[发明专利]一种基于微流道的钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于微型温度传感器芯片技术领域，具体涉及一种钨铼薄膜温度传感器冷端补偿结构。

背景技术

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E_AB，被称为热电势。热电势E_AB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。

发明内容

本发明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，本发明采用如下技术方案：

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。