一種溫度傳感器的制作研究

閆旭宏

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024)

一種溫度傳感器的制作研究

閆旭宏

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024)

當對象系統外形較大或其各個部位的溫度差異較大時，使用常規溫度傳感器對其進行溫度的檢測就有了很大的局限性。為了解決這一問題，研制了一種新結構形式的溫度傳感器，并描述了該溫度傳感器的制作方法，重點闡述了制作所用熔鹽浸入裝置的結構及浸鹽的工藝流程。該溫度傳感器在達到監測溫度目的的同時，簡化了結構，從而使整個監測溫度的系統得到了優化。

溫度傳感器；熔鹽；浸鹽流程

溫度，是表征物體冷熱程度的物理量，它在工業自動化、家用電器、環境保護、安全生產和汽車工業等行業中都是基本的檢測參數之一。溫度是溫度監控系統中最基本、最核心的衡量指標，也是測溫系統中最為重要的參數。在對溫度進行監測的環節中，溫度傳感器在測溫系統中占有至關重要的地位。

通常情況下，溫度傳感器是以探頭的結構形式，碰觸到被測物或懸置在被測環境中進行工作的。本文介紹了一種新的結構形式的溫度傳感器及其制作方法，以便更加適合用于特定要求的場合，達到監測溫度的目的。

1 結構及使用說明

當需監測溫度的對象系統外形較大或其各個部位溫度差異較大，且要求對其各個部位在自身發熱或被動受熱的過程中，溫度值不得超過允許范圍時，如果采用探頭的方式進行數據采集，勢必需要加裝許多的感溫探頭，這將會給整個系統帶來諸如體積、質量、安裝難度、成本等方面的不利影響。

為避免以上情況發生，現設計制作一種管線狀溫度傳感器，其橫截面結構如圖1。細金屬管外徑為2～3 mm，細金屬絲外徑為0.5～0.6 mm，長度可到3 m。瓷柱長度為3～5 mm，緊密排列地串在金屬絲上，起到支撐間隔金屬絲與金屬管的作用。在金屬管的剩余空隙中，充滿固態熔鹽。整根溫度傳感器外觀如圖2所示。

圖1 溫度傳感器橫截面

圖2 溫度傳感器外觀

使用時，在允許的彎曲半徑范圍內，將溫度傳感器貼附在需監測溫度的對象或系統上。當它的某個位置由于自身發熱或被動受熱，使此處的溫度超過安全允許值時（該值與溫度傳感器中熔鹽的熔點相當），溫度傳感器的a點（如圖2）正好貼附在此處，則熔鹽發生熔化，電流在金屬管與金屬絲之間發生了導通，通過該變化，溫度傳感器就提供了需監測對象或系統出現超溫過熱的報警訊號。

2 制作方法

2.1 制作用材

冷拔金屬管、金屬絲（選用防銹耐腐蝕不銹鋼材料）、瓷柱、熔鹽。在這里，詳細介紹一下熔鹽。熔鹽是一種高溫溶劑，其主要特點是晶體與液體的體積密度相近，熔化時解離為液態的離子熔體，因此會導電。熔鹽具有很高的熱熔和熱傳導值以及高的熱穩定性和質量傳遞速度在電化學方面具有寬的點位穩定“窗口”。在實際應用時，很少利用單一鹽，經常使用的是復合共晶鹽。選做溫度傳感器的填充鹽時，主要考慮其熔點與所需的過熱報警值相匹配，幾種常用的典型熔鹽體系見表1。

表1 常用的典型熔鹽體系

2.2 關鍵制作裝置

溫度傳感器的組裝（即金屬管、金屬絲和瓷柱串裝）較簡單，制作的關鍵其實是將配好的熔鹽浸入到前三者的細小間隙里。為了實現最后的關鍵工序，需設計制作一個浸鹽工作室，如圖3所示。其工作原理：利用壓力差，將熔化后的鹽浸入溫度傳感器的間隙里，壓力差的動力提供系統原理如圖4所示。

工作室主體由不銹鋼材料制成。主腔內的鹽槽可獨立加熱并能夠升降，鹽槽內放置熔鹽。主腔內有整體加熱，為浸鹽提供適合的溫度環境。主腔頂部掛置待浸鹽的溫度傳感器。傳感器被繞成環形，一端朝向鹽槽，另一端通過分腔轉接口連通到工作室副腔，分腔轉接口結構如圖5所示。

圖4 壓力差的動力提供系統原理圖

圖3 浸鹽工作室

圖5 分腔轉接口結構

2.3 浸鹽的工藝流程

其流程見圖6所示。

圖6 浸鹽工藝流程

3 浸鹽流程中需提及的一些工藝

（1）在浸鹽之前，對工作室進行抽真空，并充入N2。這是因為非極性氣體如干燥的空氣、N2等對熔鹽液體的表面張力基本上不影響，而極性氣體如水蒸汽、SO2、NH3、等對表面張力影響較大。另外，考慮到對工作室環境的凈化，排出雜質。

（2）對工作室環境溫度，特別是對熔鹽加熱溫度的控制及保持恒溫，是很重要的一個環節。保持一個合適的溫度值，可以使液態熔鹽保持一個合適且穩定的粘度（典型熔鹽的粘度與溫度的關系如圖7所示），順利地浸入到傳感器的間隙，卻不發生空穴欠灌。

圖7 典型熔鹽的粘度與溫度的關系

（3）關于壓力差的提供，壓力差值大小與液態熔鹽的粘度、傳感器的長度及內部間隙都有關系，且情況比較復雜，需做進一步的實驗獲得合適的工藝數據。

4 結束語

本文針對外形較大或各個部位溫差可能較大的監測對象系統，研究制作一種新的結構形式的溫度傳感器。該溫度傳感器不僅達到了監測溫度的目的，而且簡化了常規溫度傳感器的結構形式，為整個系統體積減小、質量減輕、結構緊湊，以及安裝難度和成本的下降起到了積極的作用。

[1] 達道安.真空設計手冊[M].北京：國防工業出版社，1991.

[2] 段淑貞，喬芝郁，主編.熔鹽化學-原理和應用[M].北京：冶金工業出版社，1990.

The Research for Making a Kind of Temperature Sensor

YAN Xuhong

(The 2th Research Institute of CETC，Taiyuan 030024，China)

If the size of object system goes to be big or the max temperature among each parts is different，it will be difficult to make temperature testing using a regular temperature sensor.In order to solve this problem，this paper expounds a new kind of temperature sensor，describes in detail the method of making the temperature sensor，and expounds the process procedure of the molten salt used in devices and salt immersing process.The temperature sensor achieves not only monitoring the temperature，but also simplifying its structure，meanwhile，the temperature monitoring system realizes optimization.

Temperature sensor；Molten salt；Salt immersing process

TN605

：B

：1004-4507(2015)08-0058-04

半導體、電子設備：產業升級箭在弦上

2015-07-20

閆旭宏，（1981-），男，畢業于長春理工大學，工程師，主要從事電子專用生產設備的研發工作。

報告關鍵要素：下半年，轉型升級將為電子產 業打開增長空間。產業將從低端制造向上游延伸，