CN101149295B

CN101149295B - 热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法及无扰温度传感器

Info

Publication number: CN101149295B
Application number: CN200710060032A
Authority: CN
Inventors: 隋修武
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: CN101149295A

Abstract

一种热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法及无扰温度传感器。方法：制作碳纤维材料，并制作碳纤维束；对碳纤维束的表面进行处理制成碳纤维引线；将碳纤维引线的一端与热敏电阻进行粘接，另一端与铜导线粘接；对碳纤维引线与热敏电阻引脚及铜导线的粘接点进行表面处理；封装。无扰温度传感器是，热敏电阻的每只引脚上连接两根碳纤维高阻导线，碳纤维高阻导线的另一端分别通过铜导线连接运算放大器的两个输入管脚、恒流源以及接地，而运算放大器的输出端为温度传感器的输出端；在碳纤维高阻导线的外部还套有密封保护套热敏电阻和与恒流源、运算放大器连接的以及接地的铜导线露在外部。本发明制作工艺简单，成本低，线径小，探头体积小，具有很好的柔韧性。

Description

热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法及无扰温度传感器

技术领域

本发明涉及一种温度传感器。特别是涉及一种制作工艺简单，成本低，线径小，探头体积小，具有很好的柔韧性的热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法及无扰温度传感器。

背景技术

随着微波加热技术的迅速发展和广泛应用，微波场下的温度测量提出了越来越高的要求，特别是在微波热疗技术的迅速发展和广泛应用中，准确度和抗干扰性成了必须解决的两个难题。

微波治疗仪具有很好的治疗效果，是一种很有前途的治疗方法。微波治疗就是利用微波辐射对肿瘤组织的热效应达到杀死肿瘤细胞的目的，治疗肿瘤的理想温度是43℃。温度是杀死肿瘤细胞的关键因素，在(42±1)℃下，可引起细胞存活率的成倍变化，临床要求测温精度应该在±0.2℃之内。所以，精确定量加温技术与测温技术是微波热疗提高疗效的关键技术问题，而精确的温度测量是进行精确控温的基本前提，温度测量要求精度高、响应快、具有良好的稳定性和抗电磁干扰的能力。

在中国微波热疗仪采用的测温传感器有热电偶、高阻导线热敏电阻、红外测温仪、光纤温度传感器等。若传感器探头和传输线都采用导体，在微波场中会受到微波的干扰，测量温度时要产生误差，一般应进行停机测温。这就影响到治疗的连续性，并且关机期间温度会有所变化而引起测温不准。红外测温仪测温时要受物体发射率、气雾的影响，并且测温视场小，使用起来不太便捷。超声波测温技术、光纤温度传感器造价昂贵，有待进一步开发研究，限制了它们在微波场测温中的推广应用。

国际上公认的高阻抗介质导线——热敏电阻测温探头，如Bowman探头、BSD公司的测温探头等，成功地解决了电磁场环境下引线的自加热效应和电磁辐射产生的干扰问题，同时采用计算机控制技术，对温度传感器进行自动校准，大大提高了测温的准确性和可靠性。

目前在中国对高阻抗介质导线也有很多研究和应用，例如天津大学研制的光学纤维基体高阻导线、耐温塑料介质高阻导线等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种制作工艺简单，成本低，线径小，探头体积小，具有很好的柔韧性，便于与微波辐射器一起安装的热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法及无扰温度传感器。

本发明所采用的技术方案是：一种热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法，包括有如下步骤：

第一步：首先制作碳纤维材料，然后用制成的碳纤维材料制作碳纤维束；所述的制作碳纤维材料，是将基材聚丙烯腈基在900～1200℃高温下的惰性气体中碳化，并调节含碳量为50～70％，制成PAN型碳纤维材料。

第二步：对碳纤维束的表面进行处理，制成碳纤维引线，即高阻导线；

第三步：将制成的高阻导线的一端与热敏电阻进行粘接，将高阻导线另一端与铜导线粘接；

第四步：对高阻导线与热敏电阻引脚的粘接点和高阻导线与铜导线的粘接点进行表面处理；

第五步：封装。

所述的制作碳纤维束，是将PAN型碳纤维材料制成碳纤维丝，并用制成的碳纤维丝组成直径为0.1～0.3mm、长度为18～22cm的碳纤维束。

所述的对碳纤维束的表面进行处理，制成高阻导线，是对每条碳纤维束涂上一层绝缘漆后，先将碳纤维束固定好，放入高温箱内，在160～200℃下加热15～30分钟，取出，测量碳纤维束表面的绝缘情况，如果绝缘达不到设定的要求，再涂上一层绝缘漆。

所述的将制成的高阻导线的一端与热敏电阻进行粘接，将高阻导线另一端与铜导线粘接是，用碳黑粉未、合成树脂、甲苯或甲基异丁酮按1∶1∶1至1∶5∶5的比例配比，经研磨成导电碳浆，然后用碳浆将热敏电阻的引脚与高阻导线的一端粘在一起，将高阻导线的另一端与铜导线粘在一起，并放入高温箱中，在115～130℃下加热15～30分钟，使碳聚合。

所述的热敏电阻的引脚的长度为2-3mm。

所述的对高阻导线与热敏电阻引脚的粘接点和高阻导线与铜导线的粘接点进行表面处理，是在高阻导线与热敏电阻引脚的粘接点表面及高阻导线与铜导线的粘接点表面涂上一层绝缘漆，然后将高阻导线和热敏电阻及铜导线一起固定好，放入高温箱内，在115～130℃下加热15～30分钟后，测量粘接点表面的绝缘情况，如果绝缘达不到设定的要求，再涂上一层绝缘漆。

所述的封装，是在高阻导线外加套一层保护套管来提高线的强度，套管的端口用硅胶封住，其套管的一端只将热敏电阻的头部露出，另一端只露出与高阻导线相连的四根铜导线。

本发明的热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法及无扰温度传感器，采用新型材料碳纤维制作高阻导线，用此高阻导线作为热敏电阻的信号引出线，制作出高阻导线——热敏电阻温度传感器，在微波热疗中进行无扰测温，从而具有如下优点：

1、避免了在微波近场中，测温探头引线产生感应电流，直接成为干扰信号。

2、避免了感应电流在探头及导线上产生欧姆热，使其自身温度升高，引起测量误差。

3、新型材料碳纤维高阻导线，制作工艺简单，成本低，线径小，探头体积小，具有

很好的柔韧性，便于与微波辐射器一起安装。

附图说明

图1是本发明的无扰温度传感器的结构示意图。

其中：

1：热敏电阻 2：粘接点

3：高阻导线 4：保护套

5：粘接点 6：铜导线

7：恒流源 8：运算放大器

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法及无扰温度传感器。

本发明的热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法及无扰温度传感器，采用了高灵敏度微型NTC热敏电阻作为感温元件，采用新型材料碳纤维制作高阻导线，用此高阻导线作为热敏电阻的信号引出线，制作出高阻导线——热敏电阻温度传感器，在微波热疗中进行无扰测温，成功解决微波热疗中的测温技术难题，制作出测温精度高、稳定性好、抗干扰能力强、可靠性好、体积小、成本低的新型测温探头。

本发明的高阻导线无扰温度传感器制作方法，包括有如下步骤：

第一步：首先制作碳纤维材料，然后用制成的碳纤维材料制作碳纤维束，

所述的制作碳纤维材料，是将基材聚丙烯腈基(Polyacrylonitrile)在900～1200℃高温下的惰性气体中碳化，并调节含碳量为50～70％，制成PAN型碳纤维材料。这种PAN基碳纤维材料具有高刚性、高强度模量高达2-7Gpa、一定的导电性电阻率8Ω.cm、耐疲劳，使用寿命长、具有屏蔽电磁波的功能等优点。

本实施例是将基材聚丙烯腈基在1000℃高温下的惰性气体中碳化，并调节含碳量为60％左右，制成PAN型碳纤维材料，然后将碳纤维材料制成的碳纤维丝若干，组成直径为0.2mm，长度为20cm的碳纤维束。

第二步：对碳纤维束的表面进行处理，制成碳纤维引线。

所述的对碳纤维束的表面进行处理，制成碳纤维引线，是先对每条碳纤维束涂上极薄的一层绝缘漆后，先将碳纤维束固定好，放入高温箱内，在160～200℃下加热15～30分钟，取出，测量碳纤维束表面的绝缘情况，如果绝缘达不到设定的要求，再涂上一层绝缘漆。

本实施例是在4条碳纤维束表面涂上极薄的一层绝缘漆，然后将碳纤维束固定好，放入高温箱内，在180℃下加热20分钟，取出，测量碳纤维束表面的绝缘情况，如果绝缘达不到设定的要求，再处理一次，制成4颗碳纤维引线。

第三步：将制成的碳纤维引线的一端与热敏电阻进行粘接，将碳纤维引线的另一端与铜导线粘接；

所述的将制成的碳纤维引线与热敏电阻进行粘接，用碳黑粉未、合成树脂(环氧树脂与酚醛树脂按1∶1合成)、甲苯(或甲基异丁酮)按1∶1∶1至1∶5∶5的比例配比，经长时间研磨成导电碳浆，并使热敏电阻的引脚的长度为2-3mm。然后用碳浆将热敏电阻的引脚与碳纤维引线的一端粘在一起，将碳纤维引线的另一端与铜导线粘在一起，并放入高温箱中，在115～130℃下加热15～30分钟，使碳聚合。这样，既保证了热敏电阻的引脚与碳纤维引线之间以及碳纤维引线与铜导线之间具有良好的导电性，又有一定的强度。本实施例是在120℃下加热20分钟使碳聚合。

所述的对碳纤维引线与热敏电阻引脚的粘接点及碳纤维引线与铜导线的粘接点进行表面处理，是在碳纤维引线与热敏电阻引脚的粘接点表面及碳纤维引线与铜导线的粘接点表面涂上极薄的一层绝缘漆，然后将碳纤维引线和热敏电阻及相连的铜导线一起固定好，放入高温箱内，在115～130℃下加热15～30分钟后，测量粘接点表面的绝缘情况，如果绝缘达不到设定的要求，再涂上一层绝缘漆。

经过上述的反复2-3次的高温处理，可以保证高阻导线阻值的稳定和4条高阻导线间的彼此绝缘。由此法制作的每根高阻导线的电阻值约为500kΩ左右。

第五步：封装。

所述的封装，是在高阻导线外加套一层保护套管来提高线的强度，套管的端口用硅胶封住，其套管的一端只将热敏电阻的头部露出，另一端只露出与高阻导线相连的四根铜导线6。

如图1所示，采用本发明的热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法制作的无扰温度传感器，包括有热敏电阻1和运算放大器8，所述的热敏电阻1两只引脚的每只引脚上连接两根碳纤维高阻导线3，其中，分别与热敏电阻1两只引脚相连的两根碳纤维高阻导线3的另一端又分别通过铜导线6连接运算放大器8的两个输入管脚，而运算放大器8的输出端为温度传感器的输出端，与热敏电阻1两只引脚相连的另外两根碳纤维高阻导线3的另一端分别通过铜导线6连接恒流源7以及接地；在四根碳纤维高阻导线3的外部还套有保护套4，所述的保护套4的两端为密封结构，其中一端露出有热敏电阻1，另一端露有与恒流源7、运算放大器8连接的以及接地的铜导线6。

对碳纤维高阻导线温度传感器与PE膜(耐温塑料介质)高阻导线温度测头进行了对比实验，实验数据表明前者具有很好的抗干扰能力和较高的测温准确度，几乎不受微波干扰，测温精度可达0.1℃，明显高于后者，并且稳定性极高，长时间波动很小，可以用于临床实验。

在微波热疗时，预先通过X光等方式确定病灶部位，以碳纤维高阻导线与微型热敏电阻构成的温度传感器探头放在预定测温点，可以是身体表面，也可以植入体腔内，并采取适当的方式定位，用微波热疗机对病灶进行加热治疗，此测温探头可以实现精确无扰测温，从而大大提高微波热疗的效果。

在WF02型微波热疗机上配用此种温度传感器测温探头，通过临床实验再次表明，探头具有很好的抗干扰能力和较高的测温准确度，系统长期工作稳定、准确可靠，在微波热疗的临床应用中具有很好的效果。

Claims

1.一种热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法，其特征在于，包括有如下步骤：

第五步：封装。

2.根据权利要求1所述的热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法，其特征在于，所述的制作碳纤维束，是将PAN型碳纤维材料制成碳纤维丝，并用制成的碳纤维丝组成直径为0.1～0.3mm、长度为18～22cm的碳纤维束。

3.根据权利要求1所述的热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法，其特征在于，所述的对碳纤维束的表面进行处理，制成高阻导线，是对每条碳纤维束涂上一层绝缘漆后，先将碳纤维束固定好，放入高温箱内，在160～200℃下加热15～30分钟，取出，测量碳纤维束表面的绝缘情况，如果绝缘达不到设定的要求，再涂上一层绝缘漆。

4.根据权利要求1所述的热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法，其特征在于，所述的将制成的高阻导线的一端与热敏电阻进行粘接，将高阻导线另一端与铜导线粘接，是用碳黑粉未、合成树脂、甲苯或甲基异丁酮按1∶1∶1至1∶5∶5的比例配比，经研磨成导电碳浆，然后用碳浆将热敏电阻的引脚与高阻导线的一端粘在一起，将高阻导线的另一端与铜导线粘在一起，并放入高温箱中，在115～130℃下加热15～30分钟，使碳聚合。

5.根据权利要求4所述的热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法，其特征在于，所述的热敏电阻的引脚的长度为2-3mm。

6.根据权利要求1所述的热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法，其特征在于，所述的对高阻导线与热敏电阻引脚的粘接点和高阻导线与铜导线的粘接点进行表面处理，是在高阻导线与热敏电阻引脚的粘接点表面及高阻导线与铜导线的粘接点表面涂上一层绝缘漆，然后将高阻导线和热敏电阻及铜导线一起固定好，放入高温箱内，在115～130℃下加热15～30分钟后，测量粘接点表面的绝缘情况，如果绝缘达不到设定的要求，再涂上一层绝缘漆。

7.根据权利要求1所述的热敏电阻高阻导线温度传感器制作方法，其特征在于，所述的封装，是在高阻导线外加套一层保护套管来提高线的强度，套管的端口用硅胶封住，其套管的一端只将热敏电阻的头部露出，另一端只露出与高阻导线相连的四根铜导线(6)。