[发明专利]热电堆差示扫描量热仪传感器

说明书

一种用于热流型差示扫描量热仪的热流传感器包括双热电堆。热电堆各自包括正极和负极热电偶合金和电气绝缘的陶瓷部件。使用扩散粘合来形成正极与负极热电偶元件之间的热电堆中的热电偶接点，并且将热电偶元件附接到陶瓷部件。

技术领域

本发明实施例一般涉及用于热流型差示扫描量热仪的传感器。

背景技术

热流型差示扫描量热仪（DSC）通常使用基于局部温差来测量的方法。热流型DSC是测量样品测量系统与参考测量系统之间的热流速的差异的双仪器。更通常而言，热流型DSC测量样品与参考系统之间的单个温差。

测量出的热流速被获取为：

其中是样品与参考系统之间测量出的温差，并且R(T)是具有热阻的大小的成比例地取决于温度的因数，即温度除以功率。例如，单位可以是℃/瓦的测量。

温差可以由任何方便的技术来测量，例如通过使用热电偶。温差可以通过单个差示热电偶来测量，其中一个热电偶接点附接到样品系统，并且第二热电偶接点附接到参考系统，并且两个接点被连接作为差示对。在差示对中，两个热电偶的正极引线被电气连接，并且测量热电偶对的负极引线之间的温差。替代地，两个热电偶的负极引线可以被电气连接，并且测量热电偶对的正极引线之间的温差。

关于DSC传感器的优点的有用标志是传感器的电气输出与传感器的热电阻的乘积。该乘积是传感器的灵敏度的测量，每功率单位的电气输出的比率，例如μ伏/瓦。对于差示热电偶而言，这是热电偶的塞贝克系数与传感器热电阻的乘积。

一种用于增加传感器的灵敏度方法是使用热电堆（其是串联的多个热电偶）来测量温差。在热电堆中，相同数量的热电偶接点被安装在样品和参考系统中的每一个上。接点与样品和参考系统上的交替接点串联。例如，样品接点的正极引线连接到参考接点的正极引线，并且样品接点的负极引线连接到另一个参考接点的负极引线。

接点以此方式串联直到所有接点被连接，并且存在一个自由引线接线连接到参考接点以及一个自由引线接线连接到样品接点。自由样品和参考引线接线将都是正极或都是负极。样品与参考系统之间的温差可以从横跨这些接线的电压来确定。在热电堆传感器的状况下，传感器的灵敏度等于样品或参考侧上的热电偶接点的数量、热电偶对的塞贝克系数以及传感器的热电阻的乘积。因此，可以通过使用热电堆来测量温差制造出更高输出传感器。

先前技术包括用于构造热电堆DSC传感器的若干不同方法。这些方法包括：使用薄膜技术将热电堆沉积在电绝缘衬底上，使用厚膜技术（诸如丝网印刷）将热电堆涂覆到电绝缘衬底上、将金属热电偶合金彼此铜焊并且铜焊到陶瓷部件上，以及将受保护的电绝缘热电偶接合到包括热电阻的传感器结构上。Kehl等人的美国专利5,033,866和Schaefer等人的美国专利5,288,147披露使用厚膜技术制造的热电堆DSC传感器。Tanaka等人的美国专利申请2008/0080591披露通过将金属热电偶合金彼此铜焊并且铜焊的陶瓷部件上制造的热电堆DSC传感器。Nishimura等人的美国专利申请2011/0188534披露将受保护的电绝缘热电偶接合到包括热电阻的传感器结构上的热电堆DSC传感器。

然而，这些构造方法中的每一种具有某些缺点。例如，在通过薄膜方法构造的热电堆传感器中，热电偶材料是以通过材料的蒸发沉积的薄膜的形式。这通常将材料的选择限于纯金属，排除了合金的使用。这将热电偶材料的选择限制于通常具有低塞贝克系数的热电偶。因此，使用薄膜技术构造的传感器趋向于具有低敏感度。如果所沉积的膜非常薄，则热电堆的电阻抗相当高。这种高阻抗导致放大差示温度信号的电路中的高电气噪音。