典型高溫薄膜傳感器的研究進(jìn)展*

孫道恒，崔在甫，周穎鋒，周排弟，易偉勁，林曉龍，王凌云

(廈門大學(xué)機(jī)電工程系， 福建 廈門 361005)

引 言

航空航天用航空發(fā)動機(jī)、發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)、石油化工設(shè)備、內(nèi)燃機(jī)等的高溫區(qū)域部件工作環(huán)境惡劣，在高溫、高壓環(huán)境下承受著熱應(yīng)力、接觸應(yīng)力、氧化腐蝕等，特別是航空發(fā)動機(jī)高溫區(qū)域的渦輪葉片，由于蠕變和發(fā)動機(jī)內(nèi)壁的碰撞甚至斷裂，有可能引發(fā)嚴(yán)重的航空事故[1]。目前主流的航空發(fā)動機(jī)渦輪前溫度超過1 700 ℃，轉(zhuǎn)速大于20 000 r/min[2-3]。發(fā)電用的燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獬鯗匾策_(dá)到了1 600 ℃[4-5]。石油化工設(shè)備也承受著較高的溫度和壓力以及滲碳等腐蝕[6]。

為了評估航空發(fā)動機(jī)高溫部件材料或者研制新型高溫部件以及驗(yàn)證計(jì)算模型[7]，需要測量其內(nèi)部部件的一些參數(shù)，如應(yīng)變、表面溫度、表面熱流量等。此外，面向發(fā)動機(jī)的健康管理及智能化要求，在航空發(fā)動機(jī)工作過程中，需要對其內(nèi)部部件或結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時的健康監(jiān)測，某些部件或者結(jié)構(gòu)一旦達(dá)到維修或者報廢的條件，就需及時維修或者更換以降低航空事故的發(fā)生概率。對于燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)和石油化工設(shè)備的高溫區(qū)域，也需要研制新的部件，同時需要監(jiān)測高溫區(qū)域部件或者結(jié)構(gòu)的一些參數(shù)如應(yīng)變、壁面溫度、熱流量等。

薄膜傳感器厚度僅為幾百納米至幾十微米，制作簡單，有利于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)/感知一體化制造，對被測結(jié)構(gòu)或環(huán)境無干擾[8]，它可以直接噴涂在部件表面而不影響設(shè)備內(nèi)部環(huán)境，用于測量航空發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、石油化工設(shè)備內(nèi)部高溫區(qū)域部件的表面溫度、應(yīng)變、熱流量等。……