一种基于微流道的钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于微流道的钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构，包括热电偶和冷端温度补偿模块；热电偶包括设有热电偶冷端微流道的基底；冷端微流道采用针翅式微流道结构；冷端温度补偿模块包括补偿导线、第一放大器、第二放大器、冷端温度传感器、微控制器和显示模块；微控制器对来自热电偶的电压和冷端温度传感器所输入的电压进行综合处理，转换成温度信号通过显示模块实时显示所测温度。本发明专利技术将微流道应用于热电偶基底的冷端部位上并与冷端温度补偿模块相结合，解决了补偿导线与钨铼薄膜热电偶连线的高温失效问题，对热电偶的冷端温度进行补偿，提高了所测温度信号的精度和可靠性，实现精确可靠的高温测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微流道的钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构
本专利技术属于微型温度传感器芯片
，具体涉及一种钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构。
技术介绍
热电偶是计量技术中最常用的温度传感器，它的应用在生产技术和测量科学上曾引起划时代的变革。尤其是在高温测量领域，如航空发动机的涡轮前温度和涡轮叶片温度测量，薄膜热电偶表现出优良的性能，具有热容量小、热电响应迅速、对部件周围环境扰动微弱、抗剥离和热冲击等优点。而薄膜热电偶的补偿导线与薄膜正负极之间的连接是薄膜热电偶研制过程中的重要环节，具体可采用焊接或耐高温导电胶的方法来连接。但在超高温环境测量中如1200℃以上，补偿导线的连接很容易失效，如何降低薄膜热电偶冷端温度，保证补偿导线与热电偶正负极的可靠连接是亟待解决的问题。热电偶是一种典型的热电型温度传感器，它可以将温度信号转换成电势(mV)信号，之后通过可以测量电势信号的仪器仪表或转换器，进而显示所测温度。薄膜热电偶的测温机理与普通铠装(或丝式)热电偶相似，都是基于热电效应(也称塞贝克效应)原理工作的。即两种材料不同的金属或合金A和B组成闭合回路，当A和B相互接触的两处温度不同时，在整个回路中就会产生一定大小的电动势EAB，被称为热电势。热电势EAB的大小仅与两端的温度有关，如果设法将薄膜热电偶的冷端温度固定，理论上定为0℃，热电势就是被测温度的单值函数。在应用时，由于热电偶工作端与冷端距离很近，冷端又暴露于空间，容易受到周围环境温度波动的影响，并不是热电偶分度表的标定基准0℃，其不确定性给热电偶的测量带来很大误差。因此针对高温测量，急需一种可靠有效的薄膜热电偶冷端补偿结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于微流道的钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构，将具有高效散热作用的微流道与冷端温度补偿模块相结合，以解决现有技术中高温测量时热电偶的补偿导线连接失效问题和热电偶冷端温度的不确定性给测量带来的误差问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于微流道的钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构，包括热电偶和冷端温度补偿模块；热电偶包括设有热电偶冷端微流道的基底，热电偶冷端微流道位于基底的冷端上；冷端微流道采用针翅式微流道结构，且针翅的大小及密集程度不相同，越靠近基底的冷端边缘，针翅的大小越小且越密集；冷端温度补偿模块包括补偿导线、第一放大器、第二放大器、冷端温度传感器、微控制器和显示模块；补偿导线的一端连接热电偶冷端的合金薄膜正负两极，进而输出热电偶因冷热端温度不同而产生的电压，该电压经第一放大器放大后输入微控制器，冷端温度传感器用于采集环境温度，对热电偶的冷端进行温度补偿，其采集的温度以电压的形式通过第二放大器放大后输入微控制器，微控制器对来自热电偶的电压和冷端温度传感器所输入的电压进行综合处理，转换成温度信号通过显示模块实时显示所测温度。进一步的，热电偶为钨铼薄膜热电偶，基底为碳化硅陶瓷基底。进一步的，针翅之间的区域形成微通道；在微流道的左右两端，靠近冷端边缘，分别设有注入口和流出口，冷却工质由注入口进入，在微通道内流动，最终在流出口处流出；冷却工质为固体或者液体进一步的，热电偶的完整基底由两个带微流道的半个基底以微流道面对接形式组成。进一步的，所述合金薄膜为钨铼薄膜；补偿导线的材料与钨铼薄膜正负极材料相同。进一步的，冷端温度传感器的位置紧靠近热电偶的冷端。进一步的，所述放大器的型号为OPA211，冷端温度传感器的型号为TMP112，微控制器的型号为MSP430g2553，显示模块为12864液晶显示屏。进一步的，微控制器对来自热电偶的电压E(T,T0)和冷端温度传感器所输入的电压E(T0,0)相加，获得热电偶热端温度所对应的电动势E(T,0)；将电动势E(T,0)转换成温度信号通过显示模块实时显示所测温度。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出的一种基于微流道的钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构，实现了将高散热的微流道与冷端温度补偿模块相结合，有效提高热电偶冷端的散热效率，解决热电偶补偿导线在高温下的连接失效问题，实现了热电偶的冷端温度补偿，提高了热电偶所测温度信号的精度和可靠性，保证了钨铼薄膜热电偶的高温测量准确性。另外由本专利技术提出的将微流道应用于热电偶基底上，不局限于针翅式结构，可根据具体工况及测试需求采用多种结构和形式。本专利技术中，将冷端微流道制作在钨铼薄膜热电偶基底的冷端部位上，用于降低钨铼薄膜热电偶冷端温度，解决钨铼薄膜热电偶补偿导线在高温下连接失效的问题，提高钨铼薄膜热电偶的测量使用温度；冷端温度补偿模块包括补偿导线，放大器，冷端温度传感器，微控制器和显示模块。补偿导线用于连接位于热电偶冷端的钨铼薄膜的正负两极，进而输出钨铼薄膜热电偶因冷热端温度不同而产生的电压，即热电偶直接输出的电压，该电压经放大器放大后输入微控制器，冷端温度传感器用于采集环境温度，对钨铼薄膜热电偶的冷端进行温度补偿，其采集的温度也将以电压的形式输入微控制器，微控制器对来自钨铼薄膜热电偶的电压和冷端温度传感器所输入的电压进行综合处理，转换成温度信号通过显示模块实时显示钨铼薄膜热电偶所测温度。所述冷端温度补偿模块中的补偿导线由一对与钨铼薄膜热电偶正负极材料相同的导线组成，通过高温导电胶，在钨铼薄膜热电偶的冷端，将正极补偿导线与钨铼薄膜热电偶的正极相连，负极补偿导线与钨铼薄膜热电偶的负极相连。所述冷端温度补偿模块中的放大器为OPA211，是一款精密运算放大器，具有将超低噪声、低功耗、小封装尺寸以及高带宽等多种特性相结合的优点。OPA211的作用是放大通过补偿导线输出的因钨铼薄膜热电偶冷热端温度不同所产生的电压，并将所放大电压输入微处理器中。所述冷端温度补偿模块中的温度传感器为TMP112，是一款采用一个微型小外形尺寸晶体管封装的两线制、串行输出温度传感器。无需外部组件，TMP112温度读取分辨率能够达到0.0625℃。其作用是采集环境温度，并以电压的形式输入微处理器中。所述冷端温度补偿模块中的微处理器选用MSP430g2553，是一款超低功耗微控制器。其作用是对来自钨铼薄膜热电偶的电压和冷端温度传感器所输入的电压进行综合处理，实现钨铼薄膜热电偶的冷端温度补偿。所述冷端温度补偿模块中的显示模块为12864液晶显示屏，具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其它显示器无法比拟的优点。其作用是在微控制器的控制下实时显示钨铼薄膜热电偶所测温度。附图说明图1为本专利技术带冷端微流道的1/2基底俯视图；图2为本专利技术带冷端微流道的热电偶基底的完整示意图；图3为本专利技术冷端温度补偿模块框图；图中：1-基底，2-微通道，3-针翅，4-注入口，5-流出口，6-完整基底，10-钨铼薄膜热电偶，20-冷端温度补偿模块，21-补偿导线，22-放大器，23-冷端传感器，24-微处理器，25-显示模块。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细说明：请参阅图1至图3所示，本专利技术一种基于微流道的钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构，包括钨铼薄膜热电偶10和冷端温度补偿模块20。钨铼薄膜热电偶10包括设有热电偶冷端微流道的基底1，热电偶冷端微流道位于基底1的冷端上，微流道为单层针翅式微流道结构，包括若干针翅3，针翅3的大小及密集程度不相同，越靠近冷端边缘，针本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微流道的钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构，其特征在于，包括热电偶和冷端温度补偿模块(20)；热电偶包括设有热电偶冷端微流道的基底(1)，热电偶冷端微流道位于基底(1)的冷端上；冷端微流道采用针翅式微流道结构，且针翅(3)的大小及密集程度不相同，越靠近基底的冷端边缘，针翅(3)的大小越小且越密集；冷端温度补偿模块(20)包括补偿导线(21)、第一放大器、第二放大器、冷端温度传感器(23)、微控制器(24)和显示模块(25)；补偿导线(21)的一端连接热电偶冷端的合金薄膜正负两极，进而输出热电偶因冷热端温度不同而产生的电压，该电压经第一放大器放大后输入微控制器(24)，冷端温度传感器(23)用于采集环境温度，对热电偶的冷端进行温度补偿，其采集的温度以电压的形式通过第二放大器放大后输入微控制器(24)，微控制器(24)对来自热电偶的电压和冷端温度传感器(23)所输入的电压进行综合处理，转换成温度信号通过显示模块(25)实时显示所测温度。

【技术特征摘要】
1.一种基于微流道的钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构，其特征在于，包括热电偶和冷端温度补偿模块(20)；热电偶包括设有热电偶冷端微流道的基底(1)，热电偶冷端微流道位于基底(1)的冷端上；冷端微流道采用针翅式微流道结构，且针翅(3)的大小及密集程度不相同，越靠近基底的冷端边缘，针翅(3)的大小越小且越密集；冷端温度补偿模块(20)包括补偿导线(21)、第一放大器、第二放大器、冷端温度传感器(23)、微控制器(24)和显示模块(25)；补偿导线(21)的一端连接热电偶冷端的合金薄膜正负两极，进而输出热电偶因冷热端温度不同而产生的电压，该电压经第一放大器放大后输入微控制器(24)，冷端温度传感器(23)用于采集环境温度，对热电偶的冷端进行温度补偿，其采集的温度以电压的形式通过第二放大器放大后输入微控制器(24)，微控制器(24)对来自热电偶的电压和冷端温度传感器(23)所输入的电压进行综合处理，转换成温度信号通过显示模块(25)实时显示所测温度。2.根据权利要求1所述的一种基于微流道的钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构，其特征在于，热电偶为钨铼薄膜热电偶(10)，基底(1)为碳化硅陶瓷基底。3.根据权利要求1所述的一种基于微流道的钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构，其特征在于，针翅之间的区域形成微通道(2)；在微流道的左右两端...

【专利技术属性】
技术研发人员：田边，于秋跃，张仲恺，林启敬，史鹏，杜喆，景蔚萱，蒋庄德，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61