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Ni-Cr/Ni-Si薄膜热电偶切削温度测试系统研制这一课题来源于中国工程物理研究院重大基金项目(项目编号:200120301):炸药件机械加工及仿真技术研究。本文主要研究瞬态测温传感器——薄膜热电偶的制作及传感器的研制。 在切削化爆材料的过程中,由于化爆材料的不均匀性,其内部随机分布硬质点,当切到某个硬质点时,会突然出现瞬时高温脉冲,当这一瞬时高温超出一定的范围时,会引爆工件而引发重大恶性事故。因此,能够快速准确地测量化爆材料瞬态切削温度的传感器对军工企业的安全生产具有重大的意义。 本课题组曾采用多弧离子镀方法制备Ni-Cr/Ni-Si薄膜热电偶,由于薄膜成分偏离标准大块Ni-Cr/Ni-Si材料,导致热电偶塞贝克系数与标准Ni-Cr/Ni-Si丝式热电偶相差较大。这样用Ni-Cr/Ni-Si丝作为冷端补偿导线时会产生较大的误差。本文对Ni-Cr/Ni-Si薄膜热电偶采用磁控溅射制作方法及其特性进行分析研究。 磁控溅射以磁场束缚和延长电子的运动路径,改变电子的运动方向,提高工作气体(Ar气)的电离率和利用率。电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞,被电离的Ar~+在电场作用下加速轰击靶材,溅射出大量的靶材原子(呈中性)最后沉积在基片上。磁控溅射具有沉积速率高、薄膜质量好、膜-材成分一致性好,成膜参数方便可控、重复性和稳定性好等特点,成为当今制膜行业的首选方法之一。 论文的主要内容包括:薄膜热电偶测温传感器的结构设计,磁控溅射方法制备热电偶薄膜电极,测温传感器的静态标定、动态标定及切削温度测量试验,测温误差分析等。其中,薄膜电极的制备是本论文工作的重点,也是测温传感器研制的关键。 与多弧离子镀法相比,采用磁控溅射法镀制的热电偶薄膜成分与靶材接近,膜层致密均匀、平整光滑,膜厚为2.45μm。对新研制的Ni-Cr/Ni-Si薄膜热电偶进行了静态标定与动态标定。得出薄膜热电偶的灵敏度为40.1μV/℃,线性误差不大于0.75%,时间常数为0.32ms。最后将薄膜热电偶温度传感器用于化爆材料切削试验,试验表明,采用磁控溅射法制各的Ni-Cr/Ni-Si薄膜热电偶经验证能够快速地反映化爆材料的切削温度,温度脉冲时间常数小于0.35ms,能够达到瞬态温度监控的目的。