基于电磁波强度测量微热板表面温度的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电磁波强度测量传感器微热板表面温度的方法。首先是制作Ｓｉ基样品片和微热板，然后在绝热隔光环境中，测量Ｓｉ基样品片表面一定立体角下一定波长的电磁波强度和Ｓｉ基样品片的表面温度，以此获得Ｓｉ基样品片电磁波强度与表面温度关系的标定曲线；再将切割Ｓｉ基样品片获得的微热板置于绝热隔光环境中，测量微热板表面相同的立体角下相同波长的电磁波强度，对照电磁波强度与温度关系的标定曲线，即可获得微热板表面被测区域的温度。通过选择不同直径的电磁波强度测定仪探头可以对不同面积大小的微区进行测量，并且能够对微热板表面进行逐点测量，得到微热板表面的温度分布情况，从而实现以非接触的方式测量微热板表面温度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测温
，具体涉及一种基于电磁波强度测量传感器微热板表面温度的方法。
技术介绍
气体传感器已经广泛应用于工业、农业、电子业以及家居生活等领域。传统的气体传感器以烧结型为主，其功耗高，一致性差。新型的微结构气体传感器通常以Si为基底，采用半导体制作技术，在一致性、均匀性、微型化等方面较传统传感器相比有很多优势，易于实现传感器的集成化和低功耗。微结构气体传感器属于化学传感器，敏感材料只有被加热到一定温度，它的化学活性才能被有效地激发出来。微热板作为微结构气体传感器的一个重要组成部分，为敏感层提供必要的热量，使其达到工作温度。微热板的性能，将直接关系到敏感材料能否正常发挥其特性。因此，对微热板表面温度的测量是一项极具实际意义的工作。传统的测温方法分为接触式与非接触式两种。接触式的测温方式以热电偶式和热电阻式为主，其基本原理是将测量探头与待测物体相接触，通过热传导改变测量探头的温度，从而引起测量探头的电流或者电阻的变化，对于微热板来说，由于它的表面积与探头的面积相当或者还要小，这种测温方式会改变其表面的温度分布，导致测量的不准确。非接触式测温是将被测物体发出的辐射能经过聚焦后入射到光电器件产生脉冲电流来进行测温，但是由于微热板的表面积小(一般小于2×2mm2)，而这种测温方式中的光斑区相对过大，因而无法进行准确测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用微热板表面电磁波强度与温度的关系，提供一种基于电磁波强度的测量传感器微热板表面温度的方法，从而能够以非接触的方式测量微热板表面温度。任何温度高于绝对零度的物体都具有一定的电磁能量，能量的大小取决于物体的物理特性和温度。物体在某一温度下，一定立体角内的一定波长的电磁波强度是一定的。我们利用电磁波强度和温度之间的对应关系来测量微热板的表面温度。单个的微热板很难直接测量出电磁波强度和温度之间的关系曲线。但是大部分微热板都是基于半导体工艺生长在Si基底上的，其结构如图1所示微热板是通过在Si衬底101上生长SiO2绝缘层102，并溅射上金属Ti作为粘合层103，再溅射金属Pt作为信号电极与加热电极104，最后进行切割并连接引线来实现的。选择微热板被切割前的Si基样品片来测定标定曲线，这种Si基样品片的面积足够大，热电偶对其温度的影响可以忽略，并且具有和单个微热板相同的结构属性，因而具有相同的电磁波强度和温度关系(即电磁波强度与温度关系标定曲线)。测量得到标定曲线后，每次测量微热板的电磁波强度，就可以对照标定曲线得到其表面温度。本方法包括如下步骤a、在Si衬底上生长出厚度为1000～5000的SiO2作为绝缘层，并溅射上厚度为100～1000的金属Ti作为粘合层，再溅射厚度为1000～5000的金属Pt作为信号电极和加热电极层，然后刻蚀掉版图形状以外的Pt与Ti并进行切割，最后连接引线使微热板得以实现。选择面积大于1×1cm2切割制作微热板前的Si基样品片作为标定曲线测量样品。由于微热板的工作温度通常在300℃左右，所以我们在测量标定曲线时通常将Si基样品片从室温加热到400℃左右；b、在绝热隔光环境中，利用电磁波强度测定仪通过测定仪探头探测置于样品放置平台上的Si基样品片表面的一定立体角内的某一波长的电磁波强度，利用热电偶探头与热电偶测温计对Si基样品片表面温度进行测量，调节直流稳压电源的输出电流，以控制加热丝热生成率，记录不同温度时Si基样品片的电磁波强度，以此获得电磁波强度与Si基样品片表面温度关系标定曲线；c、将切割获得的微热板置于在绝热隔光环境中，利用电磁波强度测定仪通过测定仪探头探测置于样品放置平台上的微热板表面的相同立体角内的同一波长的电磁波强度，调节直流稳压电源至所需输入电流，记录此时电磁波强度大小，对照电磁波强度与温度关系标定曲线，即可获得该电流时微热板表面被测区域的温度；d、通过调节底座，改变所测微热板微区位置，逐点测量即得到微热板表面温度分布图。即本专利是先制作Si基样品片和微热板，然后在绝热隔光环境中，对Si基样品片表面一定立体角内的某一波长的电磁波强度和温度进行测量，记录不同温度时Si基样品片的电磁波强度，以此获得Si基样品片电磁波强度与表面温度关系的标定曲线；再将切割Si基样品片获得的微热板置于在绝热隔光环境中，对微热板表面相同立体角内的相同波长的电磁波强度进行测量，对照电磁波强度与温度关系的标定曲线，即可获得微热板表面被测区域的温度。通过选择不同直径的电磁波强度测定仪探头可以对不同面积大小的微区进行测量，通过调节底座，可以精确定位微热板的位置，并且能够对微热板表面进行逐点测量，得到微热板表面的温度分布情况，从而实现以非接触的方式测量微热板表面温度。本专利所述方法，所测量样品可以是任意基底上生长制造出的微热板。隔光绝热外壳可以为任何能阻碍测量系统与外界进行热交换和减小外界辐射影响的外壳。电磁波强度测定仪探头可以为任意口径，以满足不同大小的微区温度测量。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1基于半导体工艺生长在Si基底上的微热板结构示意图；图2Si基样品片电磁波强度与温度关系标定曲线测量装置示意图；图3微热板电磁波强度测量装置示意图；图4制作微热板的版图结构示意图；图5获得的Si基样品片电磁波强度与温度关系的标定曲线；图6实验测得的微热板表面温度分布云图。如图1所示，其各部件的名称为Si衬底101，SiO2绝缘层102，金属Ti粘合层103，金属Pt信号电极与加热电极104。如图2所示，各部分名称分别为电磁波强度测定仪1(还可以选用光电高温计、辐射温度计、比色温度计、光功率计、光纤温度传感器或光纤辐射温度计)、电磁波强度测定仪探头2(或光电高温计探头、辐射温度计探头、比色温度计探头、光功率计探头、光纤温度传感器探头、光纤辐射温度计探头)、探头位置调节螺旋3、热电偶测温计4(或玻璃液体温度计、压力式温度计、双金属温度计、热电阻测温计、集成温度传感器测温计、石英晶体温度计)、热电偶探头5(或玻璃液体温度计探头、压力式温度计探头、双金属温度计探头、热电阻测温计探头、集成温度传感器测温计探头、石英晶体温度计探头)、Si基样品片6、置于导热样品平台8下面的加热丝7、导热样品平台8、底座9、直流稳压电源10、绝热隔光外壳11，底座9和绝热隔光外壳11共同构成密闭的绝热隔光环境。电磁波强度测定仪探头2、热电偶探头5、Si基样品片6、加热丝7、导热样品平台8均放置在绝热隔光外壳11中，电磁波强度测定仪探头2通过探头位置调节螺旋3与电磁波强度测定仪1连接，热电偶探头5与热电偶测温计4连接。探头位置调节螺旋3能够调节探头在垂直方向上的位置，它固定在绝热隔光外壳11上，对电磁波强度测定仪探头2相对于Si基样品片6的垂直距离进行调节，电磁波强度测定仪探头2与Si基样品片6的垂直距离决定了所测量的范围的大小，也就是决定了所测量区域与探头所形成的圆锥体的顶角(空间角)的大小(理论上的测量范围为0°到180°，但实际实验中的范围小于此数值)。导热样品平台8固定在底座9上，底座9具有横向位置调节螺旋、纵向位置调节螺旋与角度调节螺旋，能够调节导热样品平台8相对于电磁波强度测定仪探头2的位置以及角度，从而控制Si基样品片6的位置以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电磁波强度测量微热板表面温度的方法，其步骤包括：（ａ）在Ｓｉ衬底（１０１）上生长出厚度为１０００＊～５０００＊的ＳｉＯ↓［２］作为绝缘层（１０２），并溅射上厚度为１００＊～１０００＊的金属Ｔｉ作为粘合层（１０３），再溅射厚度 为１０００＊～５０００＊的金属Ｐｔ作为信号电极和加热电极层（１０４），然后刻蚀掉版图形状以外的Ｐｔ与Ｔｉ并进行切割，最后连接引线使微热板（３５）得以实现；（ｂ）在绝热隔光环境中，利用电磁波强度测定仪（１）通过电磁波强度测定仪探头（２ ）探测置于导热样品放置平台（８）上的Ｓｉ基样品片（６）表面一定立体角内的某一波长电磁波强度，利用热电偶探头（５）与热电偶测温计（４）对Ｓｉ基样品片（６）表面温度进行测量，调节直流稳压电源（１０）的输出电流，以控制加热丝（７）热生成率，记录不同温度时Ｓｉ基样品片表面某一波长的电磁波强度，以此获得电磁波强度与表面温度关系标定曲线；（ｃ）将切割获得的微热板（１２）置于在绝热隔光环境中，利用电磁波强度测定仪（１）通过电磁波强度测定仪探头（２）探测置于绝热样品放置平台（１３）上 的微热板（１２）表面的相同立体角内的同一波长的电磁波强度，调节直流稳压电源（１０），记录此时电磁波强度大小，对照电磁波强度与温度关系标定曲线，即可获得此时微热板表面被测区域的温度；（ｄ）通过调节底座９改变所测微热板微区的位置，逐点测 量得到微热板表面温度分布图。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张彤，漆奇，刘奎学，刘丽，徐宝琨，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]