薄膜热电偶温度传感器研究进展.pdf

2012年第31卷第2期
传感器与微系统( Transducer and Microsystem Technologies
综述与评论
薄膜热电偶温度传感器硏究进展
赵源深,杨丽红
上海理工大学机械工程学院,上海200093)
摘要:随着低维材料技术的发展和对测温要求的提高,薄膜热电偶温度传感器应运而生,其快速响应特
性为测量瞬变温度提供了可能。综述了薄膜热电偶温度传感器国内外发展现状,着重介绍了薄膜临界厚
度的确定扩散现象的影响、制备工艺等关键技术,并对其未来发展做出了展望。
关键词:薄膜热电偶:;赛贝克效应;尺寸效应;扩散;动态标定
中图分类号:TP212.1文献标识码:A文章编号:1000-9787(2012)02-0001-03
temperature sensor+ o
Research progress of thin film thermocouple
ZHAO Yuan-shen YANG Li-hon
School of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and
Technology, Shanghai 200093, China)
Abstract: The thin film thermocouple temperature sensor is created with the development of low-dimensior
materials technology and the increase of temperature measurement requirements. It is possible to measure transient
temperature by using the thin film thermocouple temperature sensor as its rapid response characteristics. The
domestic and foreign development present situation is summarized. The technical problem such as determining the
critical thickness, the influence of diffusion, preparation technology is also introduced emphatically. Its
development direction in the future is also presented
Key words thin film thermocouple; Seebeck effect; size effect; diffusion; dynamic calibration
0引言
性能角度出发对薄膜热电偶展开研究,并取得了一定的研
在科学技术飞速发展的今天,各种材料低维化已经成
究成果,这些都推动了其进一步发展。在此基础上,本文综
为了材料科学发展的重要趋势之一,大量不同功能的薄膜述了薄膜热电偶温度传感器的国内外的发展现状,着重介
材料已经在工业生产中得到了越来越多的应用,而薄膜热
绍了其发展的关键技术问题,以及对其未来发腰的展望。
电偶温度传感器正是随着薄膜材料技术发展而出现的新型
1国内外发展现状
传感器。与普通体块型热电偶相比,薄膜热电偶具有典型1.1国外发展现状
的二维特性,其热结点厚度为微纳米量级,因此,具有热容
薄膜热电偶温度传感器的概念最早是出德国人Ha
量小、响应迅速等1优点,能够准确测量瞬态温度变化。
ckemann P2提出的,他将其成功用于测量枪膛在子弹射出
目前,国内关于薄膜热电偶温度传感器的研究工作主后膛壁的温度变化,此时薄膜厚度达到了2m。随后,美
要集中在制备工艺的研究和传感器的标定上面。随着薄膜国人 Bendersky D?在 Hackemann P的基础上研制出了热
制备技术日趋多样化,热电偶薄膜的制备工艺也越来越复结点厚度为1m的薄膜热电偶,从而进一步减小了测温响
杂,工艺的优劣将直接关系到薄膜热电偶温度传感器的各应时间。在20世纪60年代,为了测定内燃机壁面的瞬变
项性能指标,因此,研究制备工艺在其研究中占据非常重要温度,日本人小栗达、原正键等人发明出了夹板式薄膜热电
的地位。到目前为止,由于缺乏相关理论基础和有效的实偶温度传感器,而与此同时,英国人 Marshall4则提出将热
验途径,动态标定依然困扰薄膜热电偶发展,同时也是急需电极以薄膜的形式直接沉积在被测表面的方法,这两种方
解决的关键问题。近来,国内外相关研究人员从材料物理法都比较好地解决了这一问题。美国通用电气公司?采用
收稿日期:2011-07-(02
*基金项目:上海市教委重点学科建设项目(J50503);上海市研究生创新基金资助项目( JWCXSL1102