一种对异质结构间二维界面温度检测的方法及其结构技术

本发明专利技术公开一种对异质结构间二维界面温度检测的方法及其结构。通用地，检测的总体方法框架是将热敏电阻型材料元件与测温界面进行物理连接，再通过电子部件对热敏电阻材料元件进行模数信号转换，从而输出温度数值。本发明专利技术的方法采用一维热传导模型，可大幅提高温度传感输出数字的准确度。利用测温体表面一个足够小的部位，该部位质地均匀并且材料的热学参数相对固定，因而在热量流动的模式上，可接近理想二维平面的一维热传导模型，输出的温度数值具有可控的更小的偏差，同时增强实时性。本发明专利技术方法可应用于高精度测温要求的场景，如人体体表、机械电子装置表面、新能源电池电芯、发热不燃烧电子烟具等。热不燃烧电子烟具等。热不燃烧电子烟具等。

【技术实现步骤摘要】
一种对异质结构间二维界面温度检测的方法及其结构


[0001]本专利技术涉及温度检测
，特别涉及一种对异质结构间二维界面温度检测的方法及其结构。

技术介绍

[0002]应用广泛的温度检测场景，绝大部分都属于针对固态物体表面(即二维界面)的温度检测类型，如人体皮肤体温检测、各种设备及物体表面发热检测等。当今工业界通常利用热传导原理或热辐射原理来监测物体表面温度。后者如红外测温枪，受对流和外部干扰影响较大，所以在更高精度测温要求场景一般采用热传导原理。热传导测温的通用方法框架是，将电阻型热敏元件固定在被测温界面，引出两条电极线到电路系统，由ADC模数转化部件采集热敏元件的电阻值来实现温度输出。被检测界面的两侧空间一般具有不同材质(比如一个暴露于空气中的物体)。这两种异质材料空间一般具有不同的温度(比如在常温下检测某个发热设备体的表面)。在达到传热稳态的某一时刻，在两种介质之间将形成一个温度梯度下降的空间场。温度传感器的本质，即是输出在该温度场中热敏元件的电阻值读数，再进行算法关联修正并输出温度数值，其中热敏元件所处在稳态温度梯度场空间中的位置以及装配一致性，直接决定了温度传感器准确度和产品品质。随着科技发展带来的物质世界的不断丰富，将不断产生更高要求的温度检测需求，要求更低的温度检测偏差，更高的装配一致性，从而避免重大的热失效事故，如新能源电池电芯、各种电机、各种控制装备等等。当前传统的方法，测温输出准确度和响应及时性均存在明显的不足。
[0003]传热学理论模型是基于对空间平面的热通量及空间点温度值的数学关系描述，在实际应用中，往往需要对各种各样的物体表面进行温度检测。通用地，一般使用热敏电阻型元件固定到测温体表面附近，再将热敏电阻型元件两端的电导线连到模数转换电路，通过电阻—温度转换输出温度数值。但因传统热敏电阻本身的几何尺度较大且三维尺寸比例比较接近，以及测温装置的制造工艺、封装方式方法等的各种工艺限制、装配一致性低等原因，导致输出温度数值的偏差和不一致性均较大。具体地，在对暴露在空气中的物体表面进行温度检测时，二维界面两侧的物质一般具有不同的导热系数、比热容等参数和不同的温度值，空气和测温物体表面之间的温度差导致存在一个温度场分布，如图1所示，界面两侧物质的温度T0和Tn的差值，稳态时在T0和Tn之间的空间存在一个温度下降梯度场。
[0004]界面的两侧为不同材质、不同导热系数和比热容的物质。大部分时候可认为界面两侧是温度不同的恒温体。感温元件一般为具有温度效应的热敏电阻型材料元件，在热敏电阻型材料元件主体的两端具有金属电极用于导电引线。一般采用的感温元件通常为三维尺寸材料构成(如过渡金属氧化物陶瓷烧结体)，在二维界面温度检测的场景中，该热敏元件的电阻读数体现的是温度场中该元件自身小三维空间内的平均温度值，装配时采用硅脂填充的方式也具有几何尺寸不一致性，因此输出的温度偏差和随机性都比较大。在较高要求的测温场景下，实际输出温度的评估偏差值一旦超过系统设计容错上限，则会导致控制机构的热失效事故。
[0005]因此，如何优化设计测温装置，妥善安排敏感元件内部温度梯度场内的空间位置，使得其读数与被测表面真实温度值的偏差和不确定性之和(Terror)，不超过测温系统设计目标的容错上限，是高精度温度传感器设计的关键。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的是提供一种对异质结构间二维界面温度检测的方法及其结构，以解决现有技术中存在的不足。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种对异质结构间二维界面温度检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]S10：把膜或片状载体通过物理或化学方法固定在被测温物体表面；
[0010]S20、把薄平板型热敏元件通过物理或化学沉积等方法固定在膜或片状载体表面；
[0011]S30、在热敏元件的两端分别引出两条电导线；
[0012]S40、在热敏元件被测温物体的一侧封装有隔热层。
[0013]进一步地，在所述的S10中，所述的膜或片状载体为金属、高导热陶瓷或有机薄膜。
[0014]进一步地，在所述的S10中，所述的膜或片状载体的厚度为微米级。
[0015]进一步地，在所述的S20中，所述的薄平板型热敏元件的厚度(δ)为：0μm<δ<5μm。
[0016]进一步地，在所述的S30中，所述的薄平板型热敏元件通过两边的两条导线分别与外部测温装置连接。
[0017]进一步地，所述的隔热层为低导热系数材料。
[0018]本专利技术还提供一种对异质结构间二维界面温度检测的结构，用于实现上述对异质结构间二维界面温度检测的方法，包括：
[0019]膜或片状载体，通过物理或化学方法固定在被测温物体表面；
[0020]薄平板型热敏元件，通过物理或化学沉积等方法固定在膜或片状载体表面；所述的薄平板型热敏元件的两端分别引出两条导线，并与外部测温装置连接。
[0021]隔热层，封装在薄平板型热敏元件的另一侧面上。
[0022]本专利技术将传统的三维热传导模型，降低为近似一维热传导模型，大幅提高了温度传感的准确度。利用测温体表面一个足够小的部位，质地均匀，材料的热学参数固定，因而在热量流动的模式，可接近理想二维平面的一维热传导模型。可以更加精准实时检测物体表面的温度。应用于比如人体体表、机械电子装置表面、新能源电池电芯、各种机电装备等重要场景。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术技术中两侧物质的温度T0和Tn的差异示意图；
[0025]图2为传统ntc热敏元件的装配原理图；
[0026]图3为本专利技术实施例提供的对异质结构间二维界面温度检测装配原理图；
[0027]图4为本专利技术实施例提供的对异质结构间二维界面温度检测方法流程图；
[0028]图5为本专利技术实施例提供的对异质结构间二维界面温度检测结构图；
[0029]图6为本专利技术提供的对异质结构间二维界面温度检测结果与传统ntc检测结果对比图。
[0030]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对异质结构间二维界面温度检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：把膜或片状载体通过物理或化学方法固定在在被测温物体表面；S20、把薄平板型热敏电阻型元件通过物理或化学沉积等方法固定在膜或片状载体表面；S30、在薄平板型热敏电阻型元件的两端分别引出两条电导线；S40、在薄平板型热敏电阻型元件外表面的一侧封装有隔热层。2.根据权利要求1所述的一种对异质结构间二维界面温度检测的方法，其特征在于，在所述的S10中，所述的膜或片状载体为金属、高导热陶瓷或有机薄膜等。3.根据权利要求1所述的一种对异质结构间二维界面温度检测的方法，其特征在于，在所述的S10中，所述的膜或片状载体的厚度为微米级。4.根据权利要求1所述的一种对异质结构间二维界面温度检测的方法，其特征在于，在所述的S20中，所述的热敏元件的厚度(δ)为：0μm<δ<5μm。5.根据权利要求1所述的一种对异质结构间二维界面温度检测的方法，其特征在于，在所述的S30中，所述的热敏元件通过两端的两条导线分别与外部电子测温...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光祥，李延，周烽，
申请(专利权)人：深圳感碳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：