專利名稱：溫度指示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合于放在表面上，用于提供該表面的溫度直觀指示的溫度指示器。
本發(fā)明還涉及形成溫度指示器的一種方法，該溫度指示器適合于放在表面上，用于提供該表面的溫度直觀指示。
背景技術(shù)：
在許多電器中使用的時候都涉及高溫。這些電器的實例有熨斗、熱水器、電爐、烤箱、煎鍋、烤面包機、華府餅干模子等等。為了避免對使用這些電器的人造成傷害，比如燒傷，需要指示器來告訴使用這些電器的人它們的溫度很高，必須小心。這種高溫指示通常都是用溫度傳感器，連接到這個溫度傳感器的控制單元，以及警告燈來實現(xiàn)的，當傳感器檢測到高溫時，控制單元警告指示燈點亮。在US6,396,027 B1中可以找到這種系統(tǒng)的一個實例，其中描述了具有三個指示器部件的一個熨斗，這三個指示器部件受控制器的控制，這個控制器從溫度傳感單元接收信號。US 6,396,027 B1中描述的那種溫度指示器的一個缺點是它很復(fù)雜，需要在幾個組件之間進行正確的協(xié)作，才能準確地向用戶發(fā)出高溫警告。例如，指示燈損壞會給用戶一個錯誤的印象熨斗是涼的，而實際上它是熱的。此外，關(guān)于哪一部分表面是熱的，這種溫度指示器不能給出任何信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種溫度指示器，它能夠以低成本準確地提供表面是否熱的安全指示。
這一目的是通過一種溫度指示器來達到的。該溫度指示器安裝在表面上，用于提供該表面的溫度的直觀指示，該溫度指示器包括發(fā)光電化學電池，該發(fā)光電化學電池具有第一電極、第二電極以及位于這兩個電極之間的發(fā)光層，還包括填充物以及能夠在該填充物中移動的離子，該填充物中所述離子的移動性與溫度有關(guān)，該溫度指示器還包括電源，用于利用交流電驅(qū)動所述發(fā)光電化學電池，將該交流電的頻率調(diào)整為當所述表面的溫度超過特定溫度的時候，所述發(fā)光電化學電池發(fā)光。
這一溫度指示器的一個優(yōu)點是它能夠提供熱表面的準確指示，因為用特定頻率的交流電驅(qū)動的時候，依賴于溫度的發(fā)光特性是發(fā)光電化學電池本身的固有特性。由于這一溫度指示器適合于放在有可能熱的表面上，因此所指示的溫度根本不可能不是這個表面的溫度。發(fā)光電化學電池沒有任何易損件，比如燈絲，因此發(fā)生故障的可能性最小。與需要傳感器、控制單元、電源和報警燈的現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠減小零部件數(shù)量，因為本發(fā)明中的溫度指示器中，發(fā)光電化學電池既是傳感器，又是報警燈，從某個意義上說，還是控制系統(tǒng)。這樣就降低了生產(chǎn)成本，還降低了溫度指示器發(fā)生故障不能指示高溫的風險。除了能夠控制應(yīng)該在哪個溫度上開始發(fā)光以外，交流電還具有防止離子電荷分布多少有些永久性地“凍結(jié)”的優(yōu)點，如同G.Yu等等，Adv.Mater.10，385，1998所描述的一樣，采用直流電有可能出現(xiàn)這種“凍結(jié)”。本發(fā)明中溫度指示器的另一個優(yōu)點是它不但能夠指示表面是否熱，還能夠指示它的哪一部分熱。根據(jù)發(fā)光電池的原理，如果將本發(fā)明的溫度指示器附在例如熨斗底面的整個表面上，就只會在溫度高到足以讓發(fā)光層發(fā)光的部分才會發(fā)光。
權(quán)利要求2所述措施的一個優(yōu)點是溫度指示器具有很大的面積用來覆蓋有可能熱的部分或者整個表面，并且具有很高的可見度，因為要從至少一個電極發(fā)出光。
權(quán)利要求3所述措施的一個優(yōu)點是，發(fā)光電化學電池的發(fā)光與溫度指示器所監(jiān)視表面的表面溫度準確相關(guān)。權(quán)利要求4所述措施的一個優(yōu)點是發(fā)光電化學電池是透明的，可以疊放在窗口和需要透明的其它對象上。
權(quán)利要求5所述措施的一個優(yōu)點是，屬于聚合物材料以及具有更小的有機分子的有機材料適合用于發(fā)光電化學電池依賴于溫度的發(fā)光，因為在所希望的溫度范圍內(nèi)，有機材料中的離子的移動性高度依賴于溫度。
權(quán)利要求6所述措施的一個優(yōu)點是，聚合物材料具有合適的固體填充物，其中的離子能夠移動，其中離子移動性對溫度的依賴性很強。聚合物材料常常是透明的，在許多情況下，耐熱溫度達到攝氏130度以上。聚合物材料是固體，而離子仍然能夠移動這樣一個事實，使得溫度指示器的制造和處理更加容易。
權(quán)利要求7所述措施的一個優(yōu)點是，頻率調(diào)制器讓用戶能夠調(diào)整溫度指示器，讓它在希望的溫度上開始指示，也就是說，通過調(diào)整交流電頻率，用戶自己能夠?qū)㈤_始發(fā)光的門限溫度調(diào)整到所希望的溫度。這樣，溫度指示器不僅能夠用于家用電器，還能夠用于工業(yè)，將大面積發(fā)光溫度指示器用作工藝問題準確的直觀指示器。
權(quán)利要求8所述措施的一個優(yōu)點是，能夠在可能對人造成燒傷的溫度，或者最好在這個溫度以下開始指示熱表面。
權(quán)利要求9所述措施的一個優(yōu)點是，最大1毫米的總厚度使得能夠?qū)⒈〉臏囟戎甘酒骱苋菀椎馗街跓岜砻嫔希热珈俣返牡酌?，而不會?dǎo)致熱表面被隔熱。
權(quán)利要求10所述措施的一個優(yōu)點是，這樣一個溫度指示器不僅能夠指示表面是熱的，還能夠指示表面的哪些部分最熱，以及哪些部分是涼的，可以觸摸。因此，用戶無意間觸摸到表面熱的部分可能性最小。
權(quán)利要求11所述措施的一個優(yōu)點是，延伸通過發(fā)光電化學電池的熱觸頭能夠改善通過電池的熱傳遞，減少熱隔離。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種形成準確溫度指示器的廉價方法。
這一目的是通過一種形成溫度指示器的方法來達到的，該溫度指示器安裝在表面上，用于提供該表面的溫度的直觀指示，該方法包括以下步驟
提供發(fā)光電化學電池，該發(fā)光電化學電池具有第一電極、第二電極以及位于這兩個電極之間的發(fā)光層，還包括填充物以及能夠在該填充物中移動的離子，該填充物中離子的移動性取決于溫度，將交流電與所述發(fā)光電池的電極連接，以及將該交流電的頻率調(diào)整為當加熱到超過特定溫度的時候，所述電化學電池發(fā)光。
通過下面參考所描述的實施例，本發(fā)明的這些方面和其它方面將會更加清楚。


下面將參考附圖更加詳細地描述本發(fā)明，在這些附圖中圖1是一個三維視圖，它示意性地說明在熨斗整個底面上的溫度指示器；圖2是一個部分剖視圖，它說明圖1中沿著II-II剖開的溫度指示器；圖3a是一個放大了的剖面圖，它說明第一種情況下，底面溫度為攝氏25度時，圖2中的III部分；圖3b是一個放大了的剖面圖，它說明第二種情況下，底面溫度為攝氏25度時，圖3a的視圖；圖3c是一個放大了的剖面圖，它說明第三種情況下，底面溫度為攝氏25度時，圖3a的視圖；圖3d是一個放大了的剖面圖，它說明第四種情況下，底面溫度為攝氏25度時，圖3a的視圖；圖4a是一個放大了的剖面圖，它說明第一種情況下，底面溫度為攝氏90度時，圖2中的III部分；圖4b是一個放大了的剖面圖，它說明第二種情況下，底面溫度為攝氏90度時，圖4a的視圖；圖4c是一個放大了的剖面圖，它說明第三種情況下，底面溫度為攝氏90度時，圖4a的視圖；
圖4d是一個放大了的剖面圖，它說明第四種情況下，底面溫度為攝氏90度時，圖4a的視圖；圖5說明從不同溫度的溫度指示器發(fā)射的光；圖6是一個垂直剖面圖，它示意性地說明第二實施例中烤箱門上的溫度指示器；圖7是一個頂視圖，它說明本發(fā)明中溫度指示器另一個實施例的發(fā)光電化學電池；圖8是一個剖面圖，它說明圖7中沿著VIII-VIII剖開的發(fā)光電化學電池；圖9是一個頂視圖，它說明本發(fā)明中溫度指示器另一個實施例的發(fā)光電化學電池。
具體實施例方式
圖1示意性地說明本發(fā)明第一實施例中的溫度指示器1。溫度指示器1覆蓋熨斗3的整個底面2。溫度指示器1包括發(fā)光電化學電池4和適合于利用低頻交流電驅(qū)動發(fā)光電化學電池4的交流電源5。交流電源5連接到熨斗3的主電源系統(tǒng)(圖1中沒有畫出)，在熨斗3的電纜6連接到外部電源的整個期間為發(fā)光電化學電池4提供交流電。可以選擇將一個交流電頻率調(diào)制器7包括在溫度指示器1中，以便微調(diào)應(yīng)該開始發(fā)光的溫度，下面將對此作詳細介紹。
圖2是一個剖面圖，它說明在底面2上具有薄疊層形狀的發(fā)光電化學電池4。這個發(fā)光電化學電池4包括第一電極8、第二電極9以及夾在電極8、9之間的發(fā)光層10。交流電源5通過第一觸頭11和第二觸頭12分別為兩個電極8、9提供電壓。這個疊層的總厚度x是大約0.5mm，其中發(fā)光層10的厚度通常都是1000到0.2mm。
第一電極8是用至少部分透明的電極材料制成的，比如氧化銦錫(ITO)。在US 5,682,043(Pei等等)中可以找到透明電極替換材料的其它實例。
第二電極9是從這樣一種電極材料制作的，它不必透明，但是特別適合于將熱量從底面2的表面13傳導(dǎo)到發(fā)光層10，進一步通過第一電極8，到達服裝或者要熨燙的其它對象。這種電極材料的實例包括金屬，比如鋁、銀、鉑和鎳。其它電極材料的實例可以在例如上面提到的US 5,682,043中找到。當然，第二電極9也可以用透明的或者半透明的電極材料來制作。
發(fā)光層10包括半導(dǎo)體填充物和離子，這些離子能夠在填充物中移動，填充物中離子的遷移率與溫度有關(guān)。這個填充物最好是半導(dǎo)體聚合物材料，比如共軛聚合物或者包含p共軛部分的段的共聚物。合適的半導(dǎo)體聚合物材料的實例可以從上面提到的US 5,682,043中找到。上述填充物也可以是用另一種有機材料制作的，比如分子重量比聚合物材料的分子重量輕的有機材料?？梢杂冒栯x子(比如鈉離子)和陰離子(比如氯離子)的鹽來提供離子。作為一種替換方案，也可以用聚合物電解質(zhì)來提供離子。適合用于發(fā)光電化學電池的不同類型的離子可以在上面提到的美國專利中找到。此外，還可以使用與合適的反離子結(jié)合的過渡金屬合成物(比如三糖-雙吡啶釕，[Ru(bpy)3]2+)，如同P.McCord和A.J.Bard在J.Electronal.Chem.，318，91，1991上的文章所描述的一樣。需要三糖-雙吡啶釕[Ru(bpy)3]2+，它是發(fā)射橘紅色光的合成物，非常適合于許多應(yīng)用，是一種高溫直觀警告材料。
下面將參考圖3a～3d和圖4a～4d更加詳細地描述溫度指示器1在兩個不同溫度下的實際工作情況。在所給出的實例中，交流電的頻率恒定為1Hz，也就是說，電壓的極性每一秒鐘改變一次。
在這一發(fā)光電化學電池4中(它的基本原理可以從Q.B.Pei等等，Science 269，1086，1995；J.Gao，G.Yu，A.J.Heeger，Appl.Phys.Lett.71，1293，1997和其它文獻中找到)，在兩個電極8、9之間施加一個電壓。在參考圖3a～3d描述的實例中，底面2的表面13的溫度是25攝氏度。
圖3a說明剛剛接通電源那一瞬間的情形。交流電源給第一電極8提供正電荷，使它成為陽極，給第二電極9提供負電荷，使它成為陰極。用(-)表示的負離子和用(+)表示的正離子此時仍然是成雙成對。由于發(fā)光層10的半導(dǎo)體特性，沒有從第一電極(陽極)注入任何空穴，也沒有從第二電極9(陰極)注入任何電子。
圖3b說明接通電源0.3s以后的情形?？梢郧宄乜吹?，負離子在朝著第一電極8(陽極)緩慢地移動，正離子在朝著第二電極9(陰極)緩慢地移動。圖3c說明接通電源0.95s以后，也就是剛好在交流電的極性翻轉(zhuǎn)之前的情形?？梢钥匆姡撾x子已經(jīng)朝著第一電極8(陽極)移動了一段距離，但是沒有任何負離子真的在陽極上聚集，因此，沒有將任何空穴注入到發(fā)光層10。與此相對應(yīng)，在第二電極9(陰極)上沒有任何正離子聚集，因此也沒有任何電子注入。在缺少空穴和電子注入的情況下，不發(fā)射任何光。
圖3d說明接通電源1.05s，也就是極性剛好翻轉(zhuǎn)以后的情況。負離子已經(jīng)開始緩慢地朝著第二電極9(此時是陽極)移動，正離子則已經(jīng)開始緩慢地朝著第一電極8(此時是陰極)移動。如同圖3a～3d所說明的一樣，在攝氏25度的情況下，填充物中離子的移動如此之慢，以致于在交流電改變電壓極性之前，在陽極和陰極上都沒有足夠的負離子和正離子聚集，這個離子移動過程是一個有限擴散過程。因此在攝氏25度的時候不發(fā)射任何光。
在參考圖4a～4d描述的實例中，底面2的表面13溫度是攝氏90度。
圖4a說明剛剛接通電源那一瞬間的情形。交流電源給第一電極8提供正電荷，使它成為陽極，給第二電極9提供負電荷，使它成為陰極。用(-)表示的負離子和用(+)表示的正離子此時仍然是成雙成對。
圖4b說明接通電源0.3s以后的情形。由于溫度升高以后填充物中離子的高遷移率，此時在第一電極8(陽極)已經(jīng)有相當多的負離子聚集，在第二電極9(陰極)已經(jīng)有相當多的正離子聚集。由于離子的聚集，在電極處形成了很大的離子密度梯度，在陽極有空穴H注入，在陰極處有電子e注入。在發(fā)光層10中，電子e和空穴H復(fù)合，發(fā)射出光，在圖4b中用箭頭L表示。
圖4c說明接通電源0.95s以后，也就是剛好在交流電壓的極性要翻轉(zhuǎn)的時候的情形。可以看到，在第一電極8(陽極)上有大量負離子聚集，在第二電極9(陰極)上有大量正離子聚集。因此在相應(yīng)電極8、9上形成的很大的離子梯度分別導(dǎo)致有效的空穴H注入和電子e注入，因此電化學電池4發(fā)射出大量的光L。
圖4d說明接通電源1.05s，也就是極性剛好翻轉(zhuǎn)以后的情況。負離子已經(jīng)開始向第二電極9(現(xiàn)在是陽極)快速運動，正離子已經(jīng)開始向第一電極8(現(xiàn)在是陰極)快速運動。在第二電極9(陽極)有足夠的負離子聚集，在第一電極8(陰極)有足夠的正離子聚集的時候，將再次開始發(fā)光。因此，發(fā)光電化學電池將在向前、向后工作周期中發(fā)光。如圖4a～4d所示，在攝氏90度的時候，填充物中離子的移動如此之快，以致于在交流電源改變了電壓極性以后，立即就有足夠的負離子和正離子分別在陽極和陰極聚集。因此在攝氏90度溫度的表面13上，溫度指示器1發(fā)射出閃光，從而警告熨斗3的用戶底面2很燙，應(yīng)該小心不要去碰底面2。
圖5說明不同溫度下發(fā)光電化學電池的電致發(fā)光EL。交流電源為發(fā)光電化學電池提供+/-3V的電壓V，以1Hz的恒定頻率改變極性。在攝氏25度的情況下填充物中離子的移動太慢，不能在相應(yīng)電極上聚集足夠多的離子，因此不發(fā)射任何光。在攝氏60度的時候，填充物中的離子移動得相當快，因此在切換極性大約0.5s以后開始發(fā)光。光的發(fā)射繼續(xù)下去，強度逐漸增大，持續(xù)大約0.5s，直到極性再次切換。在攝氏90度的時候，離子移動得如此之快，以致于幾乎是電壓的極性一切換，就聚集了足夠多的離子。如圖5所示，在攝氏60度的時候，溫度指示器發(fā)出閃光，其中0.5s的黑暗期后面跟著0.5s的發(fā)光期。用戶能夠很容易地看見閃光，因此能夠降低錯過高溫警告的風險。在更高的溫度下，比如攝氏90度，黑暗期幾乎完全消失，只有在開始有一個很短時間段光強度稍低。于是，溫度指示器不僅指示這個表面很燙，還能夠給出這個表面實際溫度高低的指示。
根據(jù)發(fā)光層的厚度，填充物和離子的類型調(diào)整交流電源的頻率，使得溫度超過期望值也就是門限溫度的時候，讓它發(fā)出光。例如，如果需要僅僅在溫度達到攝氏70度或者更高的時候才發(fā)光，也就是說門限溫度是攝氏70度，那么可以將交流電源的頻率從1Hz調(diào)整到例如3Hz。在這種情況下，在攝氏60度下離子的聚集不足以發(fā)出光。作為提高頻率的一個替換方案，還可以讓發(fā)光層更厚，將填充物材料換成其中的離子移動得更慢和/或?qū)㈦x子換成移動得更慢的離子。因此，有幾種方式來提供在所期望的門限溫度發(fā)出光的溫度指示器。
在底面2的表面13上沒有均勻溫度的情況下，這個發(fā)光電化學電池4的發(fā)光也會不均勻。于是，具有高溫例如攝氏90度的部分表面會導(dǎo)致覆蓋表面13的這一部分的發(fā)光電化學電池4發(fā)出多少比較穩(wěn)定的光，而表面13具有較低溫度例如攝氏60度的另一部分則會導(dǎo)致覆蓋表面13的這一部分的發(fā)光電化學電池4發(fā)出閃光。這樣，這個電器的用戶就能夠看見表面13中哪一些部分具有最高溫度，哪一些部分具有較低溫度。于是，這種發(fā)光電化學電池4具有表明表面上局部熱點存在的額外優(yōu)點。
如圖1所示，可以為溫度指示器提供交流電壓頻率調(diào)制器7。利用這樣一個調(diào)制器7，最終用戶能夠在一定的限度內(nèi)設(shè)置開始發(fā)光的溫度。
形成上述溫度指示器1的時候，首先通過在兩個電極之間夾一個發(fā)光層來形成發(fā)光電化學電池，包括其中具有離子的填充物。發(fā)光電化學電池本身可以用公知的技術(shù)來制造，比如US 5,682,043中描述的，在第一電極上涂敷聚合物材料和鹽溶液，讓這一聚合物固化，在第一電極上形成發(fā)光層，隨后將第二電極沉積到這個發(fā)光層上去。根據(jù)本發(fā)明，可以將這兩個電極隨后連接到交流電源，最后調(diào)整交流電源的頻率，從而當這個發(fā)光電化學電池被加熱到超過特定溫度的時候，開始發(fā)出光。
圖6是一個剖面圖，它示意性地說明本發(fā)明第二實施例中的一個溫度指示器101。這個溫度指示器101與外面有把手106的家用烤箱門103的窗口102的外表面113附著在一起。這個溫度指示器101包括具有薄疊層形狀的發(fā)光電化學電池104，適合于用低頻交流電驅(qū)動發(fā)光電化學電池104的交流電源105。交流電源105與烤箱的主電源系統(tǒng)(圖1中沒有畫出)連接。給電源105供電的一種優(yōu)選方式是烤箱一加電就自動給電源105供電，并且在烤箱的控制被放到“攝氏0度”以后，讓這個電源105維持有電狀態(tài)一段時間，例如30分鐘。
這個發(fā)光電化學電池104包括第一電極108、第二電極109和夾在這兩個電極108、109之間的發(fā)光層110。交流電源105利用第一觸頭111和第二觸頭112分別給兩個電極108、109供電。
第一電極108和第二電極109都是利用至少部分透明的電極材料制作的，比如氧化銦錫(ITO)。也可以使用其它透明電極材料。發(fā)光層110也是用至少部分透明的材料制作的，最好是透明聚合物材料。整個發(fā)光電化學電池104都使用至少部分透明的材料會使得整個發(fā)光電化學電池104都透明，從而使用戶能夠通過發(fā)光電化學電池104看過去，通過窗口102看見烤箱內(nèi)的情況。
當烤箱窗口102變熱時，它將熱量傳送到發(fā)光電化學電池104，發(fā)光電化學電池104則根據(jù)設(shè)定的交流電源105的頻率，在門限溫度開始發(fā)光來提醒用戶，還有小孩和寵物，告訴他們烤箱窗口102很燙，不能觸摸。
作為發(fā)光電化學電池104覆蓋整個窗口102的一個替換方案，如圖6所示，還可以將發(fā)光電化學電池設(shè)計成只覆蓋烤箱窗口的一部分，例如，發(fā)光電化學電池形成窗口外面四周的一個框。
圖7是一個頂視圖，它說明另一個發(fā)光電化學電池204。圖8中的剖面圖所說明的發(fā)光電化學電池204與圖2中的電池4非常相似，因此，這個發(fā)光電化學電池204具有第一電極208、第二電極209以及夾在電極208和209之間的發(fā)光層210。第二電極209附著在熨斗底面202的表面213上(圖7中沒有畫出)。圓柱形熱觸頭214從底面202通過發(fā)光電化學電池204。這些觸頭214的目的是改善熱量從底面202向要熨燙的衣服的傳遞。這樣，觸頭214減弱了電池204的絕緣效果，從而能夠使用更厚的電池204而不會影響熨斗的功能。熱觸頭214通過用電絕緣材料(比如非導(dǎo)電聚合物)制作的套子215與發(fā)光電化學電池204實現(xiàn)電絕緣。
圖9是一個頂視圖，它說明另一個發(fā)光電化學電池304。這個發(fā)光電化學電池304和圖7和8所示的電池204類似，只有電池304有棒形熱觸頭314通過第一電極308、發(fā)光層和第二電極(圖9中沒有畫出后面兩個)，并且通過絕緣套315與電池304電絕緣除外。
在圖7～9所示的實施例中示出了熱觸頭。作為一種替換方案，為了讓用戶能夠透過發(fā)光電化學電池看過去，發(fā)光電化學電池可以是有孔的。這樣一個電池可以用于圖6所示的溫度指示器，以便更加容易地看見烤箱內(nèi)發(fā)生的情況。這種發(fā)光電化學電池里的孔可以用玻璃珠填充，通過這些玻璃珠，用戶能夠看見烤箱里面。
顯然，在后面的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)，上述實施例有許多變形。
例如，可以設(shè)計出在不同的溫度開始發(fā)光的溫度指示器。在家用電器中，主要風險是人的燒傷。因此，最好讓溫度指示器在大約50～80攝氏度的時候發(fā)光，也就是在有可能對人和動物造成燒傷的溫度開始發(fā)光。在工業(yè)應(yīng)用中，可以根據(jù)其它情況來判斷應(yīng)該開始發(fā)光的溫度，比如要避免水燒開，在這種情況下，溫度指示器應(yīng)該在略低于攝氏100度的時候開始發(fā)光。
可以選擇溫度指示器發(fā)出的光的顏色來適合實際需要來。在需要高溫報警的應(yīng)用中，最好是發(fā)出紅光或橘紅色光。這一點可以通過選擇填充物的材料和/或離子，讓它們發(fā)出紅光來做到。作為另一個選擇，可以將發(fā)光層和/或電極與紅色染料混合，從而使得一開始發(fā)出的白色或黃色光被看成紅色光。還可以根據(jù)要讓溫度指示器給出什么樣的信息，來使用其它顏色，比如綠色和藍色。此外，還可以將發(fā)光電化學電池與濾色片結(jié)合起來使用，以獲得所需要的顏色。
上面描述的溫度指示器是用于進行高溫報警。當然還可以將這一溫度指示器用于指示已經(jīng)達到所需要的溫度。一個實例是熱水器，可以將其中的溫度指示器調(diào)整為達到所需要的溫度(比如攝氏100度)時開始發(fā)光。還可以將幾個溫度指示器結(jié)合起來使用。將一個溫度指示器設(shè)計成當溫度超過攝氏60度的時候發(fā)出橘紅色的光，以發(fā)出熱水器已經(jīng)熱了的警告。將第二個溫度指示器設(shè)計成在溫度達到攝氏100度的時候發(fā)出綠光，以表明水已經(jīng)可以用了。第三個溫度指示器在溫度超過攝氏110度的時候發(fā)出紅光，表明熱水器已經(jīng)燒干了。還可以將溫度指示器設(shè)計成指示熱水器的哪些部分已經(jīng)熱了。
為了讓溫度指示器防電、防機械劃痕或者防水，可以給它做一薄層保護性的頂部涂層，比如在第一電極上薄的聚合物層，甚至將整個發(fā)光電化學電池完全密封。
交流電源的頻率要適合于開始發(fā)光的實際溫度和實際的發(fā)光電化學電池。在大多數(shù)情況下，已經(jīng)證明0.5～10Hz的頻率能夠給溫度指示器以足夠快的響應(yīng)和足夠高的可見度。但是，根據(jù)所使用的材料，發(fā)光電化學電池的幾何形狀等等，可用頻率范圍也可以擴展到更高值，比如高達100Hz。
上面已經(jīng)描述了如何將本發(fā)明的溫度指示器附著在熨斗底面或者烤箱門的窗口或者熱水器上?？梢愿街鴾囟戎甘酒鞯募矣秒娖鞯钠渌鼘嵗ǎ幌抻?，散熱器、電爐、熱水管、烤面包機、油炸鍋和華夫餅干模子。
總之，用于在表面上指示高溫的溫度指示器包括發(fā)光電化學電池，該發(fā)光電化學電池具有第一電極、第二電極以及夾在這兩個電極之間的發(fā)光層。這個發(fā)光層包括填充物和能夠在這個填充物中移動的離子，所述填充物中離子的移動性與溫度有關(guān)。電源給發(fā)光電化學電池提供交流電。交流電的頻率被調(diào)整為高于特定溫度的時候，離子在填充物中移動得足夠快，在發(fā)光電化學電池中產(chǎn)生足夠的電荷梯度，使得發(fā)光電化學電池在交流電源改變電壓極性之前發(fā)光。
權(quán)利要求
1.一種溫度指示器(1，101)，用于設(shè)置在表面(13，113)上，用于提供該表面(13，113)的溫度的直觀指示，該溫度指示器(1，101)包括發(fā)光電化學電池(4，104)，該發(fā)光電化學電池(4，104)具有第一電極(8，108)、第二電極(9，109)以及位于這兩個電極(8，9；108，109)之間的發(fā)光層(10，110)，還包括填充物以及能夠在該填充物中移動的離子，該填充物中所述離子的移動性與溫度有關(guān)，該溫度指示器(1，101)還包括電源(5，105)，用于利用交流電驅(qū)動所述發(fā)光電化學電池(4，104)，將該交流電的頻率調(diào)整為當所述表面(13，113)的溫度超過特定溫度的時候，所述發(fā)光電化學電池(4，104)發(fā)光。
2.如權(quán)利要求1所述的溫度指示器，其中所述電極(8，9；108，109)和所述發(fā)光層(10，110)形成一個薄疊層，所述第一電極(8，108)和所述第二電極(109)中的至少一個是用透明材料制作的，從而使所述電化學電池(4，104)發(fā)出的光能夠透過所述至少一個電極(8；108，109)。
3.如權(quán)利要求2所述的溫度指示器，其中所述第一電極(8，108)是用透明材料制作的，所述第二電極(9，109)與所述表面(13，113)接觸，從而使熱量從所述表面(13，113)通過所述第二電極(9，109)到達所述發(fā)光層(10，110)，所述發(fā)光電化學電池(4，104)發(fā)出的光透過所述第一電極(8，108)。
4.如權(quán)利要求2～3中任意一個所述的溫度指示器，其中兩個電極(108，109)和所述發(fā)光層(110)是基本上透明的。
5.如以上權(quán)利要求中任意一個所述的溫度指示器，其中所述發(fā)光層(10，110)的填充物包括有機材料。
6.如權(quán)利要求5所述的溫度指示器，其中所述發(fā)光層(10，110)的填充物包括聚合物材料。
7.如以上權(quán)利要求中任意一個所述的溫度指示器，其中所述溫度指示器(1)包括交流電頻率調(diào)制器(7)，用于調(diào)整要開始發(fā)光的表面溫度。
8.如以上權(quán)利要求中任意一個所述的溫度指示器，其中將所述交流電的頻率調(diào)整為使得所述電化學發(fā)光電池(4，104)在表面溫度處于50～80攝氏度的范圍內(nèi)的時候開始發(fā)光。
9.如以上權(quán)利要求中任意一個所述的溫度指示器，其中所述發(fā)光電池(4，104)的總厚度(x)小于1毫米。
10.如以上權(quán)利要求中任意一個所述的溫度指示器，其中所述溫度指示器(1，101)用于覆蓋電器(3，103)的基本上整個有可能發(fā)熱的表面(13，113)，該溫度指示器(1，101)指示所述表面的哪些部分是熱的。
11.如以上權(quán)利要求中任意一個所述的溫度指示器，其中所述發(fā)光電化學電池(204，304)有通過所述發(fā)光電化學電池(204，304)延伸的熱觸頭(214，314)，這些熱觸頭(214，314)用于使熱量通過所述電池(204，304)。
12.一種形成溫度指示器(1，101)的方法，該溫度指示器(1，101)設(shè)置在表面(13，113)上，用于提供該表面(13，113)的溫度的直觀指示，該方法包括以下步驟提供發(fā)光電化學電池(4，104)，該發(fā)光電化學電池(4，104)具有第一電極(8，108)、第二電極(9，109)以及位于這兩個電極(8，9；108，109)之間的發(fā)光層(10，110)，還包括填充物以及能夠在該填充物中移動的離子，該填充物中所述離子的移動性取決于溫度，將交流電源(5，105)與所述發(fā)光電池(4，104)的電極(8，9；108，109)連接，以及將該交流電的頻率調(diào)整為當加熱到超過特定溫度的時候，所述電化學電池(4，104)發(fā)光。
13.一種家用電器，已經(jīng)在它的表面(13，113)上應(yīng)用了如權(quán)利要求1～11中任意一個所述的溫度指示器(1，101)。
全文摘要
一種溫度指示器(1)，用于指示表面(13)的高溫。該溫度指示器(1)包括發(fā)光電化學電池(4)，該發(fā)光電化學電池(4)具有第一電極(8)、第二電極(9)以及夾在這兩個電極(8，9)之間的發(fā)光層(10)。該發(fā)光層(10)包括填充物以及能夠在該填充物中移動的離子，該填充物中離子的移動性與溫度有關(guān)。電源(5)利用交流電驅(qū)動發(fā)光電池(4)。將該交流電的頻率調(diào)整為當溫度超過特定溫度的時候，填充物中的離子移動得足夠快，在發(fā)光電化學電池(4)中產(chǎn)生足夠的電荷梯度，使得所述發(fā)光電化學電池(4)在交流電(5)改變電壓極性之前發(fā)光。
文檔編號G01K11/12GK101040175SQ200580034813
公開日2007年9月19日 申請日期2005年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
發(fā)明者愛德華·J.·邁耶爾, 拉爾夫·庫爾特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司