一种填充材料式液体温度传感器的制作方法

：本发明属于传感器制备，涉及一种填充材料式液体温度传感器的结构设计，基于液体的电导率随温度呈线性变化的特性实现温度测量，其中填充材料会消除液体长时间放置产生气泡从而测试不准确的影响。

背景技术

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背景技术：

1、温度是一个重要而特殊的基本物理量,温度计量学是计量学领域中的一个重要分支。科学研究和工农业生产中的每一个环节，均离不开对温度的可靠而准确的测量。温度的准确测量与温度传感器所处的外界环境，如压力和周边环境等密切相关。传统的温度测量敏感元件，如热敏电阻、热电偶、铂电阻等，是通过将感知到的温度转化成电阻值进行测量，然后通过和计量级标准温度源进行比较、插值标定而成为温度计。根据电阻的定义电阻的长度为l，截面积为s的热敏元件，电阻率随温度而变化。电导值与电导率则分别为电阻值与电阻率的倒数。长度l或s的变化则直接影响电阻值的变化。在制造过程中由于工艺的容差，或者不同制造批次间的工艺变化，会造成各热敏元件之间电阻值的不一致性，对标定造成困难。在制作过程中的高温工艺会在热敏元件上积累应力。虽然有退火工艺但是残留的应力会在应用过程中慢慢释放，导致阻值的漂移。此外，恶劣的应用环境，如外界高压，也会在热敏元件上形成应力，导致阻值的漂移。这些都会造成测量的偏差。因此有必要发明一种在制造过程和应用过程中都不会积累应力，不会因为应力影响而使测试不准确的温度传感器。

2、许多液体的电导率随温度呈线性变化。在理论上液体具有不可压缩性，也不会在制作过程和应用过程中积累应力。在绝缘的壳体里放置已知浓度和电导率的液体，在液体的两端上加上一对电极，向电极施加恒定的电压(或电流)，测其电流(或电压)的变化，转化为电导率的变化，再推出温度的变化，实现温度的精准检测。或者在液体的两端加上一对电流电极，并向这对电极上施加恒定的电流；在液体的中间段加上一对电压电极，测量其电压的变化，将测得的电阻转化为电导率的变化，再推出温度的变化，实现温度的精准检测。普通的液体温度传感器在长时间放置后，在管中会生成很多小气泡，这些小气泡在最开始时对测试没有影响，但随着时间漂移，这些小气泡会慢慢汇聚和移动，最终形成一个大气泡，大气泡若在管中移动，会对内部电场产生影响，从而导致测试不准确。因此阻止大气泡的产生和移动，是液体传感器长期稳定性测量的关键。通过在管中封装紧密的填充材料，可以有效阻值气泡的产生，即使出现小气泡，填充材料因为其紧密性会阻止小气泡的移动，将其固定，不会形成超大气泡，从而使测试不受这些气泡的影响，使长期测试结果更加准确。

3、中国专利2020108404600公开了一种螺旋式液体电导可调温度传感器，其主体结构为四电极式结构并含有腔体结构，不仅能够通过改变电极间距离实现电导的高准确标定，还能够有效消除极化效应带来的测量误差，使温度测量更加准确；与细长的温度传感头不同，螺旋状的腔体结构使传感头扁平化，能够减小温度传感头的长度，为复杂的环境提供灵活多样选择；四电极式螺旋式液体电导可调温度传感器的二个电流电极分别位于螺旋状结构的起点和终点，二个电压电极位于螺旋状结构的腔体的中间的相对位置，二个电流电极和二个电压电极的位置能够灵活调节，从而改变电极之间的距离使腔体内的液体的电压降改变，从而改变电阻值，实现电阻可调；其主体结构包括下底盘、液体、电极和螺旋状腔体等，方形或圆状板体式结构的下底盘上制有螺旋状的腔体，在腔体的对应位置处分别固定制有电压电极；在螺旋状的腔体的内端和外端处的内侧分别固定制有电流电极，在腔体的内部充满螺旋状腔体内的液体，腔体的上侧面密封式制有上底盘；上底盘与下底盘的结构对应，两者密封式对合形成封闭结构的盒式螺旋状的腔体；两个电流电极分别位于螺旋状的腔体的起点端的内端和终点端的外端，并能够在附近小范围内调整位置，用导线连接两个电流电极穿过下底盘并引出；两个电压电极位于螺旋状的腔体的中间位置，且位置可调，用导线连接两个电压电极并穿过下底盘引出；直接调节两个电压电极的相对位置即能调节液体的电导值，实现电导可调；能够应用于医疗领域的心功能测试设备中的心电图测量仪、血压计和脉动计。

4、中国专利号为202010840448x公开了一种原位自校准式温度传感装置，其主体结构包括封装壳体、电源模块、控制与校准电路模块、通讯电路模块、电控开关、导线、微型水三相点瓶等部件，各部件电信息连通式组合固定装配于具有防水密封功效的封装壳体中，构成一体式传感器结构，其中，温度测量传感探头电信息连通式设置在封装壳体的外端处，形成原位自校准式温度传感装置；温度测量传感探头通过导线引出式设置在耐压的封装壳体的外端，其它部件和电路均电信息连通后集成于封装壳体内；温度测量传感头分别与微型水温度校准传感头和微型镓温度校准传感探头电信息连通，三者作为成品在出厂时经过挑选比对，其各项性能完全为对应一致的三个传感探头，以配合实现温度的测量和校准。

5、现有上述各种传感器的应用范围受限，应用领域不能适合特定场合，而且其精度和成本难以满足海洋等环境中的应用。所以，开发一种新型的液体导电传感器具有较好的市场前景。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，结合液体电导率传感器的电导随温度线性变化的特性，利用已知浓度的液体作为传感元件，使其不受应力影响，在管腔内部封装紧密填充材料减小水中气泡对测量的影响，实现温度的长期稳定精确测量；设计一种填充材料式液体温度传感器，它不仅不受外界应力的影响，还能有效阻止液体中气泡的汇聚，从而使温度测试更加准确。

2、为了实现上述目的，本发明涉及的填充材料式液体温度传感器的主体结构包括防水胶、电极、电极连接件、壳体、填充物、进水口、导电液体和导线；对称结构的两个电极通过电极连接件固定式套插在空心圆柱状的壳体的两端，传递电信息用的导线分别焊接式固定在两个电极的露出端；对称结构的两个电极连接件的端面处分别制有凹槽结构，凹槽结构内填充的防水胶将电极和导线固定连接并对外绝缘；电极连接件和壳体之间也使用防水胶的同类胶粘接；填充物被紧密封装在壳体中，壳体的上侧面上制有进水口，密封式结构的进水口用来装填已知浓度的导电液体，装填完毕后使用再将进水口封住；导电液体封装进壳体后，填充物淹没在已知导电率和电阻的导电液体中；感应式导电的电极与导电液体接触形成电场回路；空心圆柱状的壳体通过防水胶的胶合与电极连接件实现电信息连接，电极与电极连接件之间通过陶瓷釉实现密闭式连接；所有连接部位之间应保证密闭不漏气。

3、本发明涉及的导电液体为盐水和酒精任意比例不同浓度的混合物的导电性液体；其测温范围界于导电液体的冰点和蒸汽点之间，包括零下117.3℃到100℃。

4、本发明涉及的壳体为导热材料，包括陶瓷、金属、石英、聚四氟乙烯、高分子材料和塑料，尺寸范围从纳米到数十厘米量级；壳体的内外均具有绝缘功效，绝缘方式包括壳体的材料本身外层绝缘或在壳体的壁涂覆一层绝缘物质；壳体的形状包括圆柱状，长方体状或其他形状，电极连接件的形状根据壳体的形状而变；壳体的腔内的填充液体还包括油、丙酮和甲醇类导电液体。

5、本发明涉及的电极连接件的材料包括陶瓷和石英类绝缘材料。

6、本发明涉及的的防水胶包括铸工胶、环氧树脂胶和紫外胶类具有牢固防水功能的胶合物。

7、本发明涉及的封装用的填充物为导热且不吸水不与导电液体进行反应的能够紧密排布的小体积材料，包括网纱和小直径颗粒。

8、本发明涉及的电极使用的材料包括铂电极，或是不锈钢电极，或其他相同性能的材料；电极的形状包括圆柱状、点状、片状，包或其他能够实现相同功能的形状；当向电流传导用的电极的两端施加恒定交流激励，测量两个电极的电压，其电压降的改变反映了导电液体的电导随温度的变化，从而推导出温度的变化；实现在外部高压下的温度的精确及稳定测量。

9、本发明与现有技术的温度传感器相比，其涉及的液体的不可压缩性使其不受外界和自身应力的影响，避免了应力造成的温度误差，内部填充材料保证了水中气泡对测试无影响，使温度测试更加准确；其具有结构简单、体积小、精度高、稳定性高、集成性好等优点，对物理、生物与化学传感、海洋探测和航天等温度探测领域具有重要的实用价值，应用环境友好。