專利名稱：一種溫差傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫差傳感器，特別是用于測(cè)量微小溫差信號(hào)的溫差傳感器。
目前，能夠用于檢測(cè)溫差的溫差傳感器有許多種，如有用半導(dǎo)體熱敏電阻(如TX-A型，北京玻璃研究所制造)或鉑電阻(如RT100型)及其它元器件組成的有源或無(wú)源的橋式電路；熱電偶也可作溫差傳感器。這些溫差傳感器在大部分領(lǐng)域都得到了很好的應(yīng)用，并且也是很有效的。但是，在某些應(yīng)用領(lǐng)域(如用于補(bǔ)償式微量熱計(jì))，這些傳感器均有不盡如人意的地方熱敏電阻只能感測(cè)到單點(diǎn)溫差，而且必須使用兩只熱敏電阻，將他們接入電橋電路的兩對(duì)臂上，將其中一只置于被測(cè)對(duì)象內(nèi)，另一只置于基準(zhǔn)對(duì)象內(nèi)，方可實(shí)現(xiàn)溫差檢測(cè)；熱電偶安裝工藝復(fù)雜，一般人很難將其一次裝焊成功，而且它也屬于感測(cè)點(diǎn)溫差的范疇，無(wú)非是多點(diǎn)而已。由于真實(shí)體系中往往存在著不同程度的溫度梯度，因此以上傳統(tǒng)的溫差傳感器不太適合作測(cè)量?jī)蓚€(gè)真實(shí)體系間的溫差，即使能使用，精度也受到限制。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠方便地用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)真實(shí)體系間微小溫差信號(hào)的溫差傳感器，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)陶瓷膜的外側(cè)各復(fù)合有一層導(dǎo)熱膜，陶瓷膜的內(nèi)表面固定有導(dǎo)流片，依次串聯(lián)的半導(dǎo)體溫差電元件分別與相應(yīng)的導(dǎo)流片固定連接。
本發(fā)明使用時(shí)，兩個(gè)陶瓷膜的外側(cè)分別置于環(huán)境與被測(cè)單元中，感應(yīng)環(huán)境與被測(cè)單元的溫差，因此要求陶瓷膜必須具有良好的導(dǎo)熱性能。本發(fā)明通過(guò)在陶瓷膜的外表面復(fù)合一層導(dǎo)熱膜，所述的導(dǎo)熱膜是由導(dǎo)熱性能良好的材料制成，金屬或非金屬材料均可，一般金屬材料的導(dǎo)熱性能好，金屬材料如銀、銅、鋁或錫等。若為金屬材料，可通過(guò)蒸鍍或?yàn)R射于陶瓷膜上。陶瓷膜可采用氧化鋁陶瓷膜，其厚度為0．2-0．5mm。半導(dǎo)體溫差電元件為一對(duì)串聯(lián)的P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體，P型半導(dǎo)體材料的溫差電動(dòng)勢(shì)為正值，而N型半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)為負(fù)值，本發(fā)明所用的P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)的絕對(duì)值需大于160μV／℃，如P型半導(dǎo)體為Bi2Te3-Sb2Te3或ZnSb，N型半導(dǎo)體為Bi2Te3-Bi2Se3、PbTe-PbSe、Bi2Se3、Bi2Te3、PbSe、CoSb3、PbS或PbTe。
本發(fā)明也可在導(dǎo)熱膜的內(nèi)側(cè)復(fù)合一層陶瓷膜，通過(guò)陰極濺射方法將陶瓷粉濺射到導(dǎo)熱膜上，形成陶瓷膜，如用氧化鋁陶瓷粉。
本發(fā)明的工作原理是利用兩種半導(dǎo)體材料，當(dāng)其兩端面互相接觸且兩端具有一定溫差時(shí)在它們構(gòu)成的回路內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生賽貝克電動(dòng)勢(shì)這一原理。
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明附

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)構(gòu)造示意圖；附圖2為本發(fā)明實(shí)施例俯視結(jié)構(gòu)投影圖；如附圖1所示，陶瓷膜(1)要具有良好的導(dǎo)熱性能，導(dǎo)熱率越大的材料性能越好，因此，具備以上性能的陶瓷膜(1)均可使用，目前通用的為氧化鋁陶瓷膜；陶瓷膜(1)太厚，其寄生溫差大，測(cè)量靈敏度小，熱惰性大，其厚度在0．2-0．5mm較好。陶瓷膜(1)的外側(cè)各復(fù)合有一層導(dǎo)熱膜(2)，所述的導(dǎo)熱膜(2)是由導(dǎo)熱性能良好的材料制成，金屬或非金屬材料，金屬材料如銀、銅、鋁或錫等，可通過(guò)蒸鍍或?yàn)R射于陶瓷膜上。陶瓷膜(2)的內(nèi)表面固定有多組導(dǎo)流片(3)，依次串聯(lián)的半導(dǎo)體溫差電元件(6)分別與相應(yīng)的導(dǎo)流片(3)固定連接，可通過(guò)在半導(dǎo)體溫差電元件(6)上焊接一層銦膜，然后將導(dǎo)流片(3)通過(guò)銦膜焊接在半導(dǎo)體溫差電元件(6)上。半導(dǎo)體溫差電元件(6)為一對(duì)串聯(lián)的P型半導(dǎo)體(4)和N型半導(dǎo)體(5)，導(dǎo)流片(3)對(duì)P型半導(dǎo)體(4)和N型半導(dǎo)體(5)起到連接線的作用，只要是具有良好導(dǎo)電性能的材料均可，一般為銅、銀或錫等。陶瓷膜(1)與導(dǎo)流片(3)固定連接，可通過(guò)粘合劑粘合，也可焊接，若通過(guò)焊接，可先在陶瓷膜(1)的內(nèi)側(cè)焊接一層銦膜，然后將導(dǎo)流片(3)焊接在銦膜上。
根據(jù)實(shí)際需要，本發(fā)明可制成多種結(jié)構(gòu)構(gòu)造相同但外型不同的溫差傳感器，如可將陶瓷膜制成圓形、矩形或不定形；導(dǎo)流片和半導(dǎo)體溫差電元件可環(huán)形、矩形或不定形布置；根據(jù)靈敏度的需要可布置若干對(duì)導(dǎo)流片和半導(dǎo)體溫差電元件。在P型、N型半導(dǎo)體的制作選擇方面，若機(jī)械切片工藝能銑切出更薄的晶片的條件下，本發(fā)明可選用截面更小的元件，可以使單位面積上的元件對(duì)數(shù)增多，以進(jìn)一步提高傳感器的靈敏度。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明用于溫差測(cè)量時(shí)，只需將其置于被測(cè)對(duì)象及基準(zhǔn)對(duì)象之間就可實(shí)現(xiàn)溫差測(cè)量，安裝使用方便，接觸面可根據(jù)需要設(shè)置，測(cè)溫差均勻，可靠性高。
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步敘述本發(fā)明，本實(shí)施例只是為了更好的說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，而不能限制本發(fā)明。
本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用對(duì)象是可用于補(bǔ)償式微量熱計(jì)，該量熱計(jì)主要由恒溫槽、量熱膽杯、溫差傳感器、補(bǔ)償電堆和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成，溫差傳感器是感測(cè)量熱膽杯內(nèi)溫度相對(duì)于恒溫環(huán)境的基本檢測(cè)裝置，只有它的靈敏度高、穩(wěn)定性好時(shí)，量熱計(jì)才具有高的重復(fù)精度。量熱膽杯為圓形底面，為了更好地反映和感測(cè)到這種溫度場(chǎng)，如附圖2所示，本發(fā)明選用厚度為0．5mm的氧化鋁陶瓷膜(1)，并將其設(shè)計(jì)為圓形，將上下兩個(gè)陶瓷膜(1)的外表面蒸鍍一層銅薄膜；將導(dǎo)流片(3a，3b)和半導(dǎo)體溫差電元件以同心圓的方式焊接在兩個(gè)陶瓷膜(1)內(nèi)側(cè)，3a為上導(dǎo)流片，3b為下導(dǎo)流片，焊接過(guò)程中采用先蒸鍍一層銦膜，然后焊接。選用的溫差電元件為一對(duì)P型半導(dǎo)體(4)Bi2Te3-Sb2Te3(溫差電動(dòng)勢(shì)α=180μV／℃)和N型半導(dǎo)體(5)Bi2Te3-Bi2Se3(溫差電動(dòng)勢(shì)α=-170μV／℃)，其橫截面積為1．5×1mm2，元件高度為8mm，P型與N型半導(dǎo)體之間按串聯(lián)方式首尾連接。這一對(duì)P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體構(gòu)成的電對(duì)的相對(duì)賽貝克電動(dòng)勢(shì)αpn=180+170=350μV／℃，本實(shí)施例共應(yīng)用了103對(duì)溫差電元件，其溫差電動(dòng)勢(shì)的理論值為350×103=36．05mV／℃，本實(shí)施例實(shí)測(cè)的溫差電動(dòng)勢(shì)為26mV／℃(在20℃溫差下)。
表1為應(yīng)用了本發(fā)明溫差傳感器的補(bǔ)償式微量熱計(jì)脈沖能當(dāng)量電能標(biāo)定結(jié)果 理論電能是由測(cè)定加熱器的端電壓、通入的電流及加熱器電阻按式Q=V．I．R計(jì)算得到；實(shí)測(cè)電能是按下述過(guò)程進(jìn)行的，當(dāng)向置于量熱膽杯內(nèi)的加熱器通入電能后，電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊嵝?yīng)，引起量熱膽杯溫度變化，此時(shí)，這一變化被溫差傳感器感測(cè)到后，經(jīng)放大、A／D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算出與被測(cè)熱效應(yīng)相反的補(bǔ)償脈沖數(shù)，經(jīng)轉(zhuǎn)換送至補(bǔ)償電堆，使之與被測(cè)熱效應(yīng)對(duì)消，對(duì)消的特征是溫差傳感器輸出電信號(hào)為零，因此，實(shí)測(cè)電能為Q=補(bǔ)償脈沖數(shù)×脈沖能當(dāng)量。由上表可以計(jì)算得到電能標(biāo)定的 電能標(biāo)定的重復(fù)性指標(biāo)方差s=0．094，由此可見(jiàn)，使用了本發(fā)明溫差傳感器的補(bǔ)償式微量熱計(jì)，其精度與重復(fù)性能均較高，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明是有積極效果的。
權(quán)利要求
1.一種溫差傳感器，其特征是兩個(gè)陶瓷膜(1)的外側(cè)各復(fù)合有一層導(dǎo)熱膜(2)，陶瓷膜(1)的內(nèi)表面固定有導(dǎo)流片(3)，依次串聯(lián)的半導(dǎo)體溫差電元件(6)分別與相應(yīng)的導(dǎo)流片(3)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差傳感器，其特征是導(dǎo)熱膜(2)優(yōu)選為導(dǎo)熱性能良好的金屬材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫差傳感器，其特征是導(dǎo)熱膜(2)是銀、銅、鋁或錫制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫差傳感器，其特征是半導(dǎo)體溫差電元件為一對(duì)串聯(lián)的P型半導(dǎo)體(4)與N型半導(dǎo)體(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫差傳感器，其特征是所用的P型半導(dǎo)體(4)與N型半導(dǎo)體(5)的溫差電動(dòng)勢(shì)的絕對(duì)值大于160μV／℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫差傳感器，其特征是所用的P型半導(dǎo)體(4)為Bi2Te3-Sb2Te3或ZnSb，N型半導(dǎo)體(5)為Bi2Te3-Bi2Se3、PbTe-PbSe、Bi2Se3、Bi2Te3、PbSe、CoSb3、PbS或PbTe。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫差傳感器，其特征是陶瓷膜(1)為氧化鋁陶瓷膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫差傳感器，其特征是陶瓷膜(1)的厚度為0．2-0．5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測(cè)量微小溫差信號(hào)的溫差傳感器,其技術(shù)特征是:兩個(gè)陶瓷膜的外側(cè)各復(fù)合有一層導(dǎo)熱膜,陶瓷膜的內(nèi)表面固定有導(dǎo)流片,依次串聯(lián)的半導(dǎo)體溫差電元件分別與相應(yīng)的導(dǎo)流片固定連接。本發(fā)明用于溫差測(cè)量時(shí),只需將其置于被測(cè)對(duì)象及基準(zhǔn)對(duì)象之間就可實(shí)現(xiàn)溫差測(cè)量,安裝使用方便,接觸面可根據(jù)需要設(shè)置,測(cè)溫差均勻,可靠性高。
文檔編號(hào)G01K7/02GK1289039SQ0011394
公開日2001年3月28日 申請(qǐng)日期2000年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月20日
發(fā)明者趙宏安, 歐陽(yáng)鵬, 寧曉輝, 曾曉岑 申請(qǐng)人:西北大學(xué)