专利名称：基于多层薄膜的热电偶温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于温度传感器领域。
背景技术：
温度的测量通常采用自然热电偶法、半人工热电偶法和人工热电偶法，但这些普通丝式热电偶温度传感器测温接点体积较大，热容量也较大，与被测温度达到热平衡所需要的时间长，响应速度慢；而且半人工和人工热电偶的热接点离刀尖有一定距离，刀尖处的温度梯度又大，因此，在高速切削加工过程中，普通丝式热电偶温度传感器不能及时准确地响应切削温度的快速动态变化。红外测温法虽然响应较快，但只能用于干态切削，而且准确性也不佳。

发明内容
本发明的目的是发明一种基于多层薄膜技术的快速响应热电偶温度传感器，在高速切削加工过程中动态监测快速变化的温度，以解决提高加工效率与加工质量、延长刀具寿命等问题。本发明基于多层薄膜的热电偶温度传感器采用的技术方案是基于多层薄膜的热电偶温度传感器由刀片、热电偶薄膜电极层、绝缘薄膜层和耐磨保护薄膜层组成，其特征是，采用磁控溅射方法在刀片1的前刀面上制备MCr热电偶薄膜电极2和MSi热电偶薄膜电极3，两薄膜电极在刀片的刀尖处重叠形成热电偶温度传感器的测温接点A ；然后采用磁控反应溅射方法在靠近切削刃一边沉积Al2O3绝缘薄膜层4 ；最后采用磁控反应溅射方法在靠近切削刃一边制备TiAlN耐磨保护薄膜层5。高速切削工件8的过程中，冷端补偿用的NiCr热电偶丝6和NiSi热电偶丝7分别与MCr热电偶薄膜电极2和MSi热电偶薄膜电极3相连，并将热电偶回路中的热电势引出。本发明的效果是基于多层薄膜的热电偶温度传感器由于热电偶热接点体积小，可以更靠近刀尖，又由于热容量小，响应快，同时热电偶薄膜电极层、绝缘薄膜层和耐磨保护薄膜层之间，以及它们与刀片基体之间具有足够的附着强度，因此可以快速而准确地测量高速切削动态变化的温度。


图1是本发明所述的基于多层薄膜的热电偶温度传感器的结构示意图。图2是图1的俯视图。图3是本发明所述的热电偶温度传感器用于高速切削测温时热电势的引出示意图。图4是图3的俯视图。图中，1.刀片，2. NiCr热电偶薄膜电极，3. NiSi热电偶薄膜电极，4. Al2O3绝缘薄膜，5. TiAlN耐磨保护薄膜，6. NiCr热电偶丝，7. NiSi热电偶丝，8.工件，A.热电偶测温接
点ο
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式
。首先将聚晶立方氮化硼(PCBN) 刀片1经超声波清洗后先盖上一种掩膜(与刀片同时用超声波清洗)，采用磁控溅射方法沉积NiCr热电偶薄膜电极2，然后采用同样的溅射方法盖上另一种掩膜制备MSi热电偶薄膜电极3。然后采用磁控反应溅射方法盖上第三种掩膜在靠近切削刃一边沉积Al2O3绝缘薄膜4;最后采用磁控反应溅射方法盖上第四种掩膜在靠近切削刃一边制备TiAlN耐磨保护薄膜层5，如附图1和图2所示。使用这种温度传感器测量高速切削工件8的温度时，将制备了多层薄膜结构的热电偶温度传感器的测温刀片1装在上压式机夹刀杆上。冷端补偿用的NiCr热电偶丝6和 NiSi热电偶丝7分别与NiCr热电偶薄膜电极2和NiSi热电偶薄膜电极3通过刀杆的上压块压在一起成欧姆接触，如附图3和图4所示。NiCr/NiSi热电偶丝分别接入后续处理电路中。切削时，由于产生的切削热使薄膜热电偶温度传感器的测温接点A温度升高，回路中产生的热电势经后续电路处理并放大后，送入计算机经高速数据采集卡采集转换成温度输出并显示，便可实现高速切削动态温度的监测。
权利要求
1.基于多层薄膜的热电偶温度传感器由刀片、热电偶薄膜电极层、绝缘薄膜层和耐磨保护薄膜层组成，其特征是，采用磁控溅射方法在刀片(1)的前刀面上制备MCr热电偶薄膜电极(2)和NiSi热电偶薄膜电极(3)，两薄膜电极在刀片的刀尖处重叠形成热电偶温度传感器的测温接点(A)；然后采用磁控反应溅射方法在靠近切削刃一边沉积Al2O3绝缘薄膜层；最后采用磁控反应溅射方法在靠近切削刃一边制备TiAlN耐磨保护薄膜层(5)。
2.高速切削加工工件(8)过程中，冷端补偿用的NiCr热电偶丝(6)和NiSi热电偶丝 (7)分别与NiCr热电偶薄膜电极⑵和NiSi热电偶薄膜电极(3)相连，并将热电偶回路中的热电势引出。
全文摘要
基于多层薄膜的热电偶温度传感器由刀片、热电偶薄膜电极层、绝缘薄膜层和耐磨保护薄膜层组成，其特征是，采用磁控溅射方法在刀片的前刀面上制备NiCr热电偶薄膜电极和NiSi热电偶薄膜电极，两薄膜电极在刀片的刀尖处重叠形成热电偶温度传感器的测温接点；然后采用磁控反应溅射方法在靠近切削刃一边沉积Al2O3绝缘薄膜层；最后采用磁控反应溅射方法在靠近切削刃一边制备TiAlN耐磨保护薄膜层。热电偶测温接点体积小，可以更靠近刀尖，又由于热容量小，响应快；同时热电偶薄膜层、绝缘薄膜层和耐磨保护薄膜层之间，以及它们与刀片基体之间具有足够的附着强度，因此可以快速而准确地测量高速切削动态变化的温度。
文档编号G01K7/02GK102564628SQ20101059440
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者余忠华, 吴凯, 曾其勇, 朱明 , 郑晓峰 申请人:中国计量学院