本文關鍵詞：柴油機活塞表面瞬態(tài)溫度測試用薄膜傳感器的研究　出處：《大連交通大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：隨著科學技術的飛速發(fā)展和人們要求的不斷提高,各國內燃機設計者和各大生產廠家都在努力加速研究和開發(fā)高速大功率柴油機的新產品。而在新產品設計過程中對受熱零部件尤其是活塞,進行大量的熱負荷分析和研究是至關重要的。測量工作過程中活塞的實際溫度是了解活塞受熱情況的最直觀手段。但是由于活塞工作于惡劣、特殊的環(huán)境下,目前普通的測溫傳感器已難以滿足要求。本文研制的薄膜傳感器,不但為后續(xù)活塞熱負荷研究奠定理論基礎,同時可為高速大功率柴油機新產品開發(fā)提供可靠的參考數據。首先,以溫度場有限元分析理論、活塞熱分析理論為基礎;建立活塞實體模型,采用COSMOSWorks軟件劃分單元網格,對活塞穩(wěn)態(tài)溫度場進行有限元分析得到了溫度場分布云圖;然后,結合薄膜溫度傳感器原理和本課題組傳感器設計經驗,本著完善、優(yōu)化設計的理念,在保證傳感器靈敏度、線性度、響應速度、穩(wěn)定性等前提下,設計了一種結構尺寸小,更適合現場測量的瞬態(tài)溫度測試用薄膜傳感器;設計NiCr/NiSi絲固定支架,利用高溫燒結技術制備不同編號的陶絲元件;設計陶絲元件夾緊片和固定板,采用直流脈沖磁控濺射加射頻偏壓技術,控制薄膜沉積時間,在每種編號陶絲元件端面制備出三組NiSi薄膜,使其與NiCr絲形成熱接點,再利用反應脈沖磁控濺射加射頻偏壓方法制備Si3N4保護膜,最終完成傳感器制作;對陶絲元件表面形貌進行觀測,對傳感器的NiSi薄膜進行了性能表征;最后,對瞬態(tài)溫度測試用薄膜傳感器進行了靜、動態(tài)標定研究。通過臺階儀、掃描電子顯微鏡和能譜分析儀分別對NiSi薄膜的厚度、表面形貌及成分進行了表征。對所研制的薄膜傳感器進行靜、動態(tài)性能標定,結果顯示在50°C~400°C范圍內其塞貝克系數為41.5μV/K左右,非線性誤差不超過0.38%,且與熱接點面積,薄膜厚度無關,重復率高且穩(wěn)定可靠。當熱接點薄膜厚度為307nm,其響應時間最短為23.5μs,熱接點薄膜厚度越小,薄膜溫度傳感器動態(tài)時間常數越小,而且與熱接點面積無關。
[Abstract]:With the rapid development of the science and technology and the increasing demands of the people , the designers of internal combustion engines and the big manufacturers are trying to accelerate the research and development of the new products of high - speed and high - power diesel engines . The shorter the response time is 23.5 . mu.s , the smaller the thickness of the thermal contact film , the smaller the dynamic time constant of the thin film temperature sensor , and is not related to the area of the thermal contact .

【學位授予單位】：大連交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK423;TP212

【參考文獻】

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本文編號：1413342