[发明专利]热电偶和温度传感器

说明书

技术领域

本申请涉及热电偶领域，尤其涉及一种热电偶和一种温度传感器。

背景技术

在由两种不同的导体或半导体组成的回路中，如果该两种不同的导体或半导体的两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，这种现象即为塞贝克(Seebeck)效应。上述回路中的电流称为热电流，与热电流对应的电动势称为热电动势，热电动势的大小与上述两个接触点的温差大小正相关，也就是说，该两个接触点之间的温差越大，热电动势越大。

热电偶(thermocouple)是一种测量温度的装置，其测量温度的原理是利用塞贝克效应将温度信号转换成电动势信号，并通过电气仪表转换成被测介质的温度。由于热电偶在测量温度的时候不需要使用外加电源，且热电偶的具有结构简单、测温范围广、精度高等特点，因此，热电偶在温度传感器领域的应用非常广泛。

热电偶的测温性能W除了与温差有关外，还与组成回路材料的电导率σ和塞贝克系数S有关，如公式(1)所示，ΔT表示两个接触点的的温度差值，在ΔT不变的情况下，σ和S越大，W越大，热电偶的测温性能越好。

W＝S²σΔT(1)

然而，对于很多材料(例如，Bi₂Te₃、PbTe、LaS和LaTe)来说，当σ增大时，S却随之减小，寻找一种σ和S同时增大的材料非常困难，有必要从其它途径去提高热电偶的测温性能。

发明内容

本申请提供了一种热电偶和一种温度传感器，通过高电导率材料连接组成热电偶的两种材料，可以提高热电偶的电导率，从而提高了热电偶的测温性能。

一方面，提供了一种热电偶，包括：N型部件和P型部件，该N型部件与该P型部件通过导电材料连接。

现有技术中，热电偶的N型部件和P型部件是直接连接在一起的，通过这种连接方式连接的N型部件和P型部件的连接部位不紧密，N型部件和P型部件的接触面积较小，从而导致整个热电偶的电导率较小，电流强度较小，测温性能不佳。本申请提供的热电偶的N型部件和P型部件通过导电材料连接，该导电材料填充N型部件和P型部件的连接部位的空隙，增大了N型部件和P型部件的接触面积，提高了电导率，从而可以放大微小的测温电流信号，提高了热电偶的测温性能。

可选地，上述导电材料的电导率大于N型部件的电导率，且该导电材料的电导率大于P型部件的电导率。

上述导电材料的电导率大于N型部件和P型部件中任意一个部件的电导率，从而进一步增大热电偶的电导率，提高热电偶的测温性能。

可选地，所述导电材料为黑色导电材料。

热电偶的测温性能与N型部件和P型部件的两个接触点的温度差有关，使用黑色的导电材料连接N型部件和P型部件有利于提高该接触点的红外线吸收效率，使得该接触点的温度上升，当另外一个接触点的温度不变时，两个接触点之间的温度差增大，从而提高了热电偶的测温性能。

可选地，所述导电材料为圆形薄膜，该圆形薄膜的直径大于10微米(μm)小于100μm。

相对于块体导电材料，薄膜导电材料传递热量的速率更快，有利于提高热电偶的响应速率。薄膜导电材料的面积越大，其接触阻抗越小，红外线吸收量越多，更小的接触阻抗会增强塞贝克效应产生的电流，更多的红外线吸收量有利于提高工作端的温度变化速率，从而可以提高热电偶的响应速率。

可选地，所述导电材料为黑色的铂。

可选地，所述N型部件和所述P型部件中的至少一个为薄膜，所述薄膜的宽度小于10μm。

采用薄膜N型部件和/或薄膜P型部件使得热电偶易于变形，有利于制成可穿戴型温度传感设备。此外，在长度不变的情况下，薄膜的宽度越小，与基底的接触面积越小，这样有利于减少被基底吸收的热量，有利于提高两个接触点之间的温度差，从而可以提高热电偶的测温性能。

可选地，所述N型部件和所述P型部件中的至少一种包括碳纳米管(carbon nanotube，CNT)。

CNT是一种在一定温度范围内S与σ同时增大的材料，采用CNT作为热电偶的N型部件和/或P型部件可以提高热电偶的测温性能。

可选地，所述CNT为金属单壁碳纳米管(single-wall carbon nanotube，SWCNT)。

金属SWCNT的响应速度优于半导体SWCNT，且采用金属SWCNT制备热电偶无需设计门电极，从而提高了热电偶的可靠性。

可选地，所述CNT为取向化(aligned)的CNT。