所述倾斜(AB)_N多层膜由两种不同的材料A和材料B交替堆砌而成；N为大于等于1的整数；

所述倾斜(AB)_N多层膜与水平方向存在一个夹角α，0°＞α＞90°；

所述材料A的热电系数S_A和材料B的热电系数S_B数值差异越大越有利于获得较高的热流探测灵敏度；在与热流垂直的方向有电信号U,理想情况下U正相关于辐照长度l、sin(2α)、温度梯度和(S_||-S_⊥)；(其中S_||为(AB)_N多层膜在非倾斜状态时沿水平方向的热电系数，S_⊥为(AB)_N多层膜非倾斜状态时沿垂直方向的热电系数)。

进一步地，如上所述的高温热流传感器，所述倾斜(AB)_N多层膜中的单周期AB为金属多层结构、或者金属合金和金属的多层结构、或者金属合金和金属合金的多层结构。

进一步地，如上所述的高温热流传感器，所述倾斜(AB)_N多层膜中的单周期AB可以可以是Pt/Ni、Steel/Ni、Cr/Al、Mo/Ti、Alumel/Constantan、Alumel/Cr、Pt_0.95Mo_0.05/Pt_0.99Mo_0.01、Pt_0.87Rh_0.13/Pt、Pt_0.9Rh_0.1/Pt、Pt_0.87Rh_0.13/Pt_0.99Rh_0.01、Pt_0.7Rh_0.3/Pt_0.94Rh_0.06材料中任意一种。