超高温传感器用感温材料与结构特性分析

王超杰^1,2，王梦楠³，阎涛³，袁广民⁴

1. 国防科学技术大学航天科学与工程学院2. 空间物理重点试验室3. 航天科技集团公司四院四十四所技术研发中心4. 空天微纳系统教育部重点实验室(西北工业大学)

摘 要：针对现有蓝宝石光纤温度传感器测温上限难以突破1 700℃的瓶颈问题,本文分别从传感器测温结构和感温材料两方面进行了分析改进,以满足对2 000² 500℃超高温的测量需求.提出了一种接触-非接触相结合的新型传感器测温结构,并结合非接触式测温结构特点给出了Plank黑体辐射温度误差补偿公式,解决了非接触结构的准确测温问题.结合不同感温材料特性分别对难熔金属、陶瓷基复合材料和C/C复合材料的高温性能进行分析比较,包括材料强度、密度、抗氧化性、塑性、熔点等,筛选出适合作为超高温传感器的备选感温材料.针对筛选出的感温材料设计了抗热震性试验和抗氧化烧蚀试验,实验结果表明Hf B2-Si C复合材料能够满足超高温环境下对感温材料物理特性的特殊需求.传感器温度试验结果表明,采用接触-非接触式新结构和Hf B2-Si C感温材料的新型光纤温度传感器可对2 500℃高温进行长时间稳定测量,测量精度达到±1%.

关键词：光纤温度传感器;超高温;接触-非接触;测温结构;感温材料;陶瓷基复合材料;