專利名稱：熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法及無擾溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度傳感器。特別是涉及一種制作工藝簡單，成本低，線徑小，探 頭體積小，具有很好的柔韌性的熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法及無擾溫度傳感器。
背景技術(shù)：
隨著微波加熱技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，微波場下的溫度測量提出了越來越高的 要求，特別是在微波熱療技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用中，準(zhǔn)確度和抗干擾性成了必須解 決的兩個難題。微波治療儀具有很好的治療效果，是一種很有前途的治療方法。微波治療就是利用 微波輻射對腫瘤組織的熱效應(yīng)達(dá)到殺死腫瘤細(xì)胞的目的，治療腫瘤的理想溫度是43T:。 溫度是殺死腫瘤細(xì)胞的關(guān)鍵因素，在(42士1)'C下，可引起細(xì)胞存活率的成倍變化，臨 床要求測溫精度應(yīng)該在土0.2'C之內(nèi)。所以，精確定量加溫技術(shù)與測溫技術(shù)是微波熱療 提高療效的關(guān)鍵技術(shù)問題，而精確的溫度測量是進(jìn)行精確控溫的基本前提，溫度測量要 求精度高、響應(yīng)快、具有良好的穩(wěn)定性和抗電磁干擾的能力。在中國微波熱療儀采用的測溫傳感器有熱電偶、高阻導(dǎo)線熱敏電阻、紅外測溫儀、 光纖溫度傳感器等。若傳感器探頭和傳輸線都采用導(dǎo)體，在微波場中會受到微波的干擾， 測量溫度時要產(chǎn)生誤差， 一般應(yīng)進(jìn)行停機(jī)測溫。這就影響到治療的連續(xù)性，并且關(guān)機(jī)期 間溫度會有所變化而引起測溫不準(zhǔn)。紅外測溫儀測溫時要受物體發(fā)射率、氣霧的影響， 并且測溫視場小，使用起來不太便捷。超聲波測溫技術(shù)、光纖溫度傳感器造價昂貴，有 待進(jìn)一歩開發(fā)研究，限制了它們在微波場測溫中的推廣應(yīng)用。國際上公認(rèn)的高阻抗介質(zhì)導(dǎo)線——熱敏電阻測溫探頭，如Bowman探頭、BSD公司的測 溫探頭等，成功地解決了電磁場環(huán)境下引線的自加熱效應(yīng)和電磁輻射產(chǎn)生的干擾問題， 同時采用計算機(jī)控制技術(shù)，對溫度傳感器進(jìn)行自動校準(zhǔn)，大大提高了測溫的準(zhǔn)確性和可 靠性。目前在中國對高阻抗介質(zhì)導(dǎo)線也有很多研究和應(yīng)用，例如天津大學(xué)研制的光學(xué)纖維 基體高阻導(dǎo)線、耐溫塑料介質(zhì)高阻導(dǎo)線等。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種制作工藝簡單，成本低，線徑小，探頭體 積小，具有很好的柔韌性，便于與微波輻射器一起安裝的熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器 制作方法及無擾溫度傳感器。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法及無擾溫 度傳感器。其中，熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法，包括有如下步驟 第一步首先制作碳纖維材料，然后用制成的碳纖維材料制作碳纖維束； 第二步對碳纖維束的表面進(jìn)行處理，制成碳纖維引線；第三步將制成的碳纖維引線的一端與熱敏電阻進(jìn)行粘接v將碳纖維引線另一端與 銅導(dǎo)線粘接；第四步對碳纖維引線與熱敏電阻引腳的粘接點和碳纖維引線與銅導(dǎo)線的粘接點進(jìn) 行表面處理；第五步封裝。所述的制作碳纖維材料，是將基材聚丙烯腈基在900 120(TC高溫下的惰性氣體中碳化，并調(diào)節(jié)含碳量為50 70%，制成PAN型碳纖維材料。所述的制作碳纖維束，是將PAN型碳纖維材料制成碳纖維絲，并用制成的碳纖維絲 組成直徑為0. 1 0. 3mm、長度為18 22cm的碳纖維束。所述的對碳纖維束的表面進(jìn)行處理，制成碳纖維引線，是對每條碳纖維束涂上一層 絕緣漆后，先將碳纖維束固定好，放入高溫箱內(nèi)，在160 200'C下加熱15 30分鐘，取 出，測量碳纖維束表面的絕緣情況，如果絕緣達(dá)不到設(shè)定的要求，再涂上一層絕緣漆。所述的將制成的碳纖維引線與熱敏電阻進(jìn)行粘接，用碳黑粉未、合成樹脂、甲苯或 甲基異丁酮按1:1:1至1:5:5的比例配比，經(jīng)研磨成導(dǎo)電碳漿，然后用碳漿將熱敏電阻 的引腳與碳纖維引線的一端粘在一起，將碳纖維引線的另一端與銅導(dǎo)線粘在一起，并放 入高溫箱中，在115 13(TC下加熱15 30分鐘，使碳聚合。所述的熱敏電阻的引腳的長度為2—3mm。所述的對碳纖維引線與熱敏電阻引腳的粘接點及碳纖維引線與銅導(dǎo)線的粘接點進(jìn)行 表面處理，是在碳纖維引線與熱敏電阻引腳的粘接點表面及碳纖維引線與銅導(dǎo)線的粘接 點表面涂上一層絕緣漆，然后將碳纖維引線和熱敏電阻及銅導(dǎo)線一起固定好，放入高溫 箱內(nèi)，在115 130'C下加熱15 30分鐘后，測量粘接點表面的絕緣情況，如果絕緣達(dá)不 到設(shè)定的要求，再涂上一層絕緣漆。所述的封裝，是在高阻導(dǎo)線外加套一層保護(hù)套管來提高線的強(qiáng)度，套管的端口用硅 膠封住，其套管的一端只將熱敏電阻的頭部露出，另一端只露出與高阻導(dǎo)線相連的四根 銅導(dǎo)線。采用熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法制作的無擾溫度傳感器，包括有熱敏電 阻和運(yùn)算放大器，所述的熱敏電阻兩只引腳的每只引腳上連接兩根碳纖維高阻導(dǎo)線，其 中，分別與熱敏電阻兩只引腳相連的兩根碳纖維高阻導(dǎo)線的另一端又分別通過銅導(dǎo)線連 接運(yùn)算放大器的兩個輸入管腳，而運(yùn)算放大器的輸出端為溫度傳感器的輸出端，與熱敏 電阻兩只引腳相連的另外兩根碳纖維高阻導(dǎo)線的另一端分別通過銅導(dǎo)線連接恒流源以及 接地；在四根碳纖維高阻導(dǎo)線的外部還套有保護(hù)套，所述的保護(hù)套的兩端為密封結(jié)構(gòu)， 其中一端露出有熱敏電阻，另一端露有與恒流源、運(yùn)算放大器連接的以及接地的銅導(dǎo)線。 本發(fā)明的熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法及無擾溫度傳感器，采用新型材料 碳纖維制作高阻導(dǎo)線，用此高阻導(dǎo)線作為熱敏電阻的信號引出線，制作出高阻導(dǎo)線—— 熱敏電阻溫度傳感器，在微波熱療中進(jìn)行無擾測溫，從而具有如下優(yōu)點1、 避免了在微波近場中，測溫探頭引線產(chǎn)生感應(yīng)電流，直接成為干擾信號。2、 避免了感應(yīng)電流在探頭及導(dǎo)線上產(chǎn)生歐姆熱，使其自身溫度升高，引起測量誤差。3、 新型材料碳纖維高阻導(dǎo)線，制作工藝簡單，成本低，線徑小，探頭體積小，具有 很好的柔韌性，便于與微波輻射器一起安裝。


圖1是本發(fā)明的無擾溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。 其中1:熱敏電阻 2:粘接點3:高阻導(dǎo)線 4:保護(hù)套5:粘接點 6:銅導(dǎo)線7:恒流源 8:運(yùn)算放大器具體實施方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法及無擾溫 度傳感器。本發(fā)明的熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法及無擾溫度傳感器，采用了高靈敏 度微型NTC熱敏電阻作為感溫元件，采用新型材料碳纖維制作高阻導(dǎo)線，用此高阻導(dǎo)線 作為熱敏電阻的信號引出線，制作出高阻導(dǎo)線——熱敏電阻溫度傳感器，在微波熱療中 進(jìn)行無擾測溫，成功解決微波熱療中的測溫技術(shù)難題，制作出測溫精度高、穩(wěn)定性好、 抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好、體積小、成本低的新型測溫探頭。本發(fā)明的高阻導(dǎo)線無擾溫度傳感器制作方法，包括有如下步驟 第一步首先制作碳纖維材料，然后用制成的碳纖維材料制作碳纖維束，所述的制作碳纖維材料，是將基材聚丙烯腈基(Polyacrylonitrile)在900 1200 'C高溫下的惰性氣體中碳化，并調(diào)節(jié)含碳量為50 70%，制成PAN型碳纖維材料。這種 PAN基碳纖維材料具有高剛性、高強(qiáng)度模量高達(dá)2-7Gpa、 一定的導(dǎo)電性電阻率8 Q. cm、 耐疲勞，使用壽命長、具有屏蔽電磁波的功能等優(yōu)點。所述的制作碳纖維束，是將PAN型碳纖維材料制成碳纖維絲，并用制成的碳纖維絲 組成直徑為0. 1 0. 3mm、長度為18 22cm的碳纖維束。 0.2mm，長度為20cm的碳纖維束。第二歩對碳纖維束的表面進(jìn)行處理，制成碳纖維引線。所述的對碳纖維束的表面進(jìn)行處理，制成碳纖維引線，是先對每條碳纖維束涂上極 薄的一層絕緣漆后，先將碳纖維束固定好，放入高溫箱內(nèi)，在160 20(TC下加熱15 30 分鐘，取出，測量碳纖維束表面的絕緣情況，如果絕緣達(dá)不到設(shè)定的要求，再涂上一層 絕緣漆。本實施例是在4條碳纖維束表面涂上極薄的一層絕緣漆，然后將碳纖維束固定好， 放入高溫箱內(nèi)，在18(TC下加熱20分鐘，取出，測量碳纖維束表面的絕緣情況，如果絕 緣達(dá)不到設(shè)定的要求，再處理一次，制成4顆碳纖維引線。第三步將制成的碳纖維引線的一端與熱敏電阻進(jìn)行粘接，將碳纖維引線的另一端 與銅導(dǎo)線粘接；所述的將制成的碳纖維引線與熱敏電阻進(jìn)行粘接，用碳黑粉未、合成樹脂(環(huán)氧樹 脂與酚醛樹脂按l: l合成)、甲苯(或甲基異丁酮)按1:1:1至1:5:5的比例配比，經(jīng) 長時間研磨成導(dǎo)電碳漿，并使熱敏電阻的引腳的長度為2—3mm。然后用碳漿將熱敏電阻 的引腳與碳纖維引線的一端粘在一起，將碳纖維引線的另一端與銅導(dǎo)線粘在一起，并放 入高溫箱中，在115 13(TC下加熱15 30分鐘，使碳聚合。這樣，既保證了熱敏電阻的 引腳與碳纖維引線之間以及碳纖維引線與銅導(dǎo)線之間具有良好的導(dǎo)電性，又有一定的強(qiáng) 度。本實施例是在12(TC下加熱20分鐘使碳聚合。所述的對碳纖維引線與熱敏電阻引腳的粘接點及碳纖維引線與銅導(dǎo)線的粘接點進(jìn)行 表面處理，是在碳纖維引線與熱敏電阻引腳的粘接點表面及碳纖維引線與銅導(dǎo)線的粘接 點表面涂上極薄的一層絕緣漆，然后將碳纖維引線和熱敏電阻及相連的銅導(dǎo)線一起固定 好，放入高溫箱內(nèi)，在115 13(TC下加熱15 30分鐘后，測量粘接點表面的絕緣情況， 如果絕緣達(dá)不到設(shè)定的要求，再涂上一層絕緣漆。經(jīng)過上述的反復(fù)2-3次的高溫處理，可以保證高阻導(dǎo)線阻值的穩(wěn)定和4條高阻導(dǎo)線 間的彼此絕緣。由此法制作的每根高阻導(dǎo)線的電阻值約為500kQ左右。第五步封裝。所述的封裝，是在高阻導(dǎo)線外加套一層保護(hù)套管來提高線的強(qiáng)度，套管的端口用硅 膠封住，其套管的一端只將熱敏電阻的頭部露出，另一端只露出與高阻導(dǎo)線相連的四根 銅導(dǎo)線6。如圖1所示，采用本發(fā)明的熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法制作的無擾溫度 傳感器，包括有熱敏電阻1和運(yùn)籌放大器8，所述的熱敏電阻1兩只引腳的每只引腳上連 接兩根碳纖維高阻導(dǎo)線3，其中，分別與熱敏電阻1兩只引腳相連的兩根碳纖維高阻導(dǎo)線 3的另一端又分別通過銅導(dǎo)線6連接運(yùn)算放大器8的兩個輸入管腳，而運(yùn)算放大器8的輸 出端為溫度傳感器的輸出端，與熱敏電阻1兩只引腳相連的另外兩根碳纖維高阻導(dǎo)線3 的另一端分別通過銅導(dǎo)線6連接恒流源7以及接地；在四根碳纖維高阻導(dǎo)線3的外部還
套有保護(hù)套4，所述的保護(hù)套4的兩端為密封結(jié)構(gòu)，其中一端露出有熱敏電阻l，另一端 露有與恒流源7、運(yùn)算放大器8連接的以及接地的銅導(dǎo)線6。對碳纖維高阻導(dǎo)線溫度傳感器與PE膜(耐溫塑料介質(zhì))高阻導(dǎo)線溫度測頭進(jìn)行了對 比實驗，實驗數(shù)據(jù)表明前者具有很好的抗干擾能力和較高的測溫準(zhǔn)確度，幾乎不受微波 干擾，測溫精度可達(dá)o. rc，明顯高于后者，并且穩(wěn)定性極高，長時間波動很小，可以用 于臨床實驗。在微波熱療時，預(yù)先通過X光等方式確定病灶部位，以碳纖維高阻導(dǎo)線與微型熱敏 電阻構(gòu)成的溫度傳感器探頭放在預(yù)定測溫點，可以是身體表面，也可以植入體腔內(nèi)，并 采取適當(dāng)?shù)姆绞蕉ㄎ?，用微波熱療機(jī)對病灶進(jìn)行加熱治療，此測溫探頭可以實現(xiàn)精確無 擾測溫，從而大大提高微波熱療的效果。在WF02型微波熱療機(jī)上配用此種溫度傳感器測溫探頭，通過臨床實驗再次表明，探 頭具有很好的抗干擾能力和較高的測溫準(zhǔn)確度，系統(tǒng)長期工作穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠，在微波 熱療的臨床應(yīng)用中具有很好的效果。
權(quán)利要求
1.一種熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法，其特征在于，包括有如下步驟第一步首先制作碳纖維材料，然后用制成的碳纖維材料制作碳纖維束；第二步對碳纖維束的表面進(jìn)行處理，制成碳纖維引線；第三步將制成的碳纖維引線的一端與熱敏電阻進(jìn)行粘接，將碳纖維引線另一端與銅導(dǎo)線粘接；第四步對碳纖維引線與熱敏電阻引腳的粘接點和碳纖維引線與銅導(dǎo)線的粘接點進(jìn)行表面處理；第五步封裝。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法，其特征在于，所 述的制作碳纖維材料，是將基材聚丙烯腈基在900 120(TC高溫下的惰性氣體中碳化，并 調(diào)節(jié)含碳量為50 70%，制成PAN型碳纖維材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法，其特征在于，所 述的制作碳纖維束，是將PAN型碳纖維材料制成碳纖維絲，并用制成的碳纖維絲組成直 徑為0. 1 0. 3mm、長度為18 22cm的碳纖維束。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法，其特征在于，所 述的對碳纖維束的表面進(jìn)行處理，制成碳纖維引線，是對每條碳纖維束涂上一層絕緣漆 后，先將碳纖維束固定好，放入高溫箱內(nèi)，在160 20(TC下加熱15 30分鐘，取出，測 量碳纖維束表面的絕緣情況，如果絕緣達(dá)不到設(shè)定的要求，再涂上一層絕緣漆。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法，其特征在于，所 述的將制成的碳纖維引線與熱敏電阻進(jìn)行粘接，用碳黑粉未、合成樹脂、甲苯或甲基異 丁酮按1:1:1至1:5:5的比例配比，經(jīng)研磨成導(dǎo)電碳漿，然后用碳漿將熱敏電阻的引腳 與碳纖維引線的一端粘在一起，將碳纖維引線的另一端與銅導(dǎo)線粘在一起，并放入高溫 箱中，在115 13(TC下加熱15 30分鐘，使碳聚合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法，其特征在于，所 述的熱敏電阻的引腳的長度為2—3隱。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法，其特征在于，所 述的對碳纖維引線與熱敏電阻引腳的粘接點及碳纖維引線與銅導(dǎo)線的粘接點進(jìn)行表面處 理，是在碳纖維引線與熱敏電阻引腳的粘接點表面及碳纖維引線與銅導(dǎo)線的粘接點表面 涂上一層絕緣漆，然后將碳纖維引線和熱敏電阻及銅導(dǎo)線一起固定好，放入高溫箱內(nèi)， 在115 13(TC下加熱15 30分鐘后，測量粘接點表面的絕緣情況，如果絕緣達(dá)不到設(shè)定 的要求，再涂上一層絕緣漆。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法，其特征在于，所 述的封裝，是在高阻導(dǎo)線外加套一層保護(hù)套管來提高線的強(qiáng)度，套管的端口用硅膠封住， 其套管的一端只將熱敏電阻的頭部露出，另一端只露出與高阻導(dǎo)線相連的四根銅導(dǎo)線(6)。
9. 一種采用熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法制作的無擾溫度傳感器，包括有 熱敏電阻(1)和運(yùn)算放大器(8)，其特征在于，所述的熱敏電阻(1)兩只引腳的每只 引腳上連接兩根碳纖維高阻導(dǎo)線(3)，其中，分別與熱敏電阻(1)兩只引腳相連的兩 根碳纖維高阻導(dǎo)線(3)的另一端又分別通過銅導(dǎo)線(6)連接運(yùn)算放大器(8)的兩個輸 入管腳，而運(yùn)算放大器(8)的輸出端為溫度傳感器的輸出端，'與熱敏電阻(1)兩只引 腳相連的另外兩根碳纖維高阻導(dǎo)線(3)的另一端分別通過銅導(dǎo)線(6)連接恒流源(7) 以及接地；在四根碳纖維高阻導(dǎo)線(3)的外部還套有保護(hù)套(4)，所述的保護(hù)套(4) 的兩端為密封結(jié)構(gòu)，其中一端露出有熱敏電阻(1)，另一端露有與恒流源(7)、運(yùn)算 放大器(8)連接的以及接地的銅導(dǎo)線(6)。
全文摘要
一種熱敏電阻高阻導(dǎo)線溫度傳感器制作方法及無擾溫度傳感器。方法制作碳纖維材料，并制作碳纖維束；對碳纖維束的表面進(jìn)行處理制成碳纖維引線；將碳纖維引線的一端與熱敏電阻進(jìn)行粘接，另一端與銅導(dǎo)線粘接；對碳纖維引線與熱敏電阻引腳及銅導(dǎo)線的粘接點進(jìn)行表面處理；封裝。無擾溫度傳感器是，熱敏電阻的每只引腳上連接兩根碳纖維高阻導(dǎo)線，碳纖維高阻導(dǎo)線的另一端分別通過銅導(dǎo)線連接運(yùn)算放大器的兩個輸入管腳、恒流源以及接地，而運(yùn)算放大器的輸出端為溫度傳感器的輸出端；在碳纖維高阻導(dǎo)線的外部還套有密封保護(hù)套熱敏電阻和與恒流源、運(yùn)算放大器連接的以及接地的銅導(dǎo)線露在外部。本發(fā)明制作工藝簡單，成本低，線徑小，探頭體積小，具有很好的柔韌性。
文檔編號G01K7/16GK101149295SQ20071006003
公開日2008年3月26日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者隋修武 申請人:天津工業(yè)大學(xué)