一种温度传感器的制作研究

闫旭宏

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

一种温度传感器的制作研究

闫旭宏

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

当对象系统外形较大或其各个部位的温度差异较大时，使用常规温度传感器对其进行温度的检测就有了很大的局限性。为了解决这一问题，研制了一种新结构形式的温度传感器，并描述了该温度传感器的制作方法，重点阐述了制作所用熔盐浸入装置的结构及浸盐的工艺流程。该温度传感器在达到监测温度目的的同时，简化了结构，从而使整个监测温度的系统得到了优化。

温度传感器；熔盐；浸盐流程

温度，是表征物体冷热程度的物理量，它在工业自动化、家用电器、环境保护、安全生产和汽车工业等行业中都是基本的检测参数之一。温度是温度监控系统中最基本、最核心的衡量指标，也是测温系统中最为重要的参数。在对温度进行监测的环节中，温度传感器在测温系统中占有至关重要的地位。

通常情况下，温度传感器是以探头的结构形式，碰触到被测物或悬置在被测环境中进行工作的。本文介绍了一种新的结构形式的温度传感器及其制作方法，以便更加适合用于特定要求的场合，达到监测温度的目的。

1 结构及使用说明

当需监测温度的对象系统外形较大或其各个部位温度差异较大，且要求对其各个部位在自身发热或被动受热的过程中，温度值不得超过允许范围时，如果采用探头的方式进行数据采集，势必需要加装许多的感温探头，这将会给整个系统带来诸如体积、质量、安装难度、成本等方面的不利影响。

为避免以上情况发生，现设计制作一种管线状温度传感器，其横截面结构如图1。细金属管外径为2～3 mm，细金属丝外径为0.5～0.6 mm，长度可到3 m。瓷柱长度为3～5 mm，紧密排列地串在金属丝上，起到支撑间隔金属丝与金属管的作用。在金属管的剩余空隙中，充满固态熔盐。整根温度传感器外观如图2所示。

图1 温度传感器横截面

图2 温度传感器外观

使用时，在允许的弯曲半径范围内，将温度传感器贴附在需监测温度的对象或系统上。当它的某个位置由于自身发热或被动受热，使此处的温度超过安全允许值时（该值与温度传感器中熔盐的熔点相当），温度传感器的a点（如图2）正好贴附在此处，则熔盐发生熔化，电流在金属管与金属丝之间发生了导通，通过该变化，温度传感器就提供了需监测对象或系统出现超温过热的报警讯号。

2 制作方法

2.1 制作用材

冷拔金属管、金属丝（选用防锈耐腐蚀不锈钢材料）、瓷柱、熔盐。在这里，详细介绍一下熔盐。熔盐是一种高温溶剂，其主要特点是晶体与液体的体积密度相近，熔化时解离为液态的离子熔体，因此会导电。熔盐具有很高的热熔和热传导值以及高的热稳定性和质量传递速度在电化学方面具有宽的点位稳定“窗口”。在实际应用时，很少利用单一盐，经常使用的是复合共晶盐。选做温度传感器的填充盐时，主要考虑其熔点与所需的过热报警值相匹配，几种常用的典型熔盐体系见表1。

表1 常用的典型熔盐体系

2.2 关键制作装置

温度传感器的组装（即金属管、金属丝和瓷柱串装）较简单，制作的关键其实是将配好的熔盐浸入到前三者的细小间隙里。为了实现最后的关键工序，需设计制作一个浸盐工作室，如图3所示。其工作原理：利用压力差，将熔化后的盐浸入温度传感器的间隙里，压力差的动力提供系统原理如图4所示。

工作室主体由不锈钢材料制成。主腔内的盐槽可独立加热并能够升降，盐槽内放置熔盐。主腔内有整体加热，为浸盐提供适合的温度环境。主腔顶部挂置待浸盐的温度传感器。传感器被绕成环形，一端朝向盐槽，另一端通过分腔转接口连通到工作室副腔，分腔转接口结构如图5所示。

图4 压力差的动力提供系统原理图

图3 浸盐工作室

图5 分腔转接口结构

2.3 浸盐的工艺流程

其流程见图6所示。

图6 浸盐工艺流程

3 浸盐流程中需提及的一些工艺

（1）在浸盐之前，对工作室进行抽真空，并充入N2。这是因为非极性气体如干燥的空气、N2等对熔盐液体的表面张力基本上不影响，而极性气体如水蒸汽、SO2、NH3、等对表面张力影响较大。另外，考虑到对工作室环境的净化，排出杂质。

（2）对工作室环境温度，特别是对熔盐加热温度的控制及保持恒温，是很重要的一个环节。保持一个合适的温度值，可以使液态熔盐保持一个合适且稳定的粘度（典型熔盐的粘度与温度的关系如图7所示），顺利地浸入到传感器的间隙，却不发生空穴欠灌。

图7 典型熔盐的粘度与温度的关系

（3）关于压力差的提供，压力差值大小与液态熔盐的粘度、传感器的长度及内部间隙都有关系，且情况比较复杂，需做进一步的实验获得合适的工艺数据。

4 结束语

本文针对外形较大或各个部位温差可能较大的监测对象系统，研究制作一种新的结构形式的温度传感器。该温度传感器不仅达到了监测温度的目的，而且简化了常规温度传感器的结构形式，为整个系统体积减小、质量减轻、结构紧凑，以及安装难度和成本的下降起到了积极的作用。

[1] 达道安.真空设计手册[M].北京：国防工业出版社，1991.

[2] 段淑贞，乔芝郁，主编.熔盐化学-原理和应用[M].北京：冶金工业出版社，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

半导体、电子设备：产业升级箭在弦上

2015-07-20

闫旭宏，（1981-），男，毕业于长春理工大学，工程师，主要从事电子专用生产设备的研发工作。

报告关键要素：下半年，转型升级将为电子产 业打开增长空间。产业将从低端制造向上游延伸，