一種雙環(huán)形集成熱電堆傳感器的制造方法
【專利摘要】一種雙環(huán)形集成熱電堆傳感器，涉及溫度測量領(lǐng)域。包括呈同心環(huán)狀分布的內(nèi)環(huán)與外環(huán)，內(nèi)環(huán)與外環(huán)分別由多個熱電偶組成，熱電偶包括第一熱電極和第二熱電極，第一熱電極的一端與第二熱電極的一端相連接形成工作端，第一熱電極的另一端為冷端一，第二熱電極的另一端為冷端二，冷端一與冷端二相分離，第一熱電極與第二熱電極在同一襯底上呈V型或U型連接，熱電偶之間通過冷端相連接，各個熱電偶的工作端相較于其冷端靠近內(nèi)環(huán)圓心，外環(huán)熱電偶的工作端靠近與其最接近的內(nèi)環(huán)熱電偶的冷端。本發(fā)明能夠克服單環(huán)形熱電堆誤差大的缺點，大大提高測量精度與靈敏度，適用于進行非接觸溫度測量。
【專利說明】一種雙環(huán)形集成熱電堆傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非接觸式溫度測量領(lǐng)域，具體的說是涉及一種雙環(huán)形集成熱電堆傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]塞貝克效應，又稱作第一熱電效應，它是指由于兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。熱電偶是基于塞貝克效應研制的。熱電偶中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱為測量端)，另一端叫做冷端(也稱為補償端)；冷端作為電動勢引出端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。由于其耐用、價格低廉、操作簡便以及測溫范圍大，熱電偶被廣泛用作溫度傳感器，然而，靈敏度和精確度較低卻極大地制約了其使用范圍。將多個熱電偶串聯(lián)形成的熱電堆可以提高靈敏度及測量精度，但目前的熱電偶構(gòu)成的單環(huán)形熱電堆誤差較大，無法滿足實際操作中高靈敏度及高測量精度的測量要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高測量精度的雙環(huán)形集成熱電堆傳感器。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種雙環(huán)形集成熱電堆傳感器，包括呈同心環(huán)狀分布的內(nèi)環(huán)與外環(huán)，內(nèi)環(huán)與外環(huán)分別由多個熱電偶組成，所述熱電偶包括第一熱電極和第二熱電極，第一熱電極的一端與第二熱電極的一端相連接形成工作端，第一熱電極的另一端為冷端一，第二熱電極的另一端為冷端二，冷端一與冷端二相分離，第一熱電極與第二熱電極在同一襯底上呈V型或U型連接，熱電偶之間通過冷端相連接，各個熱電偶的工作端相較于其冷端靠近內(nèi)環(huán)圓心，外環(huán)熱電偶的工作端靠近與其最接近的內(nèi)環(huán)熱電偶的冷端。
[0005]具體的，內(nèi)環(huán)中的熱電偶通過冷端以串聯(lián)或分組串聯(lián)方式相連接。
[0006]具體的，外環(huán)中的熱電偶通過冷端以串聯(lián)或分組串聯(lián)方式相連接。
[0007]進一步的，內(nèi)環(huán)熱電偶的工作端分布在以環(huán)形圓心為圓心，半徑為外環(huán)半徑六分之一的圓形區(qū)域內(nèi)。
[0008]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，第一熱電極和第二熱電極為不同成分材質(zhì)的半導體材料或者導體材料。
[0009]優(yōu)選的，每個熱電偶的第一熱電極和第二熱電極分別采用P型材料和N型材料。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:采用雙環(huán)設計，通過計算內(nèi)環(huán)熱電偶的工作端與外環(huán)熱電偶的冷端之間的溫度差，實現(xiàn)溫度測量的目的，比單環(huán)形熱電堆測量溫度的相對誤差小，大大提高了測量精度與靈敏度，集成度高，實用性強。本發(fā)明適用于進行非接觸溫度測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明中V型熱電偶的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明中U型熱電偶的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本發(fā)明本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4是本發(fā)明本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5是本發(fā)明本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖6是本發(fā)明本發(fā)明實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]其中，I為第一熱電極，2為第二熱電極,a為冷端一，b為冷端二，c為工作端，e為襯底。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0019]本發(fā)明的一種雙環(huán)形集成熱電堆傳感器，包括呈同心環(huán)狀分布的內(nèi)環(huán)與外環(huán)，內(nèi)環(huán)與外環(huán)分別由多個熱電偶組成，所述熱電偶包括第一熱電極I和第二熱電極2，第一熱電極I的一端與第二熱電極2的一端相連接形成工作端c,第一熱電極I的另一端為冷端一a，第二熱電極2的另一端為冷端二 b，冷端一 a與冷端二 b相分離，第一熱電極I與第二熱電極2在同一襯底e上呈V型或U型連接，熱電偶之間通過冷端相連接，各個熱電偶的工作端c相較于其冷端靠近內(nèi)環(huán)圓心，外環(huán)熱電偶的工作端c能夠準確獲取與其最接近的內(nèi)環(huán)熱電偶冷端的溫度。
[0020]第一熱電極I與第二熱電極2在同一襯底上呈V型即組成V型熱電偶，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。第一熱電極I的一端與第二熱電極2的一端相連接形成工作端C (即熱點)，工作端c接收來自檢測對象的紅外信號，第一熱電極I的另一端為冷端一 a(即冷點)，第二熱電極2的另一端為冷端二 b,冷端作為溫度參考點一般接一個恒溫兀件。第一熱點極I和第二熱電極2為不同的材料，一般是半導體材料和導體材料?；诔杀竞蛯崿F(xiàn)效果考慮，第一熱點極I和第二熱電極2可采用P型材料和N型材料。
[0021]同理，第一熱電極I與第二熱電極2在同一襯底上呈U型即組成U型熱電偶，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，第一熱電極I的一端與第二熱電極2的一端相連接形成工作端C，工作端c接收來自檢測對象的紅外信號，第一熱電極I的另一端為冷端一 a，第二熱電極2的另一端為冷端二 b，冷端作為溫度參考點一般接一個恒溫元件。第一熱點極I和第二熱電極2為不同的材料，一般是半導體材料和導體材料?；诔杀竞蛯崿F(xiàn)效果考慮，第一熱點極I和第二熱電極2可采用P型材料和N型材料。
[0022]內(nèi)環(huán)與外環(huán)的熱電偶的數(shù)目可以相同，也可以不同。內(nèi)環(huán)熱電偶的工作端分布在距離內(nèi)環(huán)圓心很小的一部分區(qū)域內(nèi)，接受來自檢測對象的紅外感應信號；內(nèi)環(huán)熱電偶的冷端距離外環(huán)熱電偶的工作端很近，使得二者間距相對于整個熱電堆傳感器來說可以忽略不計，以便外環(huán)熱電偶的工作端能夠準確獲取與其最接近的內(nèi)環(huán)熱電偶冷端的溫度。而后分別通過內(nèi)環(huán)的電動勢引出端及外環(huán)的電動勢弓丨出端引出熱電動勢,并在次級測量結(jié)構(gòu)中再次運算才能得到整個熱電堆產(chǎn)生的熱電勢。
[0023]設單環(huán)熱電偶的溫度測量絕對誤差為Λ E，那么對于雙環(huán)形集成熱電堆傳感器來說，設內(nèi)環(huán)的溫度測量絕對誤差為AE1，外環(huán)的溫度測量絕對誤差為AE2，則二者串接時，單個熱電堆像素點的絕對誤差為

【權(quán)利要求】
1.一種雙環(huán)形集成熱電堆傳感器，其特征在于，包括呈同心環(huán)狀分布的內(nèi)環(huán)與外環(huán)，內(nèi)環(huán)與外環(huán)分別由多個熱電偶組成，所述熱電偶包括第一熱電極和第二熱電極，第一熱電極的一端與第二熱電極的一端相連接形成工作端，第一熱電極的另一端為冷端一，第二熱電極的另一端為冷端二，冷端一與冷端二相分離，第一熱電極與第二熱電極在同一襯底上呈V型或U型連接，熱電偶之間通過冷端相連接，各個熱電偶的工作端相較于其冷端靠近內(nèi)環(huán)圓心，外環(huán)熱電偶的工作端靠近與其最接近的內(nèi)環(huán)熱電偶的冷端。
2.如權(quán)利要求1所述的一種雙環(huán)形集成熱電堆傳感器，其特征在于，內(nèi)環(huán)中的熱電偶通過冷端以串聯(lián)或分組串聯(lián)方式相連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種雙環(huán)形集成熱電堆傳感器，其特征在于，外環(huán)中的熱電偶通過冷端以串聯(lián)或分組串聯(lián)方式相連接。
4.如權(quán)利要求3所述的一種雙環(huán)形集成熱電堆傳感器，其特征在于，內(nèi)環(huán)熱電偶的工作端分布在以環(huán)形圓心為圓心，半徑為外環(huán)半徑六分之一的圓形區(qū)域內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種雙環(huán)形集成熱電堆傳感器，其特征在于，第一熱電極和第二熱電極為不同成分材質(zhì)的半導體材料或者導體材料。
6.如權(quán)利要求1所述的一種雙環(huán)形集成熱電堆傳感器，其特征在于，每個熱電偶的第一熱電極和第二熱電極分別采用P型材料和N型材料。
【文檔編號】G01K7/12GK104132744SQ201410351507
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】喬明, 薛騰飛, 齊釗, 文帥, 張波 申請人:電子科技大學