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基于MEMS热电堆的表面高温测试技术研究

作　者: 邹令敏
导　师: 郝晓剑
学　校: 中北大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 瞬态高温 MEMS热电堆高温测试系统氧化锆陶瓷片吸收系数
分类号: TH811
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 144次
引　用: 2次
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内容摘要

瞬态温度由于其温度过高或作用时间很短,难以用传统的热电偶来进行测量。基于微电子技术和半导体技术的的MEMS热电堆传感器,以红外辐射为机理,作为一种非接触式测温器件,不需与被测物体接触,能够有效地消除接触式传感器因安装使温度场产生畸变而出现的测温误差,可以实现非接触式测温;同时由于物体微小的温度波动会产生较大的辐射能量的变化,故传感器的灵敏度很高。因此,可利用MEMS热电堆传感器进行瞬态表面高温测试研究。本文以红外辐射测温为背景,围绕MEMS热电堆传感器表面高温测试系统展开论述,论文主要从理论设计、重点部分性能分析两方面进行了探索。论文首先分析了瞬态温度测试的研究现状,并介绍了热电堆传感器的结构、发展现状及应用。其次,针对测温现状,提出一种用MEMS热电堆传感器来实现高温测量的新方法,设计了基于MEMS热电堆的瞬态(ms量级)表面高温(1500℃-3000℃)测试系统,对系统各部分的功能及材料的选择进行了深入的探讨;同时提出了系统的静动态标定方法,为进一步的研制提供了理论依据。再次,对系统的关键元件陶瓷材料衰减片的红外吸收系数进行研究,分析了典型的傅里叶变换红外光谱仪测量法,并结合系统的特点,提出了一种新的测量方法——MEMS热电堆测量法。两种方法互为验证,试验结果表明MEMS热电堆测量法具有计算更加简单、准确的优点,为系统的实现提供了良好依据。最后,采用先成型后烧结法研制了4.5mm、5.5mm氧化锆陶瓷薄片,并对其吸收系数进行实验,实验结果表明性能良好,可用于MEMS热电堆表面高温测试系统中,为系统的进一步完善打下基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-12
  1.1 研究的背景、目的及意义  9-10
  1.2 本论文的研究内容  10-12
第2章热电堆传感器概述  12-31
  2.1 瞬态表面温度测量的发展现状  12-14
  2.2 红外技术及红外探测器  14-19
    2.2.1 红外测温原理  14-17
    2.2.2 红外探测器的发展  17-18
    2.2.3 红外探测器的分类  18-19
  2.3 热电堆传感器  19-21
    2.3.1 热电堆传感器的特点  19-20
    2.3.2 热电堆传感器的性能参数  20-21
  2.4 MEMS 热电堆传感器  21-22
  2.5 MEMS 热电堆红外传感器  22-30
    2.5.1 MEMS 热电堆红外传感器的结构  22-24
    2.5.2 MEMS 热电堆红外传感器的发展  24-28
    2.5.3 MEMS 热电堆红外传感器的应用  28-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章 MEMS 热电堆传感器表面高温测试系统  31-45
  3.1 MEMS 热电堆表面高温测试系统  31-36
    3.1.1 系统总体框图  31-33
    3.1.2 系统主要组成  33-36
  3.2 A2TPM1334L5.5 OAA300 型热电堆  36-38
  3.3 热电堆静态标定  38-43
    3.3.1 温度传感器的静态标定装置  38-40
    3.3.2 静态标定实验及结果分析  40-43
  3.4 MEMS 热电堆表面高温测试系统校准  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章耐高温红外辐射陶瓷衰减片  45-68
  4.1 常用陶瓷  45
  4.2 氧化锆简介  45-51
    4.2.1 氧化锆陶瓷  47-48
    4.2.2 氧化锆陶瓷的应用和展望  48-51
  4.3 氧化锆陶瓷红外吸收系数曲线  51-62
    4.3.1 方法1——傅里叶变换红外光谱仪测量法  51-57
    4.3.2 方法2——MEMS 热电堆测量法  57-61
    4.3.3 陶瓷材料吸收系数的实验验证  61-62
  4.4 自制氧化锆陶瓷片  62-67
    4.4.1 自制与购买氧化锆陶瓷片吸收系数曲线比较  62-64
    4.4.2 氧化锆陶瓷片的制造  64-67
  4.5 本章小结  67-68
第5章结论  68-70
  5.1 结论  68-69
  5.2 创新点  69
  5.3 需进一步开展的工作  69-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的成果  74-75
致谢  75

基于MEMS热电堆的表面高温测试技术研究

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