Journal of Advanced Ceramics

2025年第14卷第5期

导读

新一代航空发动机燃烧室温度突破1800℃，要在极端环境中保持高效、稳定的运行，对高温关键部件的温度监控至关重要，传统高温传感器无法满足超高温测量需求。当前广泛研究的薄膜热电偶是解决其测温问题的可行方案之一。如NASA、NIST、西门子等机构采用WRe26-In₂O₃、In₂O₃/ITO、Pt- Rh10/Pt、LSCO、NiCr-NiSi等作为薄膜热电偶敏感层材料，已实现其最高测量温度为1500℃，然而，在更高温域（≥1800℃）的长期热循环工况下，现有材料体系普遍存在热稳定性不足、界面扩散加剧等失效机制，严重制约了其工程应用。

本研究面向航空发动机1800℃超高温测温需求，开发了一种YSZ掺杂改性的In₂O₃基薄膜热电偶传感器。基于热电偶原理，通过第一性原理计算和有限元仿真建立In₂O₃(YSZ)/In₂O₃材料体系模型，优化YSZ掺杂浓度与热电性能构效关系，采用丝网印刷工艺制备样品，系统表征了YSZ掺杂对材料微观结构和高温稳定性的影响规律，并创新性地提出CNN-LSTM-Attention混合神经网络模型，实现热电信号的动态补偿与漂移校正。

实验表明，该传感器在1800℃下具有优异的稳定性和动态响应，经神经网络补偿后测量精度显著提高，为超高温环境监测提供了有效解决方案。

文章亮点

(1)   将YSZ材料与In₂O₃掺杂制备热电偶，并探究掺杂比例对In₂O₃ (YSZ)薄膜的影响，所制备的In₂O₃ (YSZ)/ In₂O₃高温薄膜热电偶传感器测温上限为1850℃，性能指标尤其是测温上限在目前文献中为最高水平，可在无需水冷气冷或特殊热防护环境中长时间使用，展现出优异的工程应用潜力。

(2)   使用神经网络技术对薄膜热电偶进行重复性误差补偿，使其重复性提升至99.50%，满量程误差为±0.73%FS；

作者及研究团队简介

王猛（第一作者），西安交通大学机械工程学院在读博士生，主要从事高温温度/应变传感器相关研究。

张仲恺（通讯作者），西安交通大学副研究员，主要研究方向为高温传感关键技术。

田边（通讯作者），西安交通大学教授，长期致力于航空航天等领域的超高温温度和特种压阻式MEMS传感器研究。

Cite this article:

Wang M, Zhang Z, Lei J, et al. Performance evaluation and correction of Al₂O₃ and YSZ-doped In₂O₃/In₂O₃ multilayer heterogeneous thin-film thermocouples up to 1850 °C. Journal of Advanced Ceramics, 2025, 14(5): 9221071. https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221071

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