溫度傳感器敏感材料

1、溫度傳感器敏感材料溫度是國際單位七個基本物理量之一。 溫度測量在物理學中占有重要地位, 在國民經(jīng)濟、 國防建設(shè)和科學研究以至人們生活中也十分重要 . 因而得到廣泛應(yīng)用。 貴金屬, 特別是鉑及其 合金具有優(yōu)良的抗氧化性能。熱電勢高且與溫度的單值函數(shù)關(guān)系好,熱電特性穩(wěn)定,具有大 的電阻溫度系數(shù), 電阻與溫度的關(guān)系接近線性, 是特別重要的溫度測量材料和溫度敏感材料, 已廣泛用于對溫度的精確測量并用作沮度基準和高溫定點。貴金屬測溫材料主要有兩大類 :熱電偶材料和鉑電阻溫度計材料。貴金屬熱電偶材料1821年 Z. J. Seeback發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng),即將 A 和 B 兩種不同的金屬線連成回路,其兩 端溫度

2、保持不同,則電路中產(chǎn)生電流,存在由溫差引起電動勢的現(xiàn)象。這一效應(yīng)被稱為 Seeback 效應(yīng)或 Seeback 溫差效應(yīng) . 是熱電偶測溫的基本原理 . 閉合電路中存在熱電動勢 VAB = W.AR OT ,式中 .OT 為沮差 ;Wa=(WA-W,為 Seeback系數(shù) (W和 W 。為金屬 A 和 B 的絕對熱 電動勢率 。 W 。 決定了熱電偶側(cè)沮材料的基本性能 . 作為熱電偶測溫材料, 要求有盡可能大的 WM, 即選用 W 和 W 。相差較大的材料作兩極,并要求 w 胡和溫度丁的關(guān)系盡可能呈線性。且 保持穩(wěn)定 .貴金屬鉑的絕對熱電勢率為負值,與溫度呈線性關(guān)系。 Pt-Rh 合金具有高而

3、穩(wěn)定的熱電 勢 . 且熱電勢與沮度呈線性關(guān)系, 因此, 純鉑與 Pt-Rh 合金可配對制作熱電偶, 且對鉑熱電勢 隨佬含量增加而增加。繼 1885年第一支 Pt-lORh/Pt熱電偶制作成功后,對貴金屬熱電偶材 料的研究發(fā)展很快, 貴金屬成為重要的高溫熱電偶測沮材料 . 常用的鉑基合金熱電偶材料及性 能如表 6.5所列 . 貴金屬高沮熱電偶廣泛用于煉鋼工業(yè)、 玻璃工業(yè)、 化學工業(yè)以及金屬材料和 非金屬材料加工等過程溫度測量。 對煉鋼工業(yè)來說, Pt-PtRh 熱電偶不僅用于測量鋼液溫度, 而且根據(jù)鋼液溫度與碳含量的關(guān)系可測定鋼液含碳量, 其作用十分重要 .Pt-PtlORh 熱電偶還 用作溫度

4、基準。由于低溫工程技術(shù)的發(fā)展,低溫的精確側(cè)量也十分重要。一般金屬和合金的熱電性能都 隨溫度降低而變差,在常溫下具有很高熱電勢的熱電偶在低溫或超低溫下由于靈敏度迅速降 低而不能使用。而含貴金屬的 NiCr-AuFe 和 Rh-RhFe 是常用的低溫熱電偶材料。當熱電偶在核場中工作時,由于熱中子和快中子流的照射,普通熱電偶的熱電勢摘出不 穩(wěn)定。而 Pt-M 。熱電偶在核場中工作很穩(wěn)定,在真空、惰性氣氛和核場下可長期工作到 1600L.WOs(0.1-1-WRe2O熱電偶能在核場中側(cè)量 2 000-3 000*C超高沮,工作特性穩(wěn)定 . 鉑電阻溫度計材料金屬材料的電阻是溫度的函數(shù),一般來說隨溫度升高

5、而增大,電阻溫度計測量溫度的原 理就是基于這一現(xiàn)象。 作為電阻沮度計材料要求在溫度發(fā)生很小變化時, 電阻發(fā)生大的變化。 純鉑的電阻系數(shù)高 (室溫下 p=10.42X1。 一 flm , 電阻溫度系數(shù)高 (純度為 99. 999%的鉑, a=3. 927 X 10-/.C且電阻與沮度間存在近似線性關(guān)系,加上優(yōu)良的抗氧化、耐腐蝕性,是 制作高精度溫度測量用電阻溫度計的首選材料。鉑以絲材和厚膜元件形式制作的電阻溫度計 已獲得廣泛應(yīng)用 :用電阻比 R,oo/Ro 1. 3925和 1. 3920 (Rio,和 R 。分別為 100和 0下 的電阻值 , 且長度和直徑一定的鉑絲制作的電阻沮度計已分別用作溫度范圍為 13. 81 - 630. 74和 630. 74-1064. 43的沮度測量基準器具, R,no /Ro = 1. 3850的鉑電阻溫度計已廣 泛用于工業(yè)溫度側(cè)童 ; 用絲網(wǎng)印刷一燒成等厚膜技術(shù)制作、并經(jīng)分度的厚膜鉑電阻溫度計 (腆 厚度為一 105m. 寬度約 400Am , 廣泛用于測溫和控溫儀器儀表。 近年來研究發(fā)展的鉑薄膜溫 度傳感器 (圖 6.3 是采用磁控濺射方法,在 AI2O, 或石英基底上沉積鉑 (或銥 薄膜 (厚度為 1-25m ,經(jīng)激光精整或離子刻蝕成電阻通道 (寬度約為 205m ,表面再碩以玻瑞陶瓷層,再經(jīng)