一種熱電堆的制作方法
【專利摘要】一種熱電堆，涉及溫度測量領(lǐng)域。包括多個熱電偶，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，各個熱電偶通過冷端以串聯(lián)或分組串聯(lián)方式相連接。本發(fā)明中的熱電堆基于多個串聯(lián)或分組串聯(lián)的呈V型或U型熱電偶，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，集成度高，且能夠有效提高靈敏度及測量精度，便于使用，實(shí)用性強(qiáng)。本發(fā)明適用于進(jìn)行非接觸式溫度測量。
【專利說明】一種熱電堆

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及溫度測量領(lǐng)域，尤其是涉及一種熱電堆。

【背景技術(shù)】
[0002] 熱電偶的工作原理是基于熱電效應(yīng)，即塞貝克效應(yīng)（Seebeck effect)，它直接測 量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（次級測量儀表）轉(zhuǎn)換成被測介 質(zhì)的溫度。熱電偶包括兩個熱電極（即結(jié)點(diǎn)），兩個熱電極采用了不同的半導(dǎo)體材料或者 導(dǎo)體材料。熱電偶的輸出電壓取決于兩個結(jié)點(diǎn)的溫差，溫度較高的一個結(jié)點(diǎn)為工作端即溫 度傳感點(diǎn)或測試點(diǎn)，溫度較低的一結(jié)點(diǎn)為冷端即參考結(jié)點(diǎn)，參考結(jié)點(diǎn)通常處于某個恒定的 溫度即參考溫度，參考溫度一般為o°c,用冰就可以便利獲得。熱電偶的溫差與電壓的依賴 關(guān)系由其材料決定，一般情況下，半導(dǎo)體材料的溫差電動勢要高于金屬材料或其他導(dǎo)體材 料的溫差電動勢。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。而由多個熱電偶串聯(lián) 形成的熱電堆能夠有效改善熱電偶的靈敏度，其輸出電壓為所有熱電偶結(jié)點(diǎn)對上電壓的總 和，但目前缺乏靈敏度高且集成度高的熱電堆結(jié)構(gòu)。因此亟需一種新型結(jié)構(gòu)高靈敏度的熱 電堆。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高靈敏度的熱電堆。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種熱電堆，包括多個熱電偶，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，各個熱電偶通過冷端以串 聯(lián)或分組串聯(lián)方式相連接。
[0005] 具體的，各個熱電偶連接形成環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0006] 進(jìn)一步的，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的直徑范圍為50?500 μ m。
[0007] 具體的，各個熱電偶連接形成線形結(jié)構(gòu)。
[0008] 進(jìn)一步的，第一熱電極和第二熱電極為不同成分材質(zhì)的半導(dǎo)體材料或者導(dǎo)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] 具體的，熱電偶的個數(shù)范圍為8?800。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中的熱電堆基于多個串聯(lián)或分組串聯(lián)的呈V型或U 型熱電偶，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，集成度高，且能夠有效提高靈敏度及測量精度，便于使用， 實(shí)用性強(qiáng)。本發(fā)明適用于進(jìn)行非接觸式溫度測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明中V型熱電偶的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2是本發(fā)明中U型熱電偶的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3是本發(fā)明本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖4是本發(fā)明本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖5是本發(fā)明本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖6是本發(fā)明本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖7是本發(fā)明本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 其中，1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(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0021] 本發(fā)明的一種熱電堆，包括多個熱電偶，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，各個熱電偶通過冷端以串聯(lián)或分組串聯(lián)方式相連接。
[0022] 第一熱電極1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1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(diǎn)），工 作端c接收來自檢測對象的紅外信號，第一熱電極1的另一端為冷端一 a (即冷點(diǎn)），第二熱 電極2的另一端為冷端二b，冷端作為溫度參考點(diǎn)一般接一個恒溫兀件。第一熱點(diǎn)極1和第 二熱電極2含有不同的材料，一般是半導(dǎo)體材料和金屬材料。
[0023] 同理，第一熱電極1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1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1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(diǎn)一般接一個恒溫兀件。第一熱點(diǎn)極1和第二熱電極2含有 不同的材料，一般是半導(dǎo)體材料和金屬材料。
[0024] 本發(fā)明的熱電堆以呈V型或U型連接的熱電偶為基礎(chǔ)單元，采用了環(huán)形或線形結(jié) 構(gòu)，串聯(lián)集成了多個熱電偶，大大提高了靈敏度，可以用在紅外感應(yīng)的可集成的非接觸式溫 度傳感器中。
[0025] 實(shí)施例1
[0026] 如圖3所示，本例中的熱電堆為8個V型熱電偶串聯(lián)形成的環(huán)形熱電堆。襯底e 上相鄰熱電偶的不同材料的電極串聯(lián)形成環(huán)狀，具體而言，第二個熱電偶的冷端一與第一 個熱電偶的冷端二相連，第三個熱電偶的冷端一與第二個熱電偶的冷端二相連，如此類推， 將第一個熱電偶的冷端一與最后一個熱電偶的冷端二作為引出端f、h，以便外接次級測量 儀表。此外也可以是其他數(shù)目的熱電偶連接形成的熱電堆，如η個。
[0027] 各個熱電偶的工作端c只在環(huán)形熱電堆的的圓心所在的很小一部分區(qū)域分布，該 區(qū)域稱為溫度傳感區(qū)。溫度傳感區(qū)是用于接收來自檢測對象的紅外信號的，其大小與環(huán)形 熱電堆的大小有關(guān)。在可集成設(shè)計中，環(huán)形熱電堆的直徑在50-500μπι之間。以150μπι直 徑的環(huán)形熱電堆為例，溫度傳感區(qū)的范圍是以熱電堆的圓心為中心，直徑30μπι左右的圓 形區(qū)域內(nèi)。
[0028] 基于實(shí)用性及成本考慮，所述熱電偶的個數(shù)可以為幾個到幾百個不等，如8?800 個。
[0029] 實(shí)施例2
[0030] 如圖4所示，本例中的熱電堆為8個V型熱電偶串聯(lián)形成的線形熱電堆。相鄰熱 電偶串聯(lián)呈線形排列，大大提高了靈敏度。但本結(jié)構(gòu)一般不用于集成式熱電堆中。
[0031] 實(shí)施例3
[0032] 如圖5所示，本例中的熱電堆為8個V型熱電偶分組串聯(lián)形成的環(huán)形發(fā)射狀熱電 堆。本例不同于實(shí)施例1之處在于，所有的熱電偶分成兩組，第一組熱電偶和第二組熱電偶 交叉間隔分布，同時將同組中的相鄰熱電偶的不同熱電極串接起來，以此種方式，同組熱電 偶串聯(lián)。圖中，第三個熱電偶的冷端一與第一個熱電偶的冷端二相連，第五個熱電偶的冷端 一與第三個熱電偶的冷端二相連，第七個熱電偶的冷端一與第五個熱電偶的冷端二相連， 第八個熱電偶的冷端一與第七個熱電偶的冷端二相連，第四個熱電偶的冷端一與第二個熱 電偶的冷端二相連，第六個熱電偶的冷端一與第四個熱電偶的冷端二相連，第八個熱電偶 的冷端二與第二個熱電偶的冷端一相連，第一個熱電偶的冷端一與第六個熱電偶的冷端二 作為引出端f、h，以便外接次級測量儀表。
[0033] 實(shí)施例4
[0034] 如圖6所示，本例中的熱電堆為8個V型熱電偶分組串聯(lián)形成的線形熱電堆。熱 電堆呈線形，所有的熱電偶分成兩組，第一組熱電偶和第二組熱電偶交叉分布，同時同組中 的相鄰熱電偶的不同熱電極串接起來，以此種方式，同組熱電偶串聯(lián)。圖中，第三個熱電偶 的冷端一與第一個熱電偶的冷端二相連，第五個熱電偶的冷端一與第三個熱電偶的冷端二 相連，第七個熱電偶的冷端一與第五個熱電偶的冷端二相連，第八個熱電偶的冷端一與第 七個熱電偶的冷端二相連；第四個熱電偶的冷端一與第二個熱電偶的冷端二相連，第六個 熱電偶的冷端一與第四個熱電偶的冷端二相連，第八個熱電偶的冷端二與第六個熱電偶的 冷端一相連，第一個熱電偶的冷端一與第二個熱電偶的冷端二作為引出端f、h，以便外接次 級測量儀表。但本結(jié)構(gòu)一般不用于集成式熱電堆中。
[0035] 實(shí)施例5
[0036] 如圖7所示，本例中的熱電堆為8個U型熱電偶串聯(lián)形成的環(huán)形發(fā)射狀熱電堆。襯 底e上相鄰熱電偶的不同材料的電極串聯(lián)形成環(huán)狀，具體而言，第二個熱電偶的冷端一與 第一個熱電偶的冷端二相連，第三個熱電偶的冷端一與第二個熱電偶的冷端二相連，如此 類推，將第一個熱電偶的冷端一與最后一個熱電偶的冷端二作為引出端f、h，以便外接次級 測量儀表。
【權(quán)利要求】
1. 一種熱電堆，其特征在于，包括多個熱電偶，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，各個熱電偶通過冷端以串聯(lián)或分組串聯(lián)方式相連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種熱電堆，其特征在于，各個熱電偶連接形成環(huán)形結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種熱電堆，其特征在于，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的直徑范圍為50? 500 μ m〇
4. 如權(quán)利要求1所述的一種熱電堆，其特征在于，各個熱電偶連接形成線形結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的一種熱電堆，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(dǎo)體材料或者導(dǎo)體材料。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種熱電堆，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。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種熱電堆，其特征在于，熱電偶的個數(shù)范圍為8?800。
【文檔編號】G01K7/04GK104089717SQ201410352716
【公開日】2014年10月8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(xué)