專利名稱：一種連續測量燒蝕傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種連續測量燒蝕傳感器，屬于航天傳感器領域。
背景技術：
燒蝕傳感器是主要用于宇航工程試驗的特種測量裝置。隨著宇航工程的進展，它的用途愈顯重要，已在宇航工程儀器中獨立發展成一個分支。燒蝕傳感器是為測量飛行器再入時防熱層的燒蝕厚度而專門進行研制的。防熱層燒蝕參數的測量對于彈頭總體設計來說，是重要的參數之一，是彈頭設計和定型的有力依據。目前彈上使用的燒蝕傳感器按測量部位的不同，將燒蝕測量分為大面積燒蝕測量和端頭帽駐點燒蝕測量兩類。現有大面積燒蝕測量傳感器根據燒蝕材料的特性不同，分為兩種原理一種是用來測量碳-碳類材料的彈簧-觸點式燒蝕傳感器，一種是用于測量高硅氧類材料的通斷式燒蝕傳感器。大面積燒蝕傳感器的工作原理取決于被測介質的種類。目前彈上使用的防熱材料分為二大類，一類是常態下不導電的高硅氧酚醛玻璃鋼；另一類是常態下導電的碳酚醛或編織碳纖維酚醛玻璃鋼。其中高硅氧酚醛玻璃鋼又分為模壓類、斜纏類和重疊纏繞類三種。 高硅氧酚醛玻璃鋼選擇通斷式工作原理，碳酚醛或編織碳纖維酚醛玻璃鋼選用彈簧-觸點式工作原理。為保證測量的同步性，傳感器的測量基體必須采用與被測防熱層相同工藝的燒蝕材料進行加工。通斷式燒蝕傳感器是利用高硅氧類材料在燒蝕過程中能炭化導電的特性，使嵌在傳感器燒蝕材料中不同深度的金屬絲與地逐一短路，從而使變換器的開關電路輸出與燒蝕厚度對應的階躍信號，傳感器內金屬絲的長度視測點位置而定。彈簧-觸點式燒蝕傳感器是利用碳-碳材料導電的特性，使對應不同測點深度的變換器的開關電路閉合，輸出與燒蝕厚度對應的等幅階躍電信號。傳感器功能的具體實現是利用在與被測材料相同的碳-碳材料上鉆孔，各個孔的深度與測點深度分布一一對應， 各直孔內穿過不同長度的金屬絲，一端將金屬絲在側孔內固定，另一端纏繞在動觸點上，并用它將彈簧壓緊。當防熱材料再入燒蝕時，相應測點處的金屬絲熔斷，彈簧恢復原狀，使動觸點與靜觸點接觸，由于燒蝕材料有導電性，因此可使變換器的開關電路閉合，輸出相應的階躍信號。上述兩種測量原理的特點決定了燒蝕測量數據是非連續的，只能獲得在一定測量范圍內的幾個測點數據。現有的兩種原理的測量有如下缺點(1)只能獲得在一定測量范圍內的幾個測點數據。(2)在安裝使用時，需要在防熱層上打Φ12πιπι以上的安裝孔進行裝配，對防熱層的整體性破壞較大。(3)傳感器的測量基體必須采用與被測防熱層相同工藝的燒蝕材料進行加工，成本較高，生產周期長。
(4)傳感器的體積大、質量重，并且需要配變換器，占用飛行器的有效載荷，浪費飛行器的內部空間。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種連續測量燒蝕傳感器，該傳感器具有可連續測量的特點，在防熱層燒蝕過程中，傳感器能輸出與防熱層燒蝕厚度成正比的信號，不但在制造時無需采用與防熱層同批次的燒蝕材料，能在一定程度上降低成本和縮短生產周期，而且大大提高了測量精度，對待測防熱層的整體性破環很小，節省了飛行器的空間。本發明的上述目的是通過如下技術方案予以實現的一種連續測量燒蝕傳感器，包括敏感組件、堵塊、外殼、印制板組合件、后蓋、電纜和接插件，其中敏感組件包括引線、芯線、絕緣座、毛細管、繞線和填充材料，繞線均勻纏繞在預先涂覆填充材料的芯線上，且繞線的一端在芯線上，另外一端在引線上，毛細管內填充電絕緣性的填充材料，芯線與引線均固定在絕緣座上；敏感組件的一端插入外殼內，使得絕緣座通過外殼內壁的臺階進行定位，靠近絕緣座的毛細管的一端通過堵塊固定，且敏感組件的引線接至印制板組合件，芯線與電纜連接，并通過接插件引出；印制板組合件連接在后蓋上，且后蓋與外殼連接，使得堵頭、后蓋與外殼形成一個密封結構，且絕緣座與印制板組合件之間的空腔內填充膠液。在上述連續測量燒蝕傳感器中，填充材料還具有防熱性和在燒蝕時碳化導電的性能，，同時在200個大氣壓以上的高壓、1500K以上的高溫、100KW/m2以上的高加熱率下與待測防熱層的燒蝕同步。在上述連續測量燒蝕傳感器中，填充材料為酚醛樹脂和硅微粉的混合膠液，填充材料的固化方法為從室溫經1小時升到(80士5) °C，再經1小時升到(100士5) °C下保溫2 小時，再由(100士5) °C經0.5小時升到(130士5) °C，并在(130士5) °C下保溫3小時后自然冷卻。在上述連續測量燒蝕傳感器中，繞線的阻值為3000 5000 Ω/m，繞線均勻纏繞在預先涂覆填充材料的芯線后阻值為100 200 Ω/mm。在上述連續測量燒蝕傳感器中，繞線為鎳鉻基精密電阻絲。在上述連續測量燒蝕傳感器中，芯線的膨脹系數與填充材料的熱膨脹系數一致。在上述連續測量燒蝕傳感器中，芯線為金屬材料，金屬材料為鐵鎳鈷合金。在上述連續測量燒蝕傳感器中，毛細管的材料為銅。在上述連續測量燒蝕傳感器中，傳感器的外殼套裝一個調整螺母，通過調整螺母調整敏感組件中毛細管的高度，保證敏感組件的毛細管端面與待測防熱層外表面齊平。本發明與現有技術相比的優點在于(1)本發明為一種新原理的燒蝕傳感器，該傳感器的結構設計使得當傳感器隨防熱層燒蝕時，傳感器敏感部分的填充材料開始碳化，形成導電的碳化層，傳感器敏感部分的輸出阻值隨敏感部分的燒蝕長度不斷發生變化，從而測出防熱層的燒蝕厚度，因此該傳感器具有可連續測量的特點，在防熱層燒蝕過程中，傳感器能輸出與防熱層燒蝕厚度成正比的信號，與現有的兩種測量原理的燒蝕測量數據是非連續的，只能獲得在一定測量范圍內的幾個測點數據相比，大大提高了測量精度；(2)本發明傳感器只需在防熱層打Φ1. 6mm安裝孔，對防熱層的整體性破環很小， 現有的測量原理需要在防熱層上打Φ 12mm以上的安裝孔進行裝配，對防熱層的整體性破壞相對較大；(3)本發明傳感器在制造時無需采用與防熱層同批次的燒蝕材料，能在一定程度上降低成本和縮短生產周期，現有測量原理的傳感器的測量基體必須采用與被測防熱層相同工藝的燒蝕材料進行加工，成本較高，生產周期較長；(4)本發明傳感器的結構設計保證傳感器的質量非常小，例如本發明實施例中僅為I0g，無需配變換器，傳感器本體部分占用空間也非常小，例如本發明實施例中僅為 Φ9Χ 13mm，因此本發明傳感器具有體積小，質量輕的特點，大大減小了飛行器有效載荷的占用率，節省了飛行器的內部空間；與現有測量原理的傳感器體積大、質量重，并且需要配變換器相比，大大節省了生產成本，具有極強的實用性。
圖1為本發明傳感器原理圖；圖2為本發明傳感器結構示意圖；圖3為本發明傳感器中敏感組件結構示意圖；圖4為本發明傳感器的電路原理圖；圖5為本發明傳感器與待測部件防熱層的安裝示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的描述如圖2所示為本發明傳感器結構示意圖，由圖可知該傳感器包括敏感組件1、堵塊 2、外殼3、印制板組合件5、后蓋6、電纜7和接插件8。如圖3所示為本發明傳感器中敏感組件1結構示意圖，敏感組件1包括毛細管12、 絕緣座11、芯線10、引線9、繞線13和填充材料14，芯線10上預先涂覆一層填充材料14，使芯線10外表面絕緣，然后繞線13均勻纏繞在芯線10上，且繞線13的一端焊接在芯線10 上，另外一端纏繞在芯線10上后經引線9引出，毛細管12套在芯線10上，毛細管12內填充絕緣性能良好的填充材料14，芯線10與引線9均固定在絕緣座11上。填充材料14既具有防熱性和良好的電絕緣性，又具有在燒蝕時碳化導電的性能， 同時在200個大氣壓以上的高壓、1500K以上的高溫、100KW/m2以上的高加熱率下與待測防熱層的燒蝕同步。本實施例中填充材料14選擇酚醛樹脂和硅微粉的混合膠液。填充材料 14的固化方法為從室溫經1小時升到(80士5) °C，再經1小時升到(100士5) °C下保溫2小時，再由(100士5) °C經0.5小時升到(130士5) °C下保溫3小時后自然冷卻。繞線13未纏繞前的阻值為3000 5000 Ω /m,均勻纏繞在預先涂覆填充材料14的芯線10后阻值為100 200 Ω/mm，且繞線13為鎳鉻基精密電阻絲。芯線10的膨脹系數與填充材料14的膨脹系數一致，芯線10為金屬材料，本實施例中芯線10為鐵鎳鈷合金。如圖2所示，敏感組件1的一端插入外殼3內，使得絕緣座11通過外殼3內壁的臺階進行定位，靠近絕緣座11的毛細管12的一端通過堵塊2固定，且敏感組件1的引線9 接至印制板組合件5，芯線10與電纜7連接，并通過接插件8引出。印制板組合件5粘接在后蓋6上，且后蓋6與外殼3焊接為一體，使得堵頭2、后蓋6與外殼3形成一個密封結構， 且絕緣座11與印制板組合件5之間的空腔內填充膠液4，印制板組合件5由PCB印制板和電阻元件R2組成。該電阻元件R2起分壓的作用。如圖1所示為本發明傳感器原理圖，本發明實施例采用繞絲工藝將繞線13均勻密繞在預先涂覆填充材料14的芯線10上，套上毛細管12進行保護，繞絲13和芯線10之間填充絕緣性能良好的填充材料14。當傳感器隨防熱層燒蝕時，填充材料14開始碳化，形成導電的碳化層15，傳感器的輸出阻值隨敏感部分的燒蝕長度不斷發生變化，從而測出防熱層的燒蝕厚度。如圖4所示為本發明的電路原理圖。當傳感器隨防熱層燒蝕時，敏感組件1的輸出阻值Rl隨敏感部分的燒蝕長度不斷發生變化，Rl與設置在印制電路板5上的固定電阻 R2串聯分壓。如圖5所示為本發明傳感器與待測部件防熱層的安裝示意圖，在本發明傳感器的實際使用過程中，將傳感器的外殼3套裝一個調整螺母16，通過調整螺母16調整敏感組件 1中毛細管12的高度，實際使用中，在防熱層打Φ1. 6mm安裝孔，敏感組件1通過安裝孔裝入待測部件的防熱層后，通過調整螺母16保證敏感組件1的毛細管12端面與防熱層外表面18齊平，之后將調整螺母16粘接在待測部件防熱層17上進行固定，安裝孔直徑較小對防熱層的整體性破環很小。本發明傳感器制造時無需采用與防熱層同批次的燒蝕材料，能在一定程度上降低成本和縮短生產周期。并且本實施例中傳感器質量僅10g，無需配變換器，毛細管12尺寸為 Φ 1. 6X 20mm,主體部分占用空間僅Φ9X 13mm,具有體積小，質量輕的特點。以上所述，僅為本發明的一個實例，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。本發明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員的公知技術。
權利要求
1.一種連續測量燒蝕傳感器，其特征在于包括敏感組件(1)、堵塊O)、外殼(3)、印制板組合件(5)、后蓋(6)、電纜(7)和接插件(8)，其中敏感組件(1)包括引線(9)、芯線(10)、絕緣座(11)、毛細管(12)、繞線(13)和填充材料(14)，繞線(13)均勻纏繞在預先涂覆填充材料(14)的芯線(10)上，且繞線(13)的一端在芯線(10)上，另外一端在引線(9) 上，毛細管(12)內填充電絕緣性的填充材料(14)，芯線(10)與引線(9)均固定在絕緣座(11)上；敏感組件(1)的一端插入外殼(3)內，使得絕緣座(11)通過外殼(3)內壁的臺階進行定位，靠近絕緣座(11)的毛細管(1 的一端通過堵塊O)固定，且敏感組件(1)的引線(9)接至印制板組合件(5)，芯線(10)與電纜(7)連接，并通過接插件(8)引出；印制板組合件( 連接在后蓋(6)上，且后蓋(6)與外殼C3)連接，使得堵頭O)、后蓋(6)與外殼 (3)形成一個密封結構，且絕緣座(11)與印制板組合件(5)之間的空腔內填充膠液G)。
2.根據權利要求1所述的一種連續測量燒蝕傳感器，其特征在于所述填充材料(14) 還具有防熱性和在燒蝕時碳化導電的性能，同時在200個大氣壓以上的高壓、1500K以上的高溫、100KW/m2以上的高加熱率下與待測防熱層的燒蝕同步。
3.根據權利要求2所述的一種連續測量燒蝕傳感器，其特征在于所述填充材料(14) 為酚醛樹脂和硅微粉的混合膠液，填充材料(14)的固化方法為從室溫經1小時升到 (80 士 5) °C，再經1小時升到(100 士 5) °C下保溫2小時，再由(100 士 5) °C經0. 5小時升到 (130 士 5) °C，并在(130 士 5) °C下保溫3小時后自然冷卻。
4.根據權利要求1所述的一種連續測量燒蝕傳感器，其特征在于值為3000 5000 Ω/m，繞線(13)均勻纏繞在預先涂覆填充材料(14) 為 100 200 Ω/mm。
5.根據權利要求1所述的一種連續測量燒蝕傳感器，其特征在于鉻基精密電阻絲。
6.根據權利要求1所述的一種連續測量燒蝕傳感器，其特征在于脹系數與填充材料(14)的熱膨脹系數一致。
7.根據權利要求1所述的一種連續測量燒蝕傳感器，其特征在于屬材料，所述金屬材料為鐵鎳鈷合金。
8.根據權利要求1所述的一種連續測量燒蝕傳感器，其特征在于材料為銅。
9.根據權利要求1所述的一種連續測量燒蝕傳感器，其特征在于傳感器的外殼(3) 套裝一個調整螺母(16)，通過調整螺母(16)調整敏感組件(1)中毛細管(1 的高度，保證敏感組件(1)的毛細管(1 端面與待測防熱層外表面(18)齊平。所述繞線(13)的阻的芯線(10)后阻值所述繞線(13)為鎳所述芯線(10)的膨所述芯線(10)為金所述毛細管(12)的
全文摘要
本發明涉及一種連續測量燒蝕傳感器，該傳感器包括敏感組件、堵塊、外殼、印制板組合件、后蓋、電纜和接插件，其中敏感組件包括引線、芯線、絕緣座、毛細管、繞線和填充材料，本發明采用繞絲工藝將繞線均勻密繞在芯線上，然后繞絲和芯線之間填充材料，從而構成敏感組件，將敏感組件的一端插入外殼內，并用堵塊固定，接著將敏感組件的引線接至印制板組合件，信號通過電纜和接插件引出，將殼體內的剩余空間用膠液填充后，焊接外殼與后蓋，本發明具有可連續測量的特點，能輸出與防熱層燒蝕厚度成正比的信號，不但在制造時無需采用與防熱層同批次的燒蝕材料，降低成本和縮短生產周期，而且大大提高了測量精度，對防熱層的整體性破壞很小。
文檔編號G01B7/06GK102183196SQ20101062380
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者楊顯濤, 鄭幫林, 陳青松 申請人:北京遙測技術研究所, 航天長征火箭技術有限公司