專利名稱：熱電偶電路和形成熱電偶電路的方法和系統(tǒng)的制作方法
熱電偶電路和形成熱電偶電路的方法和系統(tǒng)
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及熱電偶，更具體地涉及用于形成呈現(xiàn)出減小的熱電偶 漂移水平的熱電偶電路的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)熱電偶通常通過將不同組分的兩個(gè)熱電元件彼此物理地耦合來制 造。熱電元件通常是不同金屬的金屬絲，其中金屬絲的末端被絞接到一起 或接合。耦合金屬絲的接合點(diǎn)與金屬絲的遠(yuǎn)端部分之間的溫度差將在金屬 絲的兩端產(chǎn)生電壓。電壓測(cè)量裝置(例如電壓計(jì))然后可被耦合到該電路 中以檢測(cè)電壓、以及與溫度有關(guān)的電壓。熱電偶性能和準(zhǔn)確度取決于沿整 個(gè)電路、尤其是熱電元件(例如金屬絲)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的均勻性。 當(dāng)熱電元件材料被制造時(shí)，采取了小心的步驟以確保獲得此均勻性(或同 質(zhì)性)。然而在工作時(shí)，熱電材料內(nèi)的化學(xué)元素的擴(kuò)散或遷移會(huì)導(dǎo)致熱電 元件的化學(xué)組分的改變，從而導(dǎo)致熱電偶性能的漂移或不準(zhǔn)確。
例如，諸如圖1中所示的示例性的常規(guī)B類型熱電偶包括具有94X鉑 和6%銠的化學(xué)組分的合金的第一金屬絲10。在熱接合點(diǎn)30處物理地耦合 至第一金屬絲的第二金屬絲20包括70%鉑和30%銠的合金。熱接合點(diǎn)30 被示出耦合至包括80%鉑和2()Q^銠的導(dǎo)電基板40。電壓由于眾所周知的塞 貝克效應(yīng)(Seebeckeffect)在金屬絲的與熱接合點(diǎn)相對(duì)的兩個(gè)末端上產(chǎn)生，該 電壓主要由沿金屬絲的溫度梯度引起。電壓可被諸如電壓計(jì)之類的常規(guī)測(cè) 量裝置讀取，而且該電壓與基板的溫度有關(guān)。
對(duì)來自這樣的常規(guī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的分析表明，此示例性的熱電偶設(shè)計(jì)在 諸如約165(TC之類的高溫下工作時(shí)失準(zhǔn)，其在30天內(nèi)的平均凈漂移率值高達(dá)約-2.7。C，這大部分由金屬絲與基板之間的銠擴(kuò)散引起。即，共同接合的 元件—即金屬絲與基板——之間的銠濃度開始平衡。為此，應(yīng)當(dāng)理解的 是，當(dāng)過程和系統(tǒng)在溫度控制之下，而且用來便于溫度控制的熱電偶設(shè)計(jì) 導(dǎo)致所記錄的溫度漂移時(shí)，由漂移引起的可察覺的溫度改變^導(dǎo)致實(shí)際溫 度的不應(yīng)有的被迫改變，這會(huì)導(dǎo)致過程或系統(tǒng)的工作的劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供能夠在使用期間內(nèi)呈現(xiàn)出減小的熱電偶漂移水平的熱電偶 電路。該熱電偶可用來測(cè)量諸如在玻璃基板制造中使用的鉑傳遞系統(tǒng)之類 的任何導(dǎo)電材料的溫度。本發(fā)明的多個(gè)方面提供的若干優(yōu)點(diǎn)包括在工作時(shí) 間內(nèi)熱電偶的改善的準(zhǔn)確度。
在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種用于測(cè)定導(dǎo)電基板的一部分的溫度的 方法，包括提供熱電偶，該熱電偶包括由第一熱電材料組成且具有第一 近端和第一遠(yuǎn)端的第一熱電元件和由第二熱電材料組成且具有第二近端和 第二遠(yuǎn)端的第二熱電元件；通過將第一和第二熱電元件的相應(yīng)近端通過中 間的第一和第二調(diào)整片元件分別耦合到基板的一部分而形成熱電偶電路， 所述第一和第二調(diào)整片元件分別具有與第一和第二熱電材料基本相同的組 分，而且其中第一和第二調(diào)整片元件分開以使第一和第二近端彼此不物理 耦合；以及量化由所形成的熱電偶電路提供的電壓值，其中所述電壓指示 基板的該部分內(nèi)的溫度。
熱電偶電路一般包括由第一熱電材料組成且具有第一近端和第一遠(yuǎn) 端的第一熱電元件，其中第一近端通過第一耦合位置處的由第一熱電材料 組成的中間的第一調(diào)整片元件耦合至導(dǎo)電基板；由第二熱電材料組成且具 有第二近端和第二遠(yuǎn)端的第二熱電元件，其中第二近端通過第二耦合位置 處的由第二熱電材料組成的中間的第二調(diào)整片元件耦合至導(dǎo)電基板，而且 其中第一和第二耦合位置分開以使第一和第二近端不物理地耦合，而且第 一和第二遠(yuǎn)端耦合至電壓測(cè)量裝置。
本發(fā)明另外的方面將在隨后的詳細(xì)描述和任一權(quán)利要求中部分地陳 述，且可根據(jù)該詳細(xì)描述部分地被推導(dǎo)，或可通過本發(fā)明的實(shí)踐部分地獲
5知。應(yīng)當(dāng)理解以上一般描述和以下詳細(xì)說明僅僅是示例性和說明性的而不 是如所公開地和/或如所聲明要求保護(hù)地限制本發(fā)明。
附圖簡(jiǎn)述
包含在此說明書中且構(gòu)成此說明書一部分的


了本發(fā)明的特定 方面，而且與描述一起用來非限制地說明本發(fā)明的原理。 圖1示出常規(guī)的熱電偶電路。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的示例性的熱電偶電路。 圖3是示出根據(jù)圖2的示例性熱電偶電路的一部分的立體圖。 圖4示意性地示出示例性熱電偶電路的一部分并描述與基板接觸面積 最小的調(diào)整片元件的實(shí)施例。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一熱電偶電路。
圖6是示出在使用之后的常規(guī)B類型熱電元件的銠成分與離熱電偶電 路與基板之間的接合點(diǎn)的距離的關(guān)系的數(shù)據(jù)曲線圖。
圖7是示出由本發(fā)明的熱電偶電路提供的相比于由兩個(gè)常規(guī)熱電偶顯 示的漂移減小的漂移的數(shù)據(jù)曲線圖。
圖8是示出由本發(fā)明的熱電偶電路提供的相比于常規(guī)熱電偶電路的減 小的漂移和改善的靈敏度的示例性數(shù)據(jù)的曲線圖示。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的以下描述被提供為本發(fā)明的最好的可實(shí)行的示教，通常稱為 實(shí)施例。為此，相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)和理解可對(duì)本文中描述的 本發(fā)明的各個(gè)方面作出許多改變，同時(shí)仍獲得本發(fā)明的有益結(jié)果。還顯而 易見的是通過選擇本發(fā)明的某些特征而不采用其它特征可獲得本發(fā)明的期 望好處。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的許多修改和改變 在特定情況下是可能的甚至是合乎需要的，而且這些修改和改變是本發(fā)明 的一部分。因此，提供以下描述作為本發(fā)明原理的說明而不是限制。
如本文中所使用地，單數(shù)形式"一個(gè)(a)"、"一個(gè)(an)"、以及"該(the)"也 包括復(fù)數(shù)指代物，除非上下文明確地另作規(guī)定。因此，例如對(duì)一個(gè)熱電元件的引用包括具有兩個(gè)或多個(gè)這樣的熱電元件的方面，除非上下文明確地 另作規(guī)定。
范圍在本文中可表達(dá)為從"約"一個(gè)特定值和/或到"約"另一特定值。當(dāng) 表達(dá)這樣的范圍時(shí)，另一方面包括從一個(gè)特定值和/或到另一特定值。同樣， 當(dāng)值被表達(dá)為近似值時(shí)，通過使用先行詞"約"，應(yīng)當(dāng)理解該特定值構(gòu)成另 一方面。還應(yīng)理解的是，各個(gè)范圍的端點(diǎn)就與另一端點(diǎn)有關(guān)和與另一端點(diǎn) 無(wú)關(guān)而言都是重要的。
如本文中所使用地，凈電壓指的是兩個(gè)或多個(gè)電壓的和或差值，這取 決于那兩個(gè)或多個(gè)電壓的極性。
如上簡(jiǎn)述，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于形成熱電偶電路的系統(tǒng)
100。參考圖2，系統(tǒng)100—般包括由第一熱電材料組成且具有第一近端102a 和第一遠(yuǎn)端102b的第一熱電元件102。第一近端102a被配置成在第一耦合 點(diǎn)210處耦合至基板200。系統(tǒng)100還包括由第二熱電材料組成且具有第二 近端104a和第二遠(yuǎn)端104b的第二熱電元件104。如圖所示，第二遠(yuǎn)端104b 和第一遠(yuǎn)端102b可離基板一距離地耦合至測(cè)量裝置110。測(cè)量裝置IIO例 如可以是用于測(cè)量第一和第二遠(yuǎn)端之間的電壓的裝置，而且可包括數(shù)據(jù)處 理組件。例如，測(cè)量裝置110可包括計(jì)算機(jī)。
第二近端104a被配置成在第二耦合點(diǎn)212處耦合至基板200，其中第 二耦合點(diǎn)212與第一耦合點(diǎn)相距距離"D"以使第二近端不與第一近端102a 物理耦合。
如進(jìn)一步所示，在一個(gè)方面中，系統(tǒng)100在熱電元件的近端與遠(yuǎn)端之 間延伸的部分可被設(shè)置為熱電導(dǎo)線或延長(zhǎng)線。此外，第一和第二熱電元件 分別由不同熱電材料組成，組合的這些不同材料適合于形成可呈現(xiàn)塞貝克 熱電效應(yīng)的熱電偶電路。為此，在一個(gè)方面中，第一和第二熱電元件可由 實(shí)際上不同的任何金屬組成，包括貴金屬和/或貴金屬合金。
用于形成相應(yīng)的第一和第二熱電元件的示例性熱電材料可包括鉑、銠、 鎳、鉻、銅、鎳、鐵、鋁、硅、鎂、以及它們的合金。上述熱電材料的示 例性組合可包括70%鉑一30%銠合金和94%鉑一6%銠(稱為B類型熱電 偶)；鎳一鉻合金和銅鎳合金(稱為E類型熱電偶)；鐵和銅鎳合金(稱
7為J類型熱電偶)；鎳一鉻合金和鎳一鋁合金(稱為K類型熱電偶)；鎳 一鉻一硅合金和鎳一硅一鎂合金(稱為N類型熱電偶)；13%鉑一銠和鉑 一鉑(稱為R類型熱電偶)；10%銠和鉑(稱為S類型熱電偶)；以及銅 和銅鎳合金(稱為T類型熱電偶)。
熱電元件的第一和第二近端可耦合至導(dǎo)電基板以形成熱電偶電路。具 體而言，第一近端102a可在第一耦合位置210處耦合至導(dǎo)電基板，而第二 近端104a可在第二耦合位置212處耦合至導(dǎo)電基板。第一和第二耦合位置 相距距離"D"以使第一和第二近端不彼此物理耦合。第一和第二近端與導(dǎo)電 基板的耦合在本文中被稱為"熱接合"。
如圖2進(jìn)一步所述，第一近端102a和第二近端104b可分別通過位于 相應(yīng)的近端和導(dǎo)電基板中間的相應(yīng)的分開的第一和第二調(diào)整片元件106和 108耦合至基板200。在一個(gè)方面中，相應(yīng)的第一和第二調(diào)整片元件由與相 應(yīng)的第一和第二熱電元件相同的熱電材料組成。例如，在所形成的熱電偶 電路是B類型熱電偶的一個(gè)方面中，第一熱電元件可由70%鉑一30%銠合 金組成，而第二熱電材料由94%鉑一6%銠合金組成。根據(jù)此示例性方面， 第一調(diào)整片元件106也可由70%鉑一30%銠合金組成，而第二調(diào)整片元件 可由94%鉑一 6%合金組成。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)除其它優(yōu)點(diǎn)之外，分開的耦合點(diǎn)減小或消除了揮發(fā)的金屬物 質(zhì)從第一組分的一種熱電元件往第二組分的第二熱電元件上的凝結(jié)。如果 熱電元件暴露給諸如可能在玻璃制造過程中存在的超過1500'C的極高溫 度，則會(huì)出現(xiàn)這樣的揮發(fā)。諸如例如銠之類的揮發(fā)的物質(zhì)會(huì)在熱電元件的 較冷部分上凝結(jié)，而且可擴(kuò)散到熱電元件中，由此改變熱電元件的電性質(zhì) 從而改變熱電偶電路中檢測(cè)到的電壓(即作為熱電偶溫度漂移被觀測(cè)到)。
調(diào)整片元件106和108通過提供緊鄰基板和置于基板與熱電元件之間 的較大塊體，以使由擴(kuò)散引起的這些多個(gè)元件的組分的變化減小來起作用 以減輕熱電元件與基板之間的擴(kuò)散效應(yīng)。調(diào)整片元件106和108可具有適 合于將熱電元件的近端電耦合至基板表面的想要的任何形狀和厚度。然而， 調(diào)整片元件106、 108的每一個(gè)的質(zhì)量顯著大于毗鄰基板的各個(gè)相應(yīng)熱電元 件的質(zhì)量。各個(gè)調(diào)整片元件可呈矩形(如圖所示)、圓形、或橢圓形。在一個(gè)方 面中，調(diào)整片元件基本上為矩形，其耦合到導(dǎo)電基板的表面積在0.1到0.5
英寸的范圍內(nèi)。例如而非限制，在一個(gè)方面中，調(diào)整片元件可具有約0.25
英寸的耦合表面積。調(diào)整片元件還可具有基本均勻的厚度，在一個(gè)示例性
的方面中該厚度可以在從約IO密耳到約50密耳的范圍內(nèi)。例如而非限制， 在一個(gè)方面中，調(diào)整片元件可具有約30密耳的基本均勻厚度。按實(shí)際術(shù)語(yǔ) 來說，各個(gè)調(diào)整片元件具有顯著大于相應(yīng)的熱電元件的等效直徑的標(biāo)稱的 長(zhǎng)寬測(cè)量值(假定是矩形)或直徑(假定是圓形)。作為示例且如圖3所 示，假定熱電元件102是具有縱軸A的金屬絲，調(diào)整片元件106設(shè)置在金 屬絲和基板200之間，而且金屬絲的毗鄰調(diào)整片元件且長(zhǎng)度等于調(diào)整片元 件厚度的部分的體積優(yōu)選顯著小于調(diào)整片元件的體積。優(yōu)選調(diào)整片元件的 體積顯著大于金屬絲的毗鄰且耦合到調(diào)整片元件的相應(yīng)部分的體積。金屬 絲可被視為附連至具有給定厚度的調(diào)整片元件的直圓柱體。調(diào)整片元件具 有基于包括調(diào)整片元件的厚度的調(diào)整片元件尺寸的特定體積Vt。長(zhǎng)度L等 于調(diào)整片元件的厚度t的金屬絲(即直圓柱)的一部分的體積Vw顯著小于 調(diào)整片元件的體積，或者相反地，調(diào)整片元件的體積顯著大于金屬絲的毗 鄰調(diào)整片元件的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的部分的體積。如圖3所示，調(diào)整片元件106的 體積顯著大于金屬絲部分107的體積。"顯著大于"意味著調(diào)整片元件的體 積優(yōu)選至少兩倍于金屬絲的毗鄰部分的體積，更優(yōu)選至少四倍于金屬絲的 毗鄰部分的體積，以及甚至更優(yōu)選至少八倍于金屬絲的毗鄰部分的體積。 當(dāng)然，在典型情況下金屬絲標(biāo)稱為圓柱形，因而具有垂直于縱軸A的圓截 面。不過，熱電元件(例如金屬絲)不需要為具有如上所述的體積的部分 而呈圓形。
在又一個(gè)方面中，如圖4所示，期望使調(diào)整片元件按照使基板與調(diào)整 片元件的材料之間的接觸面積最小化的方式連接至基板200。根據(jù)此方面， 使調(diào)整片元件與基板之間的接觸面積最小化能有效地減小兩種熱電材料之 間的化學(xué)物質(zhì)的擴(kuò)散(例如銠的擴(kuò)散)，從而能進(jìn)一步減小熱電偶漂移。 為此，具有高熱導(dǎo)率的絕緣組件109可放置在調(diào)整片元件與基板200之間。 調(diào)整片元件與基板200之間的耦合可通過如焊縫111所指示地僅在調(diào)整片元件的外周邊將調(diào)整片元件焊接到基板來完成。當(dāng)然，還可采用將調(diào)整片 元件耦合到基板的其它方法。例如，調(diào)整片元件可僅在各個(gè)調(diào)整片元件中 的若干分立、分開的位置處耦合到基板，諸如通過僅將調(diào)整片元件的拐角 焊接至基板。
根據(jù)本發(fā)明形成的熱電偶電路可呈現(xiàn)出與常規(guī)熱電偶裝置觀察到的典 型熱電漂移相比的熱電偶漂移的減小。具體而言，常規(guī)的熱電偶裝置和電 路在工作時(shí)隨時(shí)間而失準(zhǔn)。失準(zhǔn)部分地由在熱電偶電路的"熱接合點(diǎn)"處彼 此物理連接的兩個(gè)不同熱電元件之間出現(xiàn)的擴(kuò)散引起。這種失準(zhǔn)在本文中 稱為熱電漂移，而且會(huì)助長(zhǎng)熱電偶裝置的不準(zhǔn)確增大。如上所述，本發(fā)明 的熱電元件的近端在分開距離"D"的耦合點(diǎn)處耦合至基板，以使本發(fā)明的熱 電元件的近端彼此不物理耦合。然而，基板與各個(gè)熱電元件之間的擴(kuò)散仍 會(huì)導(dǎo)致熱電漂移。例如，考慮諸如會(huì)在玻璃制造過程中使用的用于保持/處
理熔融玻璃的鉑/銠合金容器。這樣的容器可在超過150(TC下工作。通常，
具有不同銠組分的各個(gè)鉑一銠合金熱電偶金屬絲已經(jīng)被直接焊接到容器 壁。就金屬絲與容器壁之間的接合處銠的擴(kuò)散產(chǎn)生并到達(dá)平衡濃度而言， 在這樣的高工作溫度時(shí)基板與熱電偶金屬絲之間銠的擴(kuò)散是相對(duì)迅速的。 其結(jié)果是如測(cè)量裝置測(cè)量到的不斷降低的溫度。
調(diào)整片或墊片元件106和108可減小或甚至消除會(huì)在兩種不同熱電材 料之間出現(xiàn)的擴(kuò)散，從而將隨時(shí)間會(huì)出現(xiàn)的熱電漂移(例如電壓或溫度漂 移)減小到基本無(wú)漂移。例如，在一個(gè)方面中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的熱 電偶電路在等于或高于150(TC下在30天期間可呈現(xiàn)出小于約2.5'C的漂移 率。更進(jìn)一步，這種熱電偶電路在等于或高于約150(TC的溫度下在30天期 間可呈現(xiàn)出小于約2.0°C、 1.5°C、 l.(TC、或甚至小于約0.5'C的漂移率。再 進(jìn)一步，還應(yīng)當(dāng)理解第一和第二耦合位置之間的分開距離"D"可以是任何需 要的距離，只要任何兩種不同熱電材料沒有在基板材料的耦合位置處彼此 物理耦合。
還應(yīng)當(dāng)理解由本發(fā)明的熱電偶電路形成的"熱接合"是通過第一和第二 熱電元件與導(dǎo)電基板、優(yōu)選通過調(diào)整片元件106、 108耦合形成，而不是通 過兩種不同熱電元件自身的物理接合形成。因此，所得的熱電偶電路對(duì)基.板自身內(nèi)部溫度的變化更加敏感。而且，因?yàn)榛迨请娐返膶?shí)際熱接合處 的一部分，所以所報(bào)告的溫度將更代表基板溫度。
還應(yīng)當(dāng)理解的是，熱電元件的分開導(dǎo)致在第一和第二耦合點(diǎn)210和212 處耦合的兩個(gè)不同熱電元件之間的基板的平均溫度的確定。因此，在一個(gè) 替代方面中，本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)可用來提供能夠?qū)崟r(shí)確定給定基板的三
維溫度模型的多個(gè)熱電偶電路。例如，如圖5所示，系統(tǒng)202類似于系統(tǒng) 100，但包括由第三熱電材料組成且具有第三近端120(a)和第三遠(yuǎn)端120b 的第三熱電元件120。第三遠(yuǎn)端120b可再耦合至合適的測(cè)量裝置。第三近 端可在第三耦合點(diǎn)214處耦合至基板，第三耦合點(diǎn)214與第一和第二耦合 點(diǎn)分開，以使第三近端不耦合到第一和第二近端中的任一個(gè)。更進(jìn)一步， 第三熱電元件優(yōu)選還包括耦合至第三近端的第三調(diào)整片元件112。第三調(diào)整 片元件112也可由與第三熱電元件相同的熱電材料形成，并與第一和第二 調(diào)整片元件分開距離D，以使第一、第二以及第三調(diào)整片元件彼此不物理稱合。
在工作時(shí)，本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)和熱電偶電路提供一種用于測(cè)定導(dǎo)電 基板的一部分的溫度的方法。該方法包括形成如上所示的熱電偶電路。具 體而言，由第一熱電材料組成的第一熱電元件的近端優(yōu)選通過第一調(diào)整片 元件在第一耦合位置處耦合至導(dǎo)電基板。由第二熱電材料組成的第二熱電 元件的近端優(yōu)選通過第二調(diào)整片元件在第二耦合位置處耦合至導(dǎo)電基板， 該第二調(diào)整片元件與第一耦合位置分開以使第一和第二熱電元件以及它們 相應(yīng)的調(diào)整片元件不物理耦合。
應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的方法不限于與任何特定的基板材料一起使用， 且可用來測(cè)定任何需要的導(dǎo)電基板的溫度。然而在示例性方面中，基板是 諸如例如在玻璃(例如二氧化硅基玻璃)制備中使用的基于鉑和/或銠的傳 遞系統(tǒng)之類的導(dǎo)電基板。
一旦被形成，由于沿?zé)犭娫臏囟忍荻?，熱電偶電路就能夠在所?成的電路內(nèi)提供電壓。所提供的電壓可通過與熱電偶電路通信的常規(guī)測(cè)量 裝置被量化。因此，量化的電壓指示了第一與第二耦合位置之間的基板的 部分內(nèi)的平均溫度。本發(fā)明的示例性方法在圖1的輔助下示出。如圖所示，熱電偶電路100 由第一熱電元件102、第二熱電元件104、以及導(dǎo)電基板200構(gòu)成。第一和 第二熱電元件的近端在耦合位置210和212處耦合至基板。此外，如圖所 示，近端102a和104a通過相應(yīng)的熱電調(diào)整片或墊片元件106和108耦合 至基板。熱電元件的遠(yuǎn)端還耦合至離基板一定距離的測(cè)量裝置110。在使用 時(shí)，沿?zé)犭娫臏囟忍荻葘?dǎo)致沿?zé)犭娫?02的電壓、以及沿?zé)犭娫?104的類似的電壓V2。
常規(guī)的電壓檢測(cè)系統(tǒng)IIO可用來檢測(cè)和量化在遠(yuǎn)端102b、 104b之間的 熱電偶電路中產(chǎn)生的凈電壓V12。為此，檢測(cè)系統(tǒng)可檢測(cè)電壓V,和V2、確 定凈電壓、并將凈電壓與導(dǎo)電基板200的估計(jì)溫度關(guān)聯(lián)。因?yàn)閮蓚€(gè)不同的 調(diào)整片元件被分開距離"D"，所以估計(jì)溫度表示耦合位置210與212之間的 基板的平均溫度。示例性的檢測(cè)系統(tǒng)一般可包括配備有用于熱電偶的標(biāo)準(zhǔn) I/O卡的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)可讀取熱電偶的兩腳或兩引線之間的直 流電壓。利用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的標(biāo)準(zhǔn)ASTM測(cè)試方法，計(jì)算機(jī)可 將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成溫度輸出。
最后，應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然已經(jīng)相對(duì)于本發(fā)明的特定說明和特定方面 詳細(xì)描述了本發(fā)明，但不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為本發(fā)明限于那些方面，因?yàn)樵诓槐畴x如 所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的寬廣精神和范圍的情況下，多種變體是可 能的。
示例
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的原理，給出以下示例以向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 提供對(duì)本文中聲明要求保護(hù)的系統(tǒng)、電路、以及方法如何被制造和評(píng)價(jià)的 完整公開和描述。它們純粹是本發(fā)明的示例，而不是為了限制發(fā)明人認(rèn)為 的他們的發(fā)明的范圍。已經(jīng)努力確保數(shù)值的準(zhǔn)確性(例如數(shù)量、溫度等)， 然而某些錯(cuò)誤和偏差可能會(huì)出現(xiàn)。除非另外說明，比例是按重量的比例， 溫度是攝氏度或在室溫下，以及壓力是大氣壓或接近大氣壓。
在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，類似于圖1中所示的示例性常規(guī)B類型熱電偶中的熱 電偶漂移的存在通過監(jiān)控常規(guī)B類型熱電偶中的銠擴(kuò)散被證實(shí)。來自此評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)在圖6中給出。
熱電偶以常規(guī)方式制備，其中熱電偶的30%銠腳(曲線300)和6%銠 腳(曲線302)通過利用焊接裝置在兩金屬絲末端處按照焊珠的形式將兩種 金屬熔融到一起來直接連接到一起。該熱電偶然后被投入溫度范圍為 135(TC到165(TC的熔爐中使用數(shù)月。當(dāng)熔爐關(guān)閉時(shí)，熱電偶被取出并沿?zé)?電偶的各個(gè)腳從焊珠或兩種材料之間的熱接合處開始縱向地取剖面。然后 用微探針來分析熱電偶的從各個(gè)腿與基板的熱接合處開始的各個(gè)腿的銠組 分。此熱接合點(diǎn)在圖6的X軸上被示為零。
圖6中報(bào)告的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)月的使用期間，銠從熱電偶的30%銠組分 的腳擴(kuò)散到6%銠組分的腳。這一點(diǎn)可從熱龜偶的銠組分高的腳中小于30% 的銠濃度(曲線304)和熱電偶的銠組分低的腳中大于6%的銠濃度(曲線 306)可以看出。在不限于任何特定理論的情況下，相信銠組分的改變是兩 種熱電材料之間擴(kuò)散的結(jié)果。此擴(kuò)散進(jìn)一步被認(rèn)為導(dǎo)致由熱電偶測(cè)量的電 動(dòng)力小于本應(yīng)由標(biāo)準(zhǔn)B類型熱電偶表格指示的值。
在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)本發(fā)明而且根據(jù)圖2的示意圖配置的B類型的 熱電偶電路被形成并評(píng)價(jià)，以確定在約80天期間內(nèi)任何熱電偶漂移的存在。 本發(fā)明的熱電偶進(jìn)一步與根據(jù)圖1的示意圖制備的兩個(gè)常規(guī)B類型熱電偶 比較。來自80天評(píng)價(jià)周期的數(shù)據(jù)在圖7中列出。如圖所示，本發(fā)明的熱電 偶(曲線308)沒有報(bào)告隨評(píng)價(jià)周期的任何顯著漂移。然而與之相反，兩個(gè) 相鄰的常規(guī)熱電偶(曲線310、 312)報(bào)告了漂移。
在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例而且根據(jù)圖2的示意圖配置的 B類型的熱電偶電路被形成并評(píng)價(jià)，以確定在約52天期間內(nèi)任何熱電偶漂 移的存在。本發(fā)明的熱電偶進(jìn)一步與根據(jù)圖1的示意圖制備的兩個(gè)常規(guī)B 類型熱電偶比較。來自52天評(píng)價(jià)周期的數(shù)據(jù)在圖8中列出。如圖所示，如 對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的熱電偶的平坦數(shù)據(jù)線所證實(shí)，本發(fā)明的熱電偶(曲線314) 沒有報(bào)告隨評(píng)價(jià)周期的任何顯著漂移。然而與之相反，如對(duì)應(yīng)于常規(guī)熱電 偶的數(shù)據(jù)線中的向下斜坡所證實(shí)地，相鄰的常規(guī)熱電偶(曲線316)報(bào)告了 52天期間的漂移。
此外，在評(píng)估周期的約第32天，熱電偶連接的基板的溫度被有意地減小約1°C。如報(bào)告數(shù)據(jù)中的階躍變化所證實(shí)和如圖8中的箭頭所指示，此受 控的溫度降低被本發(fā)明的熱電偶檢測(cè)。反之，常規(guī)的熱電偶未報(bào)告對(duì)應(yīng)于
評(píng)價(jià)周期的約第32天時(shí)的溫度的受控降低的階躍變化。因此，示出在一個(gè)
方面中，根據(jù)本發(fā)明的熱電偶還可呈現(xiàn)出相對(duì)于常規(guī)的熱電偶設(shè)計(jì)的改善 的靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)定導(dǎo)電基板的一部分的溫度的方法，包括提供熱電偶，其包括由第一熱電材料組成且具有第一近端和第一遠(yuǎn)端的第一熱電元件和由第二熱電材料組成且具有第二近端和第二遠(yuǎn)端的第二熱電元件；通過將所述第一和第二熱電元件各自的近端分別通過中間的第一和第二調(diào)整片元件耦合到所述基板的一部分形成熱電偶電路，所述第一和第二調(diào)整片元件分別具有與所述第一和第二熱電材料基本相同的組分，而且其中所述第一和第二調(diào)整片元件分開，以使所述第一和第二近端彼此不物理接觸；以及量化由所形成的熱電偶電路提供的電壓，其中所述電壓指示所述基板的所述部分內(nèi)的溫度。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二熱電材料從 貴金屬或貴金屬合金中選擇。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述基板包括鉑。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述熱電偶是B類型熱電偶。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所量化的電壓指示了所述第 一與第二近端之間的基板的所述部分內(nèi)的平均溫度。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板、所述第一和第二 熱電元件以及所述第一和第二調(diào)整片元件由鉑一銠合金構(gòu)成。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一調(diào)整片元件包括厚 度t!和體積Vu，而且其中所述第一熱電元件是具有縱軸的第一金屬絲，而且 其中Vtl顯著大于所述第一金屬絲的具有等于t的長(zhǎng)度L且毗鄰所述第一調(diào)整 片元件設(shè)置的部分的體積Vw。
8. —種熱電偶電路，包括由第一熱電材料組成且具有第一近端和第一遠(yuǎn)端的第一熱電元件， 其中所述第一近端通過由所述第一熱電材料組成的中間的第一調(diào)整片元件在 第一耦合位置處耦合至導(dǎo)電基板；由第二熱電材料組成且具有第二近端和第二遠(yuǎn)端的第二熱電元件， 其中所述第二近端通過由所述第二熱電材料組成的中間的第二調(diào)整片元件在 第二耦合位置處耦合至所述導(dǎo)電基板；以及其中所述第一和第二耦合位置分開以使所述第一和第二近端不物 理耦合，而且所述第一和第二遠(yuǎn)端電耦合至電壓測(cè)量裝置。
9. 如權(quán)利要求8所述的熱電偶電路，其特征在于，所述第一和第二熱電 材料從貴金屬或貴金屬合金中選擇。
10. 如權(quán)利要求8所述的熱電偶電路，其特征在于，所述基板包括鉑。
11. 如權(quán)利要求8所述的熱電偶電路，其特征在于，所形成的電路是B類型熱電偶電路。
12. 如權(quán)利要求8所述的熱電偶電路，其特征在于，所述電路在約1500°C 或更高的溫度下在30天內(nèi)呈現(xiàn)出小于約2.5X:的熱電偶溫度漂移率。
13. 如權(quán)利要求8所述的熱電偶電路，其特征在于，所述電路在約150(TC 或更高的溫度下在30天期間基本未呈現(xiàn)出熱電偶溫度漂移。
14. 如權(quán)利要求8所述的熱電偶電路，其特征在于，所述第一調(diào)整片元件 包括厚度"和體積Vu，而且其中所述第一熱電元件是具有縱軸的第一金屬絲， 而且其中Vtl顯著大于所述第一金屬絲的具有等于t的長(zhǎng)度L且毗鄰所述第一 調(diào)整片元件設(shè)置的部分的體積Vw。
15. 如權(quán)利要求M所述的熱電偶電路，其特征在于，Vu至少是Vw的兩倍。
16. 如權(quán)利要求14所述的熱電偶電路，其特征在于，Vu至少是Vw的四倍。
全文摘要
公開了一種呈現(xiàn)出熱電偶漂移水平減小的熱電偶電路。該熱電偶一般包括分別由第一和第二熱電材料形成的第一和第二熱電元件。第一和第二熱電元件分別通過中間的第一和第二調(diào)整片元件耦合至導(dǎo)電基板。第一和第二調(diào)整片元件優(yōu)選由相應(yīng)的第一和第二熱電材料組成，而且按照分開的構(gòu)造耦合至基板，以使第一和第二調(diào)整片元件彼此不物理耦合。還公開了用于本文中公開的熱電偶電路的制備和使用的系統(tǒng)和方法。
文檔編號(hào)G01N25/00GK101568825SQ200780047870
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2007年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者D·M·萊恩曼, J·M·德羅斯達(dá)克, K·B·雷曼, L·M·阿德斯伯格, P·R·格熱斯克, T·A·克尼特松 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司