刘泽元, 苏新明, 葛兴涛, 朱 熙

(1.北京卫星环境工程研究所,北京 100094；2.中国空间技术研究院 通信与导航卫星总体部,北京 100094)

0 引言

随着我国航空航天领域技术的快速发展，天地往返飞行器、导弹冷发射、航空发动机叶片及燃烧室等表面瞬态高温测量的需求日益增加，焊接型热电偶、热敏电阻、铂电阻等传统测温手段难以满足新型应用场景测温精度高、实时性强的技术需求。薄膜热电偶作为一种新型测温传感器，以其热容小、精度高、响应时间短、测温范围广等优点越来越多地应用于军、民用瞬态高温测量领域[1-2]。

薄膜热电偶基于传统热电材料与MEMS(micro-electro-mechanical-systems)技术进行设计，由基底材料、绝缘膜、热电极、保护膜和电极引线组成，其中热电极通常采用磁控溅射技术制备于绝缘膜表面[3-4]。热电极作为热电偶的直接感温点，是热电偶结构及其功能实现的核心所在。近年来，国内外在薄膜热电偶热电极选型、结构设计、MEMS制作工艺等方面研究较多，但从微观角度分析研究薄膜热电极尺寸对传感器动、静态性能影响的内容不够充分，一定程度上为薄膜热电偶传感器性能的进一步提升造成技术瓶颈[2-6]。

为探究薄膜型热电极尺寸设计对薄膜热电偶功能与性能的影响，本文首先基于热电理论及热传导机理，设计并建立了传感器热数学模型，在理论上定性分析了热电极尺寸对热电偶静态及动态特性的影响，设计并制作了不同尺寸热电极薄膜的热电偶，并开展了物理试验验证，定量分析了热电极尺寸对传感器性能的影响，分析结果符合热电极尺寸效应理论分析情况，为实现新型表面瞬态高温测量传感器的研制提供理论与工程数据支撑。……