【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器，具体为一种基于热电效应的新型热式流量计及其制备方法。
技术介绍
1、热式流量计是一种常用的计量设备，流量测量的物理基础是热传递，热式流量计根据流体通过被外部热源加热的管道产生的温度场变化、或加热流体上升到某一温度值所需的能量与流体质量之间的关系来测量流体的流量。热式流量计起源于20世纪初的热线风速仪，随着科学技术的发展，热式流量计发展迅速，并应用于多种领域。
2、目前适合工业应用的热式流量计为浸入型热式质量流量计，流量计探头部分由两个热敏电阻构成：流量传感器和温度传感器。当流量计进行测量时，流量传感器被加热，温度传感器用来测量管道内气体的实时温度。热式流量计具有压损低，流量范围度大，高精度、高重复性和高可靠性；但常用的热式流量计响应慢，集成度低，所以需要一种新型热式流量计来解决上述问题。
技术实现思路
1、针对上述存在的问题或不足，为解决现有热式流量计响应慢、集成度低的问题，本专利技术提供了一种基于热电效应的新型热式流量计及其制备方法，利用altp薄膜的特性。
2、一种基于热电效应的新型热式流量计，包括倾斜单晶基片、电发热薄膜、绝缘薄膜、altp热电敏感薄膜和引出电极。
3、所述倾斜单晶基片上依次生长：电发热薄膜、绝缘薄膜和altp热电敏感薄膜，或altp热电敏感薄膜、绝缘薄膜和电发热薄膜；形成叠层结构。
4、绝缘薄膜将电发热薄膜和altp热电敏感薄膜绝缘隔离。
5、其中，altp热电敏感薄膜厚度为1
6、所述电发热薄膜和altp热电敏感薄膜的两端均分别设有引出电极，共通过4根导线进行引出。
7、进一步的，所述倾斜单晶基片上依次生长altp热电敏感薄膜、绝缘薄膜和电发热薄膜时：altp热电敏感薄膜与倾斜单晶基片晶格匹配，绝缘薄膜与altp热电敏感薄膜、电发热薄膜与绝缘薄膜无需晶格匹配；以使得整个热式流量计性能更佳。
8、进一步的，所述倾斜单晶基片上依次生长电发热薄膜、绝缘薄膜和altp热电敏感薄膜时：绝缘薄膜与altp热流敏感薄膜需要晶格匹配，倾斜单晶基片与电发热薄膜、电发热薄膜与绝缘薄膜无需晶格匹配；以使得整个热式流量计性能更佳。
9、进一步的，所述倾斜单晶基片为沿c轴倾斜5°-45°的laalo3、srtio3、mgo、ysz或al2o3单晶基片。
10、进一步的，所述altp热电敏感薄膜采用n(n≥2)根平行于单晶基片倾斜方向的热电线条由导电金属线条以首尾相连方式串联，以增加其有效长度，提高灵敏度。
11、如图1所示，当电发热薄膜发热，altp热流敏感薄膜表面被加热，流量计表面有流体流动时，altp热电敏感薄膜产生对应的纵向温度梯度，由于横向塞贝克效应，altp热电敏感薄膜会产生一个垂直于温度梯度方向的热电势，热电势的大小和热电敏感薄膜的有效长度成正比，且沿薄膜倾斜方向的给定长度的热电线条的有效长度最长。若采用n根平行于倾斜方向的热电线条由导电金属线条以首尾相连方式串联在一起，则它们产生的热电势会进行叠加。在传感器尺寸不变的情况下，通过改进工艺，增加串联的热电线条数量，可以提高传感器的灵敏度；进而达成提升热式流量计的性能。
12、上述基于热电效应的新型热式流量计的制备方法，包括以下步骤：
13、步骤1、通过溅射、金属有机化学气相沉积或脉冲激光沉积方法在倾斜单晶基片上制备电发热薄膜/altp热电敏感薄膜。
14、步骤2、通过溅射、金属有机化学气相沉积或脉冲激光沉积方法在电发热薄膜/altp热电敏感薄膜制备绝缘薄膜。
15、步骤3、通过溅射、金属有机化学气相沉积、脉冲激光沉积或蒸发方法在绝缘薄膜上制备altp热电敏感薄膜/电发热薄膜。
16、步骤4、通过光刻和溅射在电发热薄膜和altp热电敏感薄膜的两端分别制备引出电极，共计四处，并分别连接外接导线。
17、原子层热电堆(altp)具有横向塞贝克效应，是一种薄膜热电材料，具有灵敏度高，响应速度快等优点。当倾斜生长的altp外延薄膜的上下表面存在温差时，由于材料载流子输运的各向异性导致了垂直于温度梯度方向产生一个热电势，热电势的大小与温度梯度以及垂直温度梯度的方向的材料的有效长度有关。由于原子层热电堆对热传导十分敏感，常被用于制备热流传感器，被广泛运用于高频大热流测试，目前尚未有利用原子层热电堆热流敏感薄膜制备流量计的报道。
18、本专利技术在流量测量时，电发热薄膜被加热至一稳定的温度，向周围提供稳定的温度梯度场，当流体流速为零时，电发热薄膜的温度场会使altp热流敏感薄膜的上下表面形成稳定的温差，并输出一个稳定的热电势。当流体流动时，流体流动带走热量，altp热流敏感薄膜上下表面的温差随流体流动发生变化，热电势输出也随之改变。
19、综上所述，本专利技术基于热电效应，通过将电发热薄膜、绝缘薄膜和热电敏感薄膜生长在倾斜单晶基片上，开创性地将加热器和传感器集成为三维叠层结构，提供了一种流量计小型化的新思路，提高了热式流量计的集成度和响应速度，降低了使用复杂度。在保证流量计小型化的前提下，既提高了流量计的灵敏度，还提高了流量计的可靠性。通过电发热薄膜发热，流体流动产生热流信号，altp热电敏感薄膜产生与热流对应的纵向温度梯度，产生横向热电势；并进一步提供通过将altp热电敏感薄膜形成n条首尾相连方式串联的热电线条，显著提高了热电线条的长度，提高了传感器灵敏度的更优解。基于此，在传感器尺寸不变的情况下，通过改进工艺，增加串联的热电线条数量，从而提高传感器的灵敏度，适应不同流量测量场景要求；解决了现有热式流量计响应慢、集成度低的问题。
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1.一种基于热电效应的新型热式流量计，其特征在于：包括倾斜单晶基片、电发热薄膜、绝缘薄膜、ALTP热电敏感薄膜和引出电极；
2.如权利要求1所述基于热电效应的新型热式流量计，其特征在于：
3.如权利要求1所述基于热电效应的新型热式流量计，其特征在于：
4.如权利要求1所述基于热电效应的新型热式流量计，其特征在于：所述倾斜单晶基片为沿c轴倾斜5°-45°的LaAlO3、SrTiO3、MgO、YSZ或Al2O3单晶基片。
5.如权利要求1所述基于热电效应的新型热式流量计，其特征在于：所述ALTP热电敏感薄膜采用N根平行于单晶基片倾斜方向的热电线条由导电金属线条以首尾相连方式串联，以增加其有效长度，提高灵敏度，N≥2。
6.如权利要求1所述基于热电效应的新型热式流量计的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于热电效应的新型热式流量计，其特征在于：包括倾斜单晶基片、电发热薄膜、绝缘薄膜、altp热电敏感薄膜和引出电极；
2.如权利要求1所述基于热电效应的新型热式流量计，其特征在于：
3.如权利要求1所述基于热电效应的新型热式流量计，其特征在于：
4.如权利要求1所述基于热电效应的新型热式流量计，其特征在于：所述倾斜单晶基片为沿c轴倾斜5°-...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶伯万，田鸿博，赵睿鹏，陈曦，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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