[發明專利]熱電偶和溫度傳感器

在審

• 申請號: 201710975696.3
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107727263A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 二瓶瑞久;周曉松;徐焰;柳和宏
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司;公立大學法人首都大學東京
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;G01K7/14
• 代理公司: 北京龍雙利達知識產權代理有限公司11329
• 代理人: 毛威,肖鸝

技術領域

本申請涉及熱電偶領域，尤其涉及一種熱電偶和一種溫度傳感器。

背景技術

在由兩種不同的導體或半導體組成的回路中，如果該兩種不同的導體或半導體的兩個接觸點的溫度不同，則在回路中將出現電流，這種現象即為塞貝克(Seebeck)效應。上述回路中的電流稱為熱電流，與熱電流對應的電動勢稱為熱電動勢，熱電動勢的大小與上述兩個接觸點的溫差大小正相關，也就是說，該兩個接觸點之間的溫差越大，熱電動勢越大。

熱電偶(thermocouple)是一種測量溫度的裝置，其測量溫度的原理是利用塞貝克效應將溫度信號轉換成電動勢信號，并通過電氣儀表轉換成被測介質的溫度。由于熱電偶在測量溫度的時候不需要使用外加電源，且熱電偶的具有結構簡單、測溫范圍廣、精度高等特點，因此，熱電偶在溫度傳感器領域的應用非常廣泛。

熱電偶的測溫性能W除了與溫差有關外，還與組成回路材料的電導率σ和塞貝克系數S有關，如公式(1)所示，ΔT表示兩個接觸點的的溫度差值，在ΔT不變的情況下，σ和S越大，W越大，熱電偶的測溫性能越好。

W＝S²σΔT(1)

然而，對于很多材料(例如，Bi₂Te₃、PbTe、LaS和LaTe)來說，當σ增大時，S卻隨之減小，尋找一種σ和S同時增大的材料非常困難，有必要從其它途徑去提高熱電偶的測溫性能。

發明內容

本申請提供了一種熱電偶和一種溫度傳感器，通過高電導率材料連接組成熱電偶的兩種材料，可以提高熱電偶的電導率，從而提高了熱電偶的測溫性能。

一方面，提供了一種熱電偶，包括：N型部件和P型部件，該N型部件與該P型部件通過導電材料連接。

現有技術中，熱電偶的N型部件和P型部件是直接連接在一起的，通過這種連接方式連接的N型部件和P型部件的連接部位不緊密，N型部件和P型部件的接觸面積較小，從而導致整個熱電偶的電導率較小，電流強度較小，測溫性能不佳。本申請提供的熱電偶的N型部件和P型部件通過導電材料連接，該導電材料填充N型部件和P型部件的連接部位的空隙，增大了N型部件和P型部件的接觸面積，提高了電導率，從而可以放大微小的測溫電流信號，提高了熱電偶的測溫性能。

可選地，上述導電材料的電導率大于N型部件的電導率，且該導電材料的電導率大于P型部件的電導率。

上述導電材料的電導率大于N型部件和P型部件中任意一個部件的電導率，從而進一步增大熱電偶的電導率，提高熱電偶的測溫性能。

可選地，所述導電材料為黑色導電材料。

熱電偶的測溫性能與N型部件和P型部件的兩個接觸點的溫度差有關，使用黑色的導電材料連接N型部件和P型部件有利于提高該接觸點的紅外線吸收效率，使得該接觸點的溫度上升，當另外一個接觸點的溫度不變時，兩個接觸點之間的溫度差增大，從而提高了熱電偶的測溫性能。

可選地，所述導電材料為圓形薄膜，該圓形薄膜的直徑大于10微米(μm)小于100μm。

相對于塊體導電材料，薄膜導電材料傳遞熱量的速率更快，有利于提高熱電偶的響應速率。薄膜導電材料的面積越大，其接觸阻抗越小，紅外線吸收量越多，更小的接觸阻抗會增強塞貝克效應產生的電流，更多的紅外線吸收量有利于提高工作端的溫度變化速率，從而可以提高熱電偶的響應速率。

可選地，所述導電材料為黑色的鉑。

可選地，所述N型部件和所述P型部件中的至少一個為薄膜，所述薄膜的寬度小于10μm。

采用薄膜N型部件和/或薄膜P型部件使得熱電偶易于變形，有利于制成可穿戴型溫度傳感設備。此外，在長度不變的情況下，薄膜的寬度越小，與基底的接觸面積越小，這樣有利于減少被基底吸收的熱量，有利于提高兩個接觸點之間的溫度差，從而可以提高熱電偶的測溫性能。

可選地，所述N型部件和所述P型部件中的至少一種包括碳納米管(carbon nanotube，CNT)。

CNT是一種在一定溫度范圍內S與σ同時增大的材料，采用CNT作為熱電偶的N型部件和/或P型部件可以提高熱電偶的測溫性能。

可選地，所述CNT為金屬單壁碳納米管(single-wall carbon nanotube，SWCNT)。

金屬SWCNT的響應速度優于半導體SWCNT，且采用金屬SWCNT制備熱電偶無需設計門電極，從而提高了熱電偶的可靠性。

可選地，所述CNT為取向化(aligned)的CNT。