[发明专利]采用多层复合薄膜温度传感器测试瞬态切削温度的方法

摘要

本发明采用多层复合薄膜温度传感器测试瞬态切削温度的方法属于先进制造及切削技术领域，特别涉及切削温度测试方法领域。该方法使用多层复合薄膜温度传感器，进行多层复合薄膜温度传感器静、动态标定，瞬态切削温度采用冷端温度补偿方式；先进行多层复合薄膜温度传感器的安装，在具有绝缘膜的高速钢或硬质合金刀体上利用微波ECR等离子体源增强射频反应非平衡磁控溅射沉积出保护薄膜。进行瞬态切削温度测试时，将静态标定得到的多层复合薄膜温度传感器热电势与热端温度的关系特性曲线输入系统测试软件中，进行冷端温度补偿。传感器的热接点热容量小，快速响应特性好，有效的解决了金属切削过程中瞬态切削温度的测试问题。

主权项

1.一种采用多层复合薄膜温度传感器测试瞬态切削温度的方法，其特征是，采用多层复合薄膜温度传感器，进行多层复合薄膜温度传感器静、动态标定，采用AD590冷端温度补偿方式完成瞬态切削温度测试，具体步骤如下：第一步进行多层复合薄膜温度传感器的安装：1)、在具有SiO2绝缘膜(2)，NiCri薄膜(3)、NiSi薄膜(4)和通槽(C)的高速钢或硬质合金刀体(1)上利用微波ECR等离子体源增强射频反应非平衡磁控溅射沉积出Si3N4保护薄膜(5)，构成多层复合薄膜温度传感器(I)；2)、用耐高温导电银胶(6)将0.2mm的NiCr补偿导线(7)一端与薄膜电极(3)粘结，用耐高温导电银胶(6’)将0.2mm的NiSi补偿导线(8)一端与薄膜电极(4)粘结；3)、NiCr补偿导线(7)的另一端和NiSi补偿导线(8)的另一端分别穿过通槽(C)，之后，通槽C用绝缘胶(9)灌封；4)、在刀杆(10)下底开纵向槽(F)，在刀杆(10)上按顺序分别钻水平孔(D)、垂直孔(E)、尾孔(G)，并去掉毛刺；5)、给NiCr补偿导线(7)和NiSi补偿导线(8)的引出线加绝缘护套后，使其穿过刀杆(10)下部的水平孔(D)、垂直孔(E)、纵向槽(F)和尾孔(G)后引出；6)、安装多层复合薄膜温度传感器(I)时，用绝缘刀垫(12)使刀体(1)底面与刀杆(10)绝缘；在刀体(1)其他侧面固定绝缘垫片(11)，夹紧螺钉(13)和压板(14)通过绝缘垫片(11)将刀体(1)固定；用两个螺钉(17)将挡板(16)固定于刀杆(10)上；7)、工件(21)通过绝缘垫片(20)安装在三爪卡盘(19)上，当工件较长时，采用绝缘顶尖(22)轴向固定；第二步对多层复合薄膜温度传感器(I)在0℃~600℃范围内进行静态标定，在高速钢或硬质合金刀体(1)上沉积NiCr/NiSi热电偶薄膜的同时，在16×16mm2 石英玻璃片上分别同炉镀制NiCr/NiSi薄膜热电偶，作为标定用薄膜热电偶，将整个温度标定范围分为三段，0℃～100℃，采用标准水槽；100℃～300℃采用标准油槽；300℃～600℃采用卧式热电偶检定炉；在水槽和油槽中标定时，热电偶热端温度用标准铂电阻控制；在检定炉标定时，热端温度用铂铑10-铂热电偶控制，按照检定点温度的大小，把被标定热电偶和标准热电偶的测温接点先后放入水槽、油槽或检定炉的同一温度场中，并将它们的冷端置于0℃的冰点器中；调节智能高精度控温仪使温度达到检定点温度，待温度恒定后，用多功能数字万用表测量被测热电偶的热电势值，得到多层复合薄膜温度传感器热电势与热端温度的关系特性曲线；第三步对多层复合薄膜温度传感器(I)进行动态标定，用激光脉冲发生器发出一束持续时间为20ns的激光脉冲，垂直照射到薄膜热电偶的接点(B)上，薄膜热电偶感受到温升产生电压信号输出，经过放大器，薄膜热电偶的激光脉冲响应电势被比例放大后，用数据采集卡采集信号，送入计算机用VC编制的系统测试软件进行数据处理、分析及显示，得到温度测试系统的阶跃响应曲线，通过计算时间常数约为0.8毫秒；第四步进行瞬态切削温度测试时，将静态标定得到的多层复合薄膜温度传感器热电势与热端温度的关系特性曲线输入系统测试软件；多层复合薄膜温度传感冷端温度补偿用AD590集成温度传感芯片感受冷端环境温度，电路中引入偏置电压回路，R1和R2的取值为对应的薄膜热电偶的Seebeck系数。