一种双环形集成热电堆传感器的制造方法
【专利摘要】一种双环形集成热电堆传感器，涉及温度测量领域。包括呈同心环状分布的内环与外环，内环与外环分别由多个热电偶组成，热电偶包括第一热电极和第二热电极，第一热电极的一端与第二热电极的一端相连接形成工作端，第一热电极的另一端为冷端一，第二热电极的另一端为冷端二，冷端一与冷端二相分离，第一热电极与第二热电极在同一衬底上呈V型或U型连接，热电偶之间通过冷端相连接，各个热电偶的工作端相较于其冷端靠近内环圆心，外环热电偶的工作端靠近与其最接近的内环热电偶的冷端。本发明能够克服单环形热电堆误差大的缺点，大大提高测量精度与灵敏度，适用于进行非接触温度测量。
【专利说明】一种双环形集成热电堆传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及非接触式温度测量领域，具体的说是涉及一种双环形集成热电堆传感器。
【背景技术】
[0002]塞贝克效应，又称作第一热电效应，它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。热电偶是基于塞贝克效应研制的。热电偶中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端)，另一端叫做冷端(也称为补偿端)；冷端作为电动势引出端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。由于其耐用、价格低廉、操作简便以及测温范围大，热电偶被广泛用作温度传感器，然而，灵敏度和精确度较低却极大地制约了其使用范围。将多个热电偶串联形成的热电堆可以提高灵敏度及测量精度，但目前的热电偶构成的单环形热电堆误差较大，无法满足实际操作中高灵敏度及高测量精度的测量要求。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种高测量精度的双环形集成热电堆传感器。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种双环形集成热电堆传感器，包括呈同心环状分布的内环与外环，内环与外环分别由多个热电偶组成，所述热电偶包括第一热电极和第二热电极，第一热电极的一端与第二热电极的一端相连接形成工作端，第一热电极的另一端为冷端一，第二热电极的另一端为冷端二，冷端一与冷端二相分离，第一热电极与第二热电极在同一衬底上呈V型或U型连接，热电偶之间通过冷端相连接，各个热电偶的工作端相较于其冷端靠近内环圆心，外环热电偶的工作端靠近与其最接近的内环热电偶的冷端。
[0005]具体的，内环中的热电偶通过冷端以串联或分组串联方式相连接。
[0006]具体的，外环中的热电偶通过冷端以串联或分组串联方式相连接。
[0007]进一步的，内环热电偶的工作端分布在以环形圆心为圆心，半径为外环半径六分之一的圆形区域内。
[0008]作为上述技术方案的优选方案，第一热电极和第二热电极为不同成分材质的半导体材料或者导体材料。
[0009]优选的，每个热电偶的第一热电极和第二热电极分别采用P型材料和N型材料。
[0010]本发明的有益效果是:采用双环设计，通过计算内环热电偶的工作端与外环热电偶的冷端之间的温度差，实现温度测量的目的，比单环形热电堆测量温度的相对误差小，大大提高了测量精度与灵敏度，集成度高，实用性强。本发明适用于进行非接触温度测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明中V型热电偶的结构示意图；
[0012]图2是本发明中U型热电偶的结构示意图；
[0013]图3是本发明本发明实施例1的结构示意图；
[0014]图4是本发明本发明实施例2的结构示意图；
[0015]图5是本发明本发明实施例3的结构示意图；
[0016]图6是本发明本发明实施例4的结构示意图；
[0017]其中，I为第一热电极，2为第二热电极,a为冷端一，b为冷端二，c为工作端，e为衬底。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0019]本发明的一种双环形集成热电堆传感器，包括呈同心环状分布的内环与外环，内环与外环分别由多个热电偶组成，所述热电偶包括第一热电极I和第二热电极2，第一热电极I的一端与第二热电极2的一端相连接形成工作端c,第一热电极I的另一端为冷端一a，第二热电极2的另一端为冷端二 b，冷端一 a与冷端二 b相分离，第一热电极I与第二热电极2在同一衬底e上呈V型或U型连接，热电偶之间通过冷端相连接，各个热电偶的工作端c相较于其冷端靠近内环圆心，外环热电偶的工作端c能够准确获取与其最接近的内环热电偶冷端的温度。
[0020]第一热电极I与第二热电极2在同一衬底上呈V型即组成V型热电偶，其结构如图1所示。第一热电极I的一端与第二热电极2的一端相连接形成工作端C (即热点)，工作端c接收来自检测对象的红外信号，第一热电极I的另一端为冷端一 a(即冷点)，第二热电极2的另一端为冷端二 b,冷端作为温度参考点一般接一个恒温兀件。第一热点极I和第二热电极2为不同的材料，一般是半导体材料和导体材料。基于成本和实现效果考虑，第一热点极I和第二热电极2可采用P型材料和N型材料。
[0021]同理，第一热电极I与第二热电极2在同一衬底上呈U型即组成U型热电偶，其结构如图2所示，第一热电极I的一端与第二热电极2的一端相连接形成工作端C，工作端c接收来自检测对象的红外信号，第一热电极I的另一端为冷端一 a，第二热电极2的另一端为冷端二 b，冷端作为温度参考点一般接一个恒温元件。第一热点极I和第二热电极2为不同的材料，一般是半导体材料和导体材料。基于成本和实现效果考虑，第一热点极I和第二热电极2可采用P型材料和N型材料。
[0022]内环与外环的热电偶的数目可以相同，也可以不同。内环热电偶的工作端分布在距离内环圆心很小的一部分区域内，接受来自检测对象的红外感应信号；内环热电偶的冷端距离外环热电偶的工作端很近，使得二者间距相对于整个热电堆传感器来说可以忽略不计，以便外环热电偶的工作端能够准确获取与其最接近的内环热电偶冷端的温度。而后分别通过内环的电动势引出端及外环的电动势弓丨出端引出热电动势,并在次级测量结构中再次运算才能得到整个热电堆产生的热电势。
[0023]设单环热电偶的温度测量绝对误差为Λ E，那么对于双环形集成热电堆传感器来说，设内环的温度测量绝对误差为AE1，外环的温度测量绝对误差为AE2，则二者串接时，单个热电堆像素点的绝对误差为
【权利要求】
1.一种双环形集成热电堆传感器，其特征在于，包括呈同心环状分布的内环与外环，内环与外环分别由多个热电偶组成，所述热电偶包括第一热电极和第二热电极，第一热电极的一端与第二热电极的一端相连接形成工作端，第一热电极的另一端为冷端一，第二热电极的另一端为冷端二，冷端一与冷端二相分离，第一热电极与第二热电极在同一衬底上呈V型或U型连接，热电偶之间通过冷端相连接，各个热电偶的工作端相较于其冷端靠近内环圆心，外环热电偶的工作端靠近与其最接近的内环热电偶的冷端。
2.如权利要求1所述的一种双环形集成热电堆传感器，其特征在于，内环中的热电偶通过冷端以串联或分组串联方式相连接。
3.如权利要求1或2所述的一种双环形集成热电堆传感器，其特征在于，外环中的热电偶通过冷端以串联或分组串联方式相连接。
4.如权利要求3所述的一种双环形集成热电堆传感器，其特征在于，内环热电偶的工作端分布在以环形圆心为圆心，半径为外环半径六分之一的圆形区域内。
5.如权利要求1所述的一种双环形集成热电堆传感器，其特征在于，第一热电极和第二热电极为不同成分材质的半导体材料或者导体材料。
6.如权利要求1所述的一种双环形集成热电堆传感器，其特征在于，每个热电偶的第一热电极和第二热电极分别采用P型材料和N型材料。
【文档编号】G01K7/12GK104132744SQ201410351507
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】乔明, 薛腾飞, 齐钊, 文帅, 张波 申请人:电子科技大学