本發(fā)明涉及檢測領(lǐng)域，具體地，涉及一種溫度檢測元件及溫度檢測器。

背景技術(shù)：

隨著國內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展，溫度檢測技術(shù)也有了不斷的進步，目前的溫度檢測使用的方法種類繁多，應(yīng)用范圍也較廣泛，大致包括以下幾種方法：利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計；利用熱電阻效應(yīng)技術(shù)制成的溫度計；以及利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測元件。其中，利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測元件主要是熱電偶。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測元件。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點。

近年來，在溫度檢測技術(shù)領(lǐng)域，多種新的檢測原理與技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，已經(jīng)取得了重大進展。新一代溫度檢測元件正在不斷出現(xiàn)和完善化。晶體管溫度檢測元件半導(dǎo)體溫度檢測元件是具有代表性的溫度檢測元件。半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)比金屬大1～2個數(shù)量級，二級管和三極管的pn結(jié)電壓、電容對溫度靈敏度很高?；谏鲜鰷y溫原理已研制了各種溫度檢測元件。

當前，有技術(shù)提供利用電阻器作為溫度檢測器，代表性的電阻器是熱敏電阻。但是，需要根據(jù)所計測的溫度范圍選定熱敏電阻具有的電阻值，這樣使得熱敏電阻能計測的溫度范圍受到限定。當前，熱敏電阻材料是對將錳(mn)、鎳(ni)、鈷(co)等作為成分的氧化物進行燒結(jié)而成的陶瓷，根據(jù)材料而對變化電阻值有限制。此外，在檢測面中的溫度的情況下，需要使用多個熱敏電阻來檢測溫度的機構(gòu)。在開發(fā)面、立體溫度檢測傳感器時，對形狀和加工性有要求。

針對上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中尚無良好解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)備，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測量范圍寬并且測溫精度高。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種溫度檢測元件，該溫度檢測元件包括：電阻體和電連接在所述電阻體的端部的金屬件；其中所述電阻體包括基線和均勻附著在所述基線上的碳納米管。

進一步地，所述基線為聚酯復(fù)絲線。

進一步地，所述金屬件通過樹脂類導(dǎo)電粘結(jié)劑與所述電阻體的端部電連接。

進一步地，所述電阻體還包括樹脂材料，該樹脂材料與所述碳納米管混合或涂覆在所述電阻體的表面。

進一步地，所述樹脂材料為聚碳酸酯。

進一步地，所述碳納米管為多壁碳納米管。

進一步地，所述電阻體的電阻值為1000ω/cm。

本發(fā)明的另一個方面，提供了一種溫度檢測器，該溫度檢測器包括溫度檢測電路和上述的溫度檢測元件，其中所述溫度檢測元件通過所述金屬件接入所述溫度檢測電路；以及所述溫度檢測電路被配置成根據(jù)所述溫度檢測元件的電阻體的阻值變化確定溫度值。

進一步地，所述電阻體為等距網(wǎng)，其中所述網(wǎng)的每個節(jié)點連接一個所述金屬件。

進一步地，所述電阻體為螺線管，其中所述螺線管的兩個端點各連接一個所述金屬件。

進一步地，所述電阻體為壓接在兩層絕緣基板之間的曲線，其中所述曲 線的兩個端點各連接一個所述金屬件。

進一步地，所述絕緣基板的材料包括以下至少之一者：環(huán)氧樹脂、硅樹脂、碳化硅、氮化鋁以及聚碳酸酯。

通過上述技術(shù)方案，提供了一種利用熱電阻效應(yīng)的溫度檢測元件，元件中的電阻體的基線可以根據(jù)溫度檢測要求被制作成任何合適的形狀，此外，碳納米管具有半導(dǎo)體的特性、比熱高、能實現(xiàn)寬范圍的溫度檢測。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明實施方式提供的溫度檢測元件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a是本發(fā)明一個示例實施方式提供的溫度檢測器；

圖2b是圖2a中圓形測定銷的放大視圖；

圖3a-3b是本發(fā)明另一個示例實施方式提供的溫度檢測器；

圖4是本發(fā)明再一個示例實施方式提供的溫度檢測器；

圖5是本發(fā)明再一個示例實施方式提供的溫度檢測器；以及

圖6是一個示例的受溫度變化影響電阻值變化的曲線圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明實施方式提供的溫度檢測元件結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示， 本發(fā)明實施方式提供的溫度檢測元件可以包括：電阻體100和電連接在所述電阻體的端部的金屬件200；其中所述電阻體100可以包括基線101和均勻附著在所述基線上的碳納米管102。

本發(fā)明實施方式中的碳納米管(cnt)可以通過分散成漿料，然后噴涂附著在基線101上，形成電阻體100。此cnt，通過碳同素體形成，因此具有半導(dǎo)體的特性，也顯示出石墨烯等同樣的特性。通過將cnt分散，并附著于聚酯纖維線，可以使線上擁有均勻的電阻。該電阻體可以由于cnt具有的上述特性，而適合作為溫度傳感器使用。此傳感器具有負溫度特性，并具有優(yōu)良的柔性特征，可以加工成各種各樣的形狀，也是最適合用來構(gòu)成表面溫度檢出器(傳感器矩陣)。在實施方式中所采用的示例的電阻體的電阻值為1000ω/cm。

其中本發(fā)明實施方式提供的電阻體的電阻變化關(guān)系式如下：

δr＝kδt(1)

其中，δr為電阻變化量、δt為溫度變化量、k為系數(shù)且為負值。

通過實施方式提供的電阻體的上述特性，溫度變化可以導(dǎo)致電阻變化，進而可以通過適配的電路(例如，溫度檢測電路)轉(zhuǎn)換為電壓，從而檢測出溫度。

在常溫下，上述電阻體具有一定的電阻值，且具有隨溫度降低，電阻值變大，隨溫度升高，電阻值變小的特性。并且，電阻值變化小，b常數(shù)顯示為低值，呈線性特性，從而測量溫度范圍廣。

實施方式中，可以通過以下公式進行溫度計算：

該公式為攝氏溫度換算公式，tb為溫度變化前的溫度(攝氏度)，ta為 待測溫度(開爾文)，rb為溫度變化前電阻體的電阻(ω)，ra為測試溫度時電阻體的電阻(ω)，b為常數(shù)。其中，b值可以通過實驗測定。例如，實驗可以在隔絕濕度變化的條件下，通過每10℃測量電阻體的電阻變化，通過解方程得到b值?？紤]到電阻傳感器會因產(chǎn)品而不同，因此可以根據(jù)材料的溫度變化及濕度變化的特性，與基準電阻值相比，電阻傳感器每單位設(shè)定b常數(shù)，從這一設(shè)定的b常數(shù)，傳感器電阻阻值的變化向電壓轉(zhuǎn)換，采用從b常數(shù)算出溫度的算法。b常數(shù)小，顯示為直線性，因此其特征在于可進行大范圍溫度檢測。這也同時防止了因材料老化引起的溫度檢測精度的老化。

在本發(fā)明的實施方式中，基線101可以為聚酯復(fù)絲線，例如材料為240dtex－48fll的聚酯復(fù)絲線。本公開中提供的電阻體，其因使用碳納米管材料，因此與金屬連接時，會具有多個接觸點，這樣的接觸，雖然對于材料自身的電阻值沒有影響，然而會對接觸電阻造成極大影響。因此，在本發(fā)明的實施方式中，使用樹脂系的導(dǎo)電膠來設(shè)置電阻體的接觸點。優(yōu)選地，金屬件200可以通過樹脂類導(dǎo)電粘結(jié)劑與所述電阻體的端部電連接。其中，舉例的金屬件的材料可以是銅、金等。

在實施方式中，所述電阻體還可以包括樹脂材料，該樹脂材料與所述碳納米管混合或涂覆在所述電阻體的表面。例如，所述樹脂材料可以為聚碳酸酯(熱傳導(dǎo)率：0.19w/m·k)，聚酯材料的使用可以降低濕度對溫度檢測元件電阻的影響。在優(yōu)選的實施方式一種，所述碳納米管為多壁碳納米管。

利用上述溫度檢測元件的特點，可以將其與溫度檢測電路耦接以實現(xiàn)溫度測量。出于這個目的，本發(fā)明的另一個方面，提供了一種溫度檢測器，該溫度檢測器包括溫度檢測電路和上述的溫度檢測元件，其中所述溫度檢測元件通過所述金屬件接入所述溫度檢測電路；以及所述溫度檢測電路被配置成根據(jù)所述溫度檢測元件的電阻體的阻值變化確定溫度值。

圖2a示出了本發(fā)明一個示例實施方式提供的溫度檢測器(溫度檢測電 路未示出)。圖2a示出的溫度檢測器采用螺線管型的溫度檢測元件，溫度檢測元件的電阻體為螺線管，其中所述螺線管的兩個端點各連接一個金屬件。在圖2a所示的實施方式中，金屬件為銅箔卷成的圓筒，電阻體卷曲在銅箔上固定，并且纏繞在插入圓筒中的鍍金圓形測定銷上。其實電阻體與圓形測定銷可以具有角栓連接的方式，然而角栓連接會破壞金屬體的纖維結(jié)構(gòu)，因此，在本發(fā)明的實施方式中，采用纏繞固定的方式。舉例的圓形測定銷的結(jié)構(gòu)如圖2b所示。

圖3a-3b是本發(fā)明另一個示例實施方式提供的溫度檢測器(溫度檢測電路未示出)。其中圖3a為正視圖，圖3b為側(cè)視圖。如圖3a-3b所示，在實施方式中電阻體(或?qū)щ娎w維)為壓接在兩層絕緣基板之間的曲線，其中所述曲線的兩個端點各連接一個金屬件。金屬件為配線pad(板)或金屬配線，通過導(dǎo)電性樹脂粘結(jié)劑將電阻體與配線pad和金屬配線強力粘合。其中導(dǎo)電性樹脂粘結(jié)劑的電阻比電阻體的電阻低。所述絕緣基板的材料包括以下至少之一者：環(huán)氧樹脂、硅樹脂、碳化硅、氮化鋁以及聚碳酸酯。絕緣基板可以是聚乙烯材料，起到將電阻體與空氣隔絕和保護電阻體的作用。舉例的絕緣基板的材料的熱傳導(dǎo)率如下：環(huán)氧樹脂系(熱傳導(dǎo)率：0.3w/m·k)、硅樹脂系(熱傳導(dǎo)率：0.15w/m·k)、碳化硅(熱傳導(dǎo)率：200w/m·k)、氮化鋁(熱傳導(dǎo)率：150w/m·k)以及聚碳酸酯(熱傳導(dǎo)率：0.19w/m·k)。

在圖3a-3b所示的實施方式中，示出了一條電阻體(或?qū)щ娎w維)的情況，其中m＝20，n＝20，縱向?qū)щ娎w維根數(shù)n＝6，電阻值為12020ω。其中導(dǎo)電纖維的電阻值為1000ω/cm或100ω/mm。因此，電阻體的電阻值可以通過以下公式計算：

r＝n+(m×n)×100(3)

在不同的實施方式中，在絕緣基板與電阻體之間加入功能層可以實現(xiàn)對特定波長的濾除。例如，如圖4所示，在絕緣基板與電阻體之間加入紅外線 截止濾光片，可以制成剪切紅外線類型的溫度檢測元件。在其他實施方式中，可以例如加入紫外線截止濾光片，制成剪切紫外線類型的溫度檢測元件。

圖5是本發(fā)明再一個示例實施方式提供的溫度檢測器(溫度檢測電路未示出)。在圖5所示的實施方式中，電阻體為等距網(wǎng)，其中所述網(wǎng)的每個節(jié)點連接一個金屬件。如圖5所示，將涂布于1kω線材上的cnt電阻體按照10×10的矩陣進行設(shè)置。此時，一邊的基準電阻值變成設(shè)計電阻值的1/4。例如，求(100mm×100mm)的基準電阻。根據(jù)坐標(0,0)、坐標(10,10)的合成電阻，可知道它的基準電阻值為2.5kω，當以坐標(5,5)為基準測定四角傳感器電阻值時，它的基準電阻值變?yōu)?.25kω。也就是通過2點測定基準電阻時，中間的電阻體合成電阻是最小的。所以以坐標(0,0)為基準時，坐標(10,0)，坐標(0,10)，坐標(10,10)的阻值是均等的。換句話說，將測定點放在對角線上，就可以測出整個面的溫度。通過將這種檢測矩陣細化，不僅可以檢測出細小的面的溫度，還可以根據(jù)變化測試點，檢測出面的一部分的溫度。

需要說明的是，圖5所示的實施方式僅示出了10×10的矩陣的形式，事實上，這種矩陣的構(gòu)成可以是無限大的。其電阻的計算可以如下式：

圖6示出了一個示例的受溫度變化影響電阻值變化的曲線圖。其中，將根據(jù)本發(fā)明實施方式的電阻體在2.54mm間隔的基板上，按照2.54mm×9間隔，2根并列排成矩陣狀，測定對角線間電阻受溫度變化引起的電阻變化。如圖6所示，通過使用模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換(ref＝5v12bitad)，判斷可進行1℃(或0.5℃)單位的溫度測量。

通過上述技術(shù)方案，提供了一種利用熱電阻效應(yīng)的溫度檢測元件，元件中的電阻體的基線可以根據(jù)溫度檢測要求被制作成任何合適的形狀，此外， 碳納米管具有半導(dǎo)體的特性、比熱高、能實現(xiàn)寬范圍的溫度檢測。

使用附著有碳納米管的具有均勻電阻值的纖維狀材料，一方面可滿足形狀及加工性的需求，另一方面具有半導(dǎo)體的特點，比熱高，可實現(xiàn)大范圍的溫度檢測的同時，還具有可以在面上配置均勻電阻的特征。以前的熱敏電阻，通過多個或者通過熱傳導(dǎo)媒介(均勻金屬)進行測量，而本發(fā)明實施方式提供的溫度檢測元件，可以形成矩陣狀均勻配置的電阻傳感器，具有可進行面溫度檢測的特征。

以上結(jié)合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。例如，可以將電阻體改變?yōu)閷?dǎo)電纖維。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。