一种热电堆的制作方法
【专利摘要】一种热电堆，涉及温度测量领域。包括多个热电偶，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，各个热电偶通过冷端以串联或分组串联方式相连接。本发明中的热电堆基于多个串联或分组串联的呈V型或U型热电偶，结构简单，易于实现，集成度高，且能够有效提高灵敏度及测量精度，便于使用，实用性强。本发明适用于进行非接触式温度测量。
【专利说明】一种热电堆
【技术领域】
[0001] 本发明涉及温度测量领域，尤其是涉及一种热电堆。
【背景技术】
[0002] 热电偶的工作原理是基于热电效应，即塞贝克效应（Seebeck effect)，它直接测 量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（次级测量仪表）转换成被测介 质的温度。热电偶包括两个热电极（即结点），两个热电极采用了不同的半导体材料或者 导体材料。热电偶的输出电压取决于两个结点的温差，温度较高的一个结点为工作端即温 度传感点或测试点，温度较低的一结点为冷端即参考结点，参考结点通常处于某个恒定的 温度即参考温度，参考温度一般为o°c,用冰就可以便利获得。热电偶的温差与电压的依赖 关系由其材料决定，一般情况下，半导体材料的温差电动势要高于金属材料或其他导体材 料的温差电动势。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。而由多个热电偶串联 形成的热电堆能够有效改善热电偶的灵敏度，其输出电压为所有热电偶结点对上电压的总 和，但目前缺乏灵敏度高且集成度高的热电堆结构。因此亟需一种新型结构高灵敏度的热 电堆。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种高灵敏度的热电堆。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种热电堆，包括多个热电偶，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，各个热电偶通过冷端以串 联或分组串联方式相连接。
[0005] 具体的，各个热电偶连接形成环形结构。
[0006] 进一步的，所述环形结构的直径范围为50?500 μ m。
[0007] 具体的，各个热电偶连接形成线形结构。
[0008] 进一步的，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] 具体的，热电偶的个数范围为8?800。
[0011] 本发明的有益效果是：本发明中的热电堆基于多个串联或分组串联的呈V型或U 型热电偶，结构简单，易于实现，集成度高，且能够有效提高灵敏度及测量精度，便于使用， 实用性强。本发明适用于进行非接触式温度测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是本发明中V型热电偶的结构示意图；
[0013] 图2是本发明中U型热电偶的结构示意图；
[0014] 图3是本发明本发明实施例1的结构示意图；
[0015] 图4是本发明本发明实施例2的结构示意图；
[0016] 图5是本发明本发明实施例3的结构示意图；
[0017] 图6是本发明本发明实施例4的结构示意图；
[0018] 图7是本发明本发明实施例5的结构示意图；
[0019] 其中，1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】
[0020] 下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
[0021] 本发明的一种热电堆，包括多个热电偶，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，各个热电偶通过冷端以串联或分组串联方式相连接。
[0022] 第一热电极1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1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1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1和第 二热电极2含有不同的材料，一般是半导体材料和金属材料。
[0023] 同理，第一热电极1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1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1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兀件。第一热点极1和第二热电极2含有 不同的材料，一般是半导体材料和金属材料。
[0024] 本发明的热电堆以呈V型或U型连接的热电偶为基础单元，采用了环形或线形结 构，串联集成了多个热电偶，大大提高了灵敏度，可以用在红外感应的可集成的非接触式温 度传感器中。
[0025] 实施例1
[0026] 如图3所示，本例中的热电堆为8个V型热电偶串联形成的环形热电堆。衬底e 上相邻热电偶的不同材料的电极串联形成环状，具体而言，第二个热电偶的冷端一与第一 个热电偶的冷端二相连，第三个热电偶的冷端一与第二个热电偶的冷端二相连，如此类推， 将第一个热电偶的冷端一与最后一个热电偶的冷端二作为引出端f、h，以便外接次级测量 仪表。此外也可以是其他数目的热电偶连接形成的热电堆，如η个。
[0027] 各个热电偶的工作端c只在环形热电堆的的圆心所在的很小一部分区域分布，该 区域称为温度传感区。温度传感区是用于接收来自检测对象的红外信号的，其大小与环形 热电堆的大小有关。在可集成设计中，环形热电堆的直径在50-500μπι之间。以150μπι直 径的环形热电堆为例，温度传感区的范围是以热电堆的圆心为中心，直径30μπι左右的圆 形区域内。
[0028] 基于实用性及成本考虑，所述热电偶的个数可以为几个到几百个不等，如8?800 个。
[0029] 实施例2
[0030] 如图4所示，本例中的热电堆为8个V型热电偶串联形成的线形热电堆。相邻热 电偶串联呈线形排列，大大提高了灵敏度。但本结构一般不用于集成式热电堆中。
[0031] 实施例3
[0032] 如图5所示，本例中的热电堆为8个V型热电偶分组串联形成的环形发射状热电 堆。本例不同于实施例1之处在于，所有的热电偶分成两组，第一组热电偶和第二组热电偶 交叉间隔分布，同时将同组中的相邻热电偶的不同热电极串接起来，以此种方式，同组热电 偶串联。图中，第三个热电偶的冷端一与第一个热电偶的冷端二相连，第五个热电偶的冷端 一与第三个热电偶的冷端二相连，第七个热电偶的冷端一与第五个热电偶的冷端二相连， 第八个热电偶的冷端一与第七个热电偶的冷端二相连，第四个热电偶的冷端一与第二个热 电偶的冷端二相连，第六个热电偶的冷端一与第四个热电偶的冷端二相连，第八个热电偶 的冷端二与第二个热电偶的冷端一相连，第一个热电偶的冷端一与第六个热电偶的冷端二 作为引出端f、h，以便外接次级测量仪表。
[0033] 实施例4
[0034] 如图6所示，本例中的热电堆为8个V型热电偶分组串联形成的线形热电堆。热 电堆呈线形，所有的热电偶分成两组，第一组热电偶和第二组热电偶交叉分布，同时同组中 的相邻热电偶的不同热电极串接起来，以此种方式，同组热电偶串联。图中，第三个热电偶 的冷端一与第一个热电偶的冷端二相连，第五个热电偶的冷端一与第三个热电偶的冷端二 相连，第七个热电偶的冷端一与第五个热电偶的冷端二相连，第八个热电偶的冷端一与第 七个热电偶的冷端二相连；第四个热电偶的冷端一与第二个热电偶的冷端二相连，第六个 热电偶的冷端一与第四个热电偶的冷端二相连，第八个热电偶的冷端二与第六个热电偶的 冷端一相连，第一个热电偶的冷端一与第二个热电偶的冷端二作为引出端f、h，以便外接次 级测量仪表。但本结构一般不用于集成式热电堆中。
[0035] 实施例5
[0036] 如图7所示，本例中的热电堆为8个U型热电偶串联形成的环形发射状热电堆。衬 底e上相邻热电偶的不同材料的电极串联形成环状，具体而言，第二个热电偶的冷端一与 第一个热电偶的冷端二相连，第三个热电偶的冷端一与第二个热电偶的冷端二相连，如此 类推，将第一个热电偶的冷端一与最后一个热电偶的冷端二作为引出端f、h，以便外接次级 测量仪表。
【权利要求】
1. 一种热电堆，其特征在于，包括多个热电偶，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，各个热电偶通过冷端以串联或分组串联方式相连接。
2. 如权利要求1所述的一种热电堆，其特征在于，各个热电偶连接形成环形结构。
3. 如权利要求2所述的一种热电堆，其特征在于，所述环形结构的直径范围为50? 500 μ m〇
4. 如权利要求1所述的一种热电堆，其特征在于，各个热电偶连接形成线形结构。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的一种热电堆，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5所述的一种热电堆，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。
7. 如权利要求1所述的一种热电堆，其特征在于，热电偶的个数范围为8?800。
【文档编号】G01K7/04GK104089717SQ201410352716
【公开日】2014年10月8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