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CN109456737A - 一种用于温度传感器的导热填料、包含其的温度传感器及用途 - Google Patents

一种用于温度传感器的导热填料、包含其的温度传感器及用途 Download PDF

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CN109456737A CN201811340204.4A CN201811340204A CN109456737A CN 109456737 A CN109456737 A CN 109456737A CN 201811340204 A CN201811340204 A CN 201811340204A CN 109456737 A CN109456737 A CN 109456737A
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particle magnesia
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Abstract

本发明涉及一种用于温度传感器的导热填料、包含其的温度传感器及用途，所述导热填料包括质量比为2～4:2的第一颗粒氧化镁粉和第二颗粒氧化镁粉，所述温度传感器包括壳体、布置在所述壳体内部的温度检测元件和填充在壳体内部所述温度检测元件之间的所述导热填料。本发明所提供的导热填料用于传感器中，使时间常数低至2.55s，相比传统氧化镁粉填充的传感器，时间常数大幅度降低，并且在振动、高低温冲击等极端环境下仍然保持优异的性能，能够应用于航空电器、工业温度测量和飞行器环控系统等。

Description

一种用于温度传感器的导热填料、包含其的温度传感器及 用途
技术领域
本发明涉及航空电气技术领域，尤其涉及一种用于温度传感器的导热填料、包含其的温度传感器及用途。
背景技术
航空工业应用中，温度传感器追求快速的时间常数以更快响应系统设备温度，而氧化镁粉以其优异的稳定性、高导热性和电绝缘性，成为温度传感器产品使用最为广泛的填充材料。但因氧化镁粉末之间存在状态大小不一独立的或互相连通的孔隙，孔隙越大孔隙率越高粉末间的热传导越差，进而影响传感器的时间常数。目前温度传感器选用填充的氧化镁粉种类很多，但是由于粉末固有的特性结合温度传感器的结构特定，填充后的氧化镁具有较高的孔隙率，严重制约着传感器时间常数进一步提高，氧化镁粉的应用技术是航空传感器领域的一大难题，是航空传感器领域的一项关键技术。
CN204855005U公开了一种新型改进结构的铠装铂电阻温度传感器，所述的温度传感器采用纯度为95％的氧化镁绝缘颗粒进行填充，填充至保护管中。该实用新型的减振弹簧、固定卡盘和测温电阻元件设置，使得减振效果较好，安装便捷，温度检测灵敏度高，测温范围广，便于推广和使用，但是氧化镁颗粒具有较高的孔隙率，影响该温度传感器的时间常数。
CN105764969A公开了一种导热颗粒，其包括通过将多个导热芯颗粒和有机粘结剂压缩剪切混合制备的复合芯，以及包覆复合芯的至少一部分的绝缘材料，其中导热颗粒的体积电阻率的范围为至少1×104Ω·cm至1×1010Ω·cm，但时间常数特性仍有待提高。
CN1666303A公开了一种带状或薄片状的高导热性绝缘部件、其制造方法、使用该高导热性绝缘部件的电磁线圈、以及具有该电磁线圈的发电机等电磁设备。在该发明中,作为带状或薄片状的绝缘部件,使用在树脂基体材料中分散具有1W/mK以上且300W/mK以下的导热率的第1粒子和具有0.5W/mK以上且300W/mK以下的导热率的第2粒子的材料,从而解决了绝缘部件中存在不能获得足够的导热率、或只能使用特殊的树脂成分等问题，但是时间常数特性仍有待提高。
因此，本领域亟待开发一种填充材料，使包含其的温度传感器具有较小的时间常数，同时能够在极端环境下长期可靠工作。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于温度传感器的导热填料，所述导热填料包括第一颗粒氧化镁粉和第二颗粒氧化镁粉；
所述第一颗粒氧化镁粉与第二颗粒氧化镁粉的质量比为2～4:2，例如2.5:2、3:2、3.5:2、3.8:2等；
所述第一颗粒氧化镁粉按照质量百分比计的粒度分布如下：
所述第一颗粒氧化镁粉中不同粒度的颗粒氧化镁粉之和为100％；
所述第二颗粒氧化镁按照质量百分比计的粒度分布如下：
所述第二颗粒氧化镁粉中不同粒度的颗粒氧化镁粉之和为100％。
所述第一颗粒氧化镁粉中，＞80目的颗粒氧化镁粉的质量百分比为35～42％，例如35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％等。
所述第一颗粒氧化镁粉中，140～80目的颗粒氧化镁粉的质量百分比为35～40％，例如35％、36％、37％、38％、39％等。
所述第一颗粒氧化镁粉中，200～140目的颗粒氧化镁粉的质量百分比为12～16％，例如13％、14％、15％等。
所述第一颗粒氧化镁粉中，330～200目的颗粒氧化镁粉的质量百分比为5～9％，例如6％、7％、8％等。
所述第一颗粒氧化镁粉中，＜330目的颗粒氧化镁粉的质量百分比为0.5～1.2％，例如0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0、1.1％等。
所述第二颗粒氧化镁粉中，＞80目的颗粒氧化镁粉的质量百分比为0.8～1.2％，例如0.9％、1.0、1.1％等。
所述第二颗粒氧化镁粉中，140～80目的颗粒氧化镁粉的质量百分比为14～18％，例如14％、15％、16％、17％等。
所述第一颗粒氧化镁粉中，200～140目的颗粒氧化镁粉的质量百分比为30～36％，例如31％、32％、33％、34％、35％等。
本发明提供的第一颗粒氧化镁粉的平均粒径大于第二颗粒氧化镁粉的平均粒径，将大颗粒的氧化镁粉与小颗粒的氧化镁粉按照质量比2～4:2进行混合，形成本发明所述的导热填料，该导热填料中的小颗粒氧化镁能够均匀吸附在大颗粒氧化镁周围，粉末间产生结合力后氧化镁粉间孔隙减小，那么填充至温度传感器后的粉末密实度将增加，孔隙率将减小，同时粉末间的接触面积也增大，因此填充后的导热填料导热系数也将增大，有利于改善温度传感器的时间常数性能。
优选地，所述第一颗粒氧化镁粉与第二颗粒氧化镁粉的质量比为3:2。
当第一颗粒氧化镁粉与第二颗粒氧化镁粉按照质量比3:2混合时，所得到的导热填料的导热性能最优，导热系数最大，用于温度传感器时时间常数最小，这是由于在该比例下，第一颗粒氧化镁粉和第二颗粒氧化镁粉堆积的最为紧密，颗粒间间隙最小。当第一颗粒氧化镁粉的比例过大或过小，均会使粉末时间空隙变大，降低填料的导热性能。
优选地，所述第一颗粒氧化镁粉按照质量百分比计的粒度分布如下：
所述第一颗粒氧化镁粉中不同粒度的颗粒氧化镁粉之和为100％。
优选地，所述第二颗粒氧化镁按照质量百分比计的粒度分布如下：
所述第二颗粒氧化镁粉中不同粒度的颗粒氧化镁粉之和为100％。
当第一颗粒氧化镁粉和第二颗粒氧化镁粉的粒度分布如上所述时，混合后刚好能够实现两种颗粒氧化镁粉的完美契合，使氧化镁粉之间的缝隙最小化、导热性能最大化，从而由其填充的温度传感器具有最短的时间常数，实现最佳的响应性能。
本发明的目的之二在于提供一种温度传感器，所述温度传感器包括壳体、布置在所述壳体内部的温度检测元件和填充在壳体内部所述温度检测元件之间的目的之一所述的导热填料。
所述导热填料应填满整个壳体，此处对于导热填料的在壳体中的填充量不做限定。
由于本发明提供的温度传感器包含本发明所述的导热填料，该导热填料具有优异的导热性能，使得所述温度传感器的时间常数最低可降至2.55s左右，较普通氧化镁粉降低了50％以上，实现了温度传感器的快速响应。
混合氧化镁粉粉末间具有较强吸附力，同时粉末与传感器填充部位元器件结合力高，粉末对传感器内部元器件的固定效果更好，因此在振动环境中能承受20g的振动量值、能承受在290℃到低温-40℃的温度冲击15000个循环。传感器的可靠性更高。
本发明的目的之三在于提供一种目的之二所述的温度传感器的用途，所述温度传感器用于航空电器、工业温度测量或飞行器环控系统。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明所提供的用于温度传感器的导热填料由第一颗粒氧化镁粉与第二颗粒氧化镁粉按照2～4:2的比例进行混合得到，当以3:2比例混合时，与传统氧化镁粉相比(如图2所示)，混合后小颗粒氧化镁粉能够均匀的吸附在大颗粒氧化镁粉的周围，粉末间产生结合力后使得氧化镁粉间隙减小，填充后密实度增加(如图1所示)，同时粉末间的接触面积也增大，从而使粉末导热系数较普通氧化镁粉更高，材料热传导速率更快，使包含其的温度传感器的时间常数最低可降至2.55s左右，较普通氧化镁粉降低了50％以上，实现了温度传感器的快速响应，解决了温度传感器的时间常数无法进一步提高难题。
(2)本发明提供的用于温度传感器的导热填料孔隙小，孔隙率低，混合颗粒氧化镁粉粉末间具有较强吸附力，同时粉末与传感器填充部位元器件结合力高，粉末对传感器内部元器件的固定效果更好，稳定性好，因此在振动环境中能承受20g的振动量值、能承受在290℃到低温-40℃的温度冲击15000个循环。传感器的可靠性更高。
附图说明
图1是本发明实施例1中导热填料的在低倍放大镜下的放大40倍的图像。
图2是本发明对比例1中传统轻质氧化镁粉的在低倍放大镜下放大40倍的图像。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
氧化镁粉填充温度传感器的制备：
配制导热填料：
按照如下质量百分比配制第一颗粒氧化镁粉：
按照如下质量百分比配制第二颗粒氧化镁粉：
将上述第一颗粒氧化镁粉与第二颗粒氧化镁粉按照质量比3:2混合，得到导热填料。
将上述导热填料填充至内径为双余度铂电阻温度传感器壳体内部的温度检测元件之间。
图1是本实施例得到的导热填料在低倍放大镜下放大40倍得到的图像，如图可知，粉末间孔隙率小、堆积密实、粉末间接触面积较大。
实施例2
与实施例1的区别在于，第一颗粒氧化镁粉与第二颗粒氧化镁粉的质量比为2:2。
实施例3
与实施例1的区别在于，第一颗粒氧化镁粉与第二颗粒氧化镁粉的质量比为4:2。
实施例4
与实施例1的区别在于，按照如下质量百分比配制第一颗粒氧化镁粉：
按照如下质量百分比配制第一颗粒氧化镁粉：
实施例5
与实施例1的区别在于，按照如下质量百分比配制第一颗粒氧化镁粉：
按照如下质量百分比配制第一颗粒氧化镁粉：
实施例6
与实施例1的区别在于，按照如下质量百分比配制第一颗粒氧化镁粉：
按照如下质量百分比配制第一颗粒氧化镁粉：
对比例1
将粒径为300目的传统轻质氧化镁粉填充至内径为双余度铂电阻温度传感器壳体内部的温度检测元件之间。
图2是对比例中传统轻质氧化镁粉的在低倍放大镜下放大40倍得到的图像，与图1对比可知，粉末间孔隙率较大、堆积紧密度较低、粉末间接触面积较小。
性能测试：
(1)采用在静止的水流条件下，阶跃温度为室温阶跃至80℃的测试方法，测量产品的时间常数。
(2)在振动环境下和温度冲击环境下，测试产品可靠性指标。
(a)振动量值20g。
(b)将产品放在管路中在-40℃和290℃温度环境下进行温度冲击试验，两个环境的转换时间小于2s，转换一次为一个循环，应满足15000次循环。
性能测试结果如表1所示。
表1性能测试结果汇总表
样件编号 时间常数(s)
实施例1 2.55
实施例2 2.96
实施例3 2.88
实施例4 2.68
实施例5 2.70
实施例6 2.68
对比例1 5.11
由表1可知，实施例1～6的温度传感器的时间常数均小于3s，最小为2.55s，较对比例1的温度传感器的时间常数大幅降低，最多可降低50％以上。这是由于本发明提供的导热填料相比传统轻质氧化镁粉，粉末间孔隙率更小、堆积更密实、粉末间接触面积更大，因此所述导热填料的导热系数更大，从而使温度传感器具有较小的时间常数。
对比实施例1～3可知，当第一颗粒氧化镁粉与第二颗粒氧化镁粉按照质量比3:2混合时，温度传感器时时间常数最小，这是由于在该比例下，第一颗粒氧化镁粉和第二颗粒氧化镁粉堆积的最为紧密，颗粒间间隙最小。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种用于温度传感器的导热填料，其特征在于，所述导热填料包括第一颗粒氧化镁粉和第二颗粒氧化镁粉；
所述第一颗粒氧化镁粉与第二颗粒氧化镁粉的质量比为2～4:2；
所述第一颗粒氧化镁粉按照质量百分比计的粒度分布如下：
所述第一颗粒氧化镁粉中不同粒度的颗粒氧化镁粉之和为100％；
所述第二颗粒氧化镁按照质量百分比计的粒度分布如下：
所述第二颗粒氧化镁粉中不同粒度的颗粒氧化镁粉之和为100％。
2.根据权利要求1所述的导热填料，其特征在于，所述第一颗粒氧化镁粉与第二颗粒氧化镁粉的质量比为3:2。
3.根据权利要求1或2所述的导热填料，其特征在于，所述第一颗粒氧化镁粉按照质量百分比计的粒度分布如下：
所述第一颗粒氧化镁粉中不同粒度的颗粒氧化镁粉之和为100％。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的导热填料，其特征在于，所述第二颗粒氧化镁按照质量百分比计的粒度分布如下：
所述第二颗粒氧化镁粉中不同粒度的颗粒氧化镁粉之和为100％。
5.一种温度传感器，其特征在于，所述温度传感器包括壳体、布置在所述壳体内部的温度检测元件和填充在壳体内部所述温度检测元件之间的权利要求1～4中任一项所述的导热填料。
6.一种根据权利要求4或5所述的温度传感器的用途，其特征在于，所述温度传感器用于航空电器、工业温度测量或飞行器环控系统。
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