[發明專利]一種基于摩擦納米發電機的壓力式溫度計及其測溫方法

有效

• 申請號: 201910920165.3
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110823408B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 張穎;占濤濤;何茂剛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01K11/04
• 分類號: G01K11/04;G01K1/02;G01K15/00;H02N1/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種基于摩擦納米發電機的壓力式溫度計及其測溫方法，所述壓力式溫度計包括：感溫工質，液體摩擦介質，隔離介質，氣體緩沖介質，感溫殼體，固體摩擦介質，本發明利用所述液體摩擦介質、所述隔離介質和所述氣體緩沖介質密封不會造成感溫工質泄露；通過所述電極層的電勢得到所述感溫工質的壓力，可在線實時測溫；結構簡單且不易受當地大氣壓影響；測量結果便于遠距離傳輸；在完全斷電的情況下仍能就地讀取溫度。本發明將所述感溫工質在測溫過程中的機械能轉化為電勢能并實現自供能溫度測量，具有結構簡單、精度高、實時測量、自供能、環保和高效等優點，在材料科學、醫療健康、環境科學和化工行業等領域具有重要應用前景。

技術領域

本發明屬于壓力式溫度計領域，具體地，涉及一種基于摩擦納米發電機的自供能壓力式溫度計及其測溫方法。

背景技術

在“互聯網+”的大背景下，大數據、云計算和物聯網等信息技術的交叉融合正逐步搭建集信息化、遠程控制和智能化為一體的人物交互網絡，種類繁多、數量巨大的信息對相關傳感器提出了新的要求。在納米技術、生物醫療和制藥行業等領域中，納米材料熱物理性質、動物新陳代謝和蛋白質折疊等方面的研究需要借助無需外部供能就能實現在線測量的高精度溫度傳感器。相較于其他溫度計，壓力式溫度計基于道爾頓飽和蒸氣壓定律，利用感溫工質飽和溫度與飽和蒸氣壓存在一一對應關系，通過測量感溫工質溫度變化后自發改變的壓力實現溫度測量，具有結構簡單、精度高、實時測量和自供能的特點。傳統壓力式溫度計感溫工質的飽和蒸氣壓發生變化時會驅動彈性元件變形，由齒輪放大機構把彈性元件的自由端位移量轉化為溫度指示值。由于彈性元件一般為金屬材質，傳統壓力式溫度計易受環境溫度和當地大氣壓的影響，測溫信號精度不高且只能就地讀取。為了滿足高精度和實時測量的要求，往往需要采用額外的精密儀器通過不斷施加外部激勵信號來獲取感溫工質的壓力信息。

摩擦納米發電機的工作原理是基于摩擦起電效應和靜電感應效應的耦合，當兩種在摩擦電序列上存在差異的材料相互接觸并進行相對運動時，兩種材料的接觸表面會帶上符號相反的靜電荷，當兩種材料發生分離時接觸表面的靜電荷仍會保留下來并帶有一定的電勢，具備對外做功的能力。許多流體都具備優良的摩擦起電性能，當它與絕緣的高分子材料之間發生接觸、分離時，可以將機械能轉化成電能，基于這種液—固摩擦納米發電機可將流體運動/物性參數變化引起的位移(機械能)與摩擦產生的電信號建立對應關系，從而實現流體運動/物性參數的實時檢測。利用成本低廉、結構簡單的液—固摩擦納米發電機實現壓力式溫度計中感溫工質的壓力測量，所需感溫工質用量較少，無任何彈性元件，測溫結果與當地大氣壓無關，溫度數值的分辨率較高且能遠程實時傳輸，其在材料科學、醫療健康、環境科學和化工行業等眾多領域中構建人物交互網絡所需的溫度傳感器開發具有重要應用前景。

鑒于此，本發明的主旨在于提出一種基于摩擦納米發電機的壓力式溫度計及其測溫方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于摩擦納米發電機的壓力式溫度計及其測溫方法，該溫度計具有結構簡單、精度高、實時測量和自供能的特點，可被廣泛用于材料科學、醫療健康、環境科學和化工行業等領域的溫度監測與分析。

為了實現上述目的，本發明提供一種基于摩擦納米發電機的壓力式溫度計及其測溫方法，所述溫度計包括：感溫工質，能夠感知外界溫度并自發地進行收縮或膨脹；液體摩擦介質，能夠感知所述感溫工質的驅動動作并進行移動；隔離介質，能夠感知所述液體摩擦介質的運動并一同進行移動；氣體緩沖介質，能夠感知所述隔離介質的運動并通過收縮或膨脹平衡壓力；感溫殼體，能夠感知外界的溫度變化并起到承裝所述感溫工質的作用；固體摩擦介質，用于在所述感溫工質進行收縮或膨脹的過程中，與所述液體摩擦介質始終保持直接接觸并發生摩擦，且在摩擦的過程中，固體摩擦介質和液體摩擦介質之間產生電勢差；電極層，設置于所述固體摩擦介質的外表面，用于傳感所述液體摩擦介質和固體摩擦介質的摩擦電信號；外部保護殼體，起到保護所述固體摩擦介質和電極層以及承裝部分所述氣體緩沖介質的作用。