CN107560736A - 一种应用于电磁炉的热电堆红外温度传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种应用于电磁炉的热电堆红外温度传感器,包括TO底座,TO底座上设置有四个引脚,所述TO底座上侧中间处固定连接有热电堆芯片,其中两个引脚与热电堆芯片之间通过连接线相连通,所述热电堆芯片右侧的TO底座上固定连接有热敏电阻,所述热敏电阻与另外两个引脚之间通过连接线相连通;所述TO底座外部罩设有TO盖帽,所述TO盖帽上侧中间处开设有通孔,通孔处固定连接有红外滤光片。本发明的有益效果是具有响应速度快、测量精度高等巨大的优点;通过实时测定烹饪温度来调节电磁炉功率,达到高效节能的同时保证食物更加可口,还可以提供防干烧、超温报警、供电中断等安全防护,防止火灾等安全隐患的发生。
Description
技术领域
本发明涉及热电堆红外温度传感器技术领域,具体涉及一种应用于电磁炉的热电堆红外温度传感器及其制作方法。
背景技术
红外辐射:即我们俗称的红外线,是一种电磁波,其光谱在可见光红光的外端。在自然界中,任何温度高于热力学绝对零度(-273℃)的物体都在不停的向周围空间发射出红外辐射能量。红外辐射的物理本质是热辐射,物体的温度对应其红外辐射能量的大小及红外辐射波长的分布。也就是说物体的温度越高,辐射出来的红外线就越多,红外辐射的能量就越强。
非接触红外测温技术:非接触红外测温技术可快速方便地测量物体的表面温度,不需要机械地接触被测物体而快速测得温度读数,能有效测量高温的、危险的或难以接触的物体,而不会污染或损坏被测物体,并可保护测试人员的安全。红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点,在产品质量控制和监测、设备在线故障诊断、安全保护以及节约能源等方面发挥着重要作用。
热电堆红外温度传感器:属于非接触式温度传感器,当热电堆红外温度传感器受到来自目标物体的红外辐射,热电堆芯片将红外辐射信号转换成电信号进行测量,通过电信号的大小来判断目标物体温度的大小。随着微机电系统(MEMS)的发展,利用MEMS工艺在硅基底上进行加工,发展了MEMS热电堆红外温度传感器,MEMS器件相对于传统探测器具有:体积小、质量轻、性能优异、可靠性高、一致性好、低功耗、便于大批量生产等优点。热电堆的辐射接收面分为若干块,每块接一个热电偶,把它们串联起来,就构成热电堆。按用途不同,实用的热电堆可以制成细丝型和薄膜型,亦可制成多通道型和阵列型器件。其工作原理为被红外线照射的吸收膜是一种热容量小、温度容易上升的薄膜。在紧靠衬板中央的下部为一空洞结构,这种结构的设计确保了冷端和测温端的温度差。热电偶多由多晶硅与铝构成,两者串联连接。当各个热电偶测温端温度上升时,热电偶之间就会产生热电动势,因此在输出端就可以获得它们的电压之和。
目前已有的电磁炉中有一些明显的缺陷,即不能根据设定温度自动调节加热温度。目前主流电磁炉一般采用定频控制策略,即用不同的档位对应着不同的工作功率。在烹饪过程中为了达到控制烹饪过程的目的,功率大小的调节需要依据经验来判断,无法实现精确地控制。在实际应用中,若一直保持恒定功率加热,不仅会造成大量的能源浪费,而且还会干烧导致火灾等安全隐患,并且对加热食物不利,影响实物加热质量。因此,随着科技的进步出现了部分智能化的烹饪设备,通过检测锅体的温度来控制加热强度,实现稳定和精确的温度控制,达到节能高效且能够烹饪出美味食物的目的。
最常见的电磁炉温度检测方案是将接触式温度传感器(如热敏电阻、热电偶等)置于电磁炉微晶玻璃面板的下方,并且和玻璃面板接触,这样便能探测到这个位置锅具底部的温度。但是,这个方案有一个很大的缺点,电磁炉的微晶玻璃面板在锅具温度传递过程中会产生一个很大的热惯性、延时和温度衰减,这样会导致无法实时探测到锅具底部的准确温度。特别是在快速加热的过程中,传感器探测到的温度和锅具底部的实际温度会产生非常大的差异。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于电磁炉的热电堆红外温度传感器及其制作方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种应用于电磁炉的热电堆红外温度传感器,包括TO底座,TO底座上设置有四个引脚,所述TO底座上侧中间处固定连接有热电堆芯片,其中两个引脚与热电堆芯片之间通过连接线相连通,所述热电堆芯片右侧的TO底座上固定连接有热敏电阻,所述热敏电阻与另外两个引脚之间通过连接线相连通;所述TO底座外部罩设有TO盖帽,所述TO盖帽上侧中间处开设有通孔,通孔处固定连接有红外滤光片。
作为本发明进一步的效果是:所述连接线为金线或铝线。
作为本发明再进一步的效果是:所述红外滤光片通过气密胶胶封在TO盖帽上。
作为本发明再进一步的效果是:所述红外滤光片采用金属键合的方式封装在TO盖帽上。
一种应用于电磁炉热电堆红外温度传感器的制作方法,包括以下步骤:
(1)将热电堆芯片用固晶或共晶的工艺固定在TO底座上;
(2)将热敏电阻用固晶或共晶的工艺固定在TO底座上;
(3)利用焊线工艺将固定在TO底座上的热电堆芯片和热敏电阻用连接线与TO底座上的两个引脚相连形成电气通路;
(4)将对应的红外滤光片用气密胶胶封在TO盖帽上,其气密性高于10-9atm·cc/s;或将对应的红外滤光片用金属键合的方式封装在TO盖帽上,其气密性高于10-9atm·cc/s;
(5)将固定好热电堆芯片和热敏电阻并焊线完成电路连接的TO底座和封装好红外滤光片的TO盖帽在惰性气体环境下进行高气密性的储能焊封帽工艺,其气密性高于10-9atm·cc/s。
本发明的有益效果是具有响应速度快、测量精度高等巨大的优点;通过实时测定烹饪温度来调节电磁炉功率,达到高效节能的同时保证食物更加可口,还可以提供防干烧、超温报警、供电中断等安全防护,防止火灾等安全隐患的发生。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明应用于电磁炉测温的结构示意图;
图3为本发明电磁炉微晶玻璃板光谱透过曲线;
图4为本发明传统热电堆红外温度传感器使用的5.5μm长波通滤光片红外光谱透过曲线;
图5为本发明传统热电堆红外温度传感器使用的8μm~14μm带通滤光片红外光谱透过曲线;
图6为本发明用于电磁炉的红外温度传感器使用的滤光片红外光谱透过曲线;
图7为本发明部分适用于电磁炉温度测量的红外滤光片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图7,本发明实施例中,一种应用于电磁炉的热电堆红外温度传感器,包括TO底座1,TO底座1上设置有四个引脚2,所述TO底座1上侧中间处固定连接有热电堆芯片6,其中两个引脚2与热电堆芯片6之间通过连接线5相连通,所述热电堆芯片6右侧的TO底座1上固定连接有热敏电阻4,所述热敏电阻4与另外两个引脚2之间通过连接线5相连通;所述TO底座1外部罩设有TO盖帽3,所述TO盖帽3上侧中间处开设有通孔,通孔处固定连接有红外滤光片7。
引脚共设置有四个,分别为1号引脚2、2号引脚2、3号引脚2和4号引脚2,4号引脚2为共地脚与TO底座1上表面电气连接,1号引脚2、2号引脚2和3号引脚为绝缘引脚2,引脚腿周围通过玻璃烧结与TO底座1电气绝缘;热电堆芯片6用金线或铝线与1号引脚2和3号引脚2形成电气连接,热敏电阻4用导固晶或共晶工艺与4号引脚2形成电气连接,上表面通过金线或铝线与2号引脚2连接。
在本装置上侧放置有电磁炉微晶玻璃面板8,电磁炉微晶玻璃面板8上侧放置有锅具9,热电堆芯片6通过探测穿透电磁炉微晶玻璃面板8和红外滤光片7的锅具9发射出的红外辐射来判断锅具9和TO盖帽3内环境温度的温度差△T,TO盖帽3内封装的热敏电阻4用来测量TO盖帽3内部的环境温度,将热电堆探测到的锅具9和TO盖帽3内环境温度的温度差△T加上热敏电阻4探测到的TO盖帽3内的环境温度,就得出了锅具9的实际温度值。
所述连接线5为金线或铝线。
所述红外滤光片7通过气密胶胶封在TO盖帽3上。
所述红外滤光片7采用金属键合的方式封装在TO盖帽3上。
一种应用于电磁炉热电堆红外温度传感器的制作方法,包括以下步骤:
(1)将热电堆芯片6用固晶或共晶的工艺固定在TO底座1上;
(2)将热敏电阻4用固晶或共晶的工艺固定在TO底座1上;
(3)利用焊线工艺将固定在TO底座1上的热电堆芯片6和热敏电阻4用连接线5与TO底座1上的四个引脚2相连形成电气通路;
(4)将对应的红外滤光片7用气密胶胶封在TO盖帽3上,其气密性高于10-9atm·cc/s;或将对应的红外滤光片7用金属键合的方式封装在TO盖帽3上,其气密性高于10-9atm·cc/s;
(5)将固定好热电堆芯片6和热敏电阻4并焊线完成电路连接的TO底座1和封装好红外滤光片7的TO盖帽3在惰性气体环境下进行高气密性的储能焊封帽工艺,其气密性高于10-9atm·cc/s,其惰性气体可为氮气、氩气、氖气和氙气等。
电磁炉上的电磁炉微晶玻璃面板8一般在1μm~5μm红外波段有较高的透过率,电磁炉微晶玻璃面板根据各个厂家使用的玻璃材质和厚度的不同,红外透过图谱也有相对的差异,但是因为玻璃的特性都会在5μm波长的位置截止,也就是说波长超过5μm的红外线无法穿透电磁炉微晶玻璃面板7,如图3所示;
传统的热电堆红外温度传感器使用的滤光片有两种,分别为5.5μm的长波通滤光片和8μm~14μm的带通滤光片。5.5μm的长波通滤光片就是低于5.5μm波长的红外线全部截止,高于5.5μm波长的红外线能够穿透。8μm~14μm的带通滤光片就是只有8μm到14μm之间波长的红外线能够穿透,低于8μm的波长和高于14μm波长的红外线全部被截止,所以,传统的热电堆红外温度传感器无法接收到锅具穿过电磁炉微晶玻璃面板的红外辐射信号,从而无法在电磁炉上得到应用,如图4、5所示;
专门用于电磁炉的热电堆红外温度传感器安装有一款特制的硅基红外滤光片,该滤光片在1μm~5μm波段有非常高的红外透过率平均透过率达95%以上,几乎可将锅具发射的透过电磁炉微晶玻璃面板的红外辐射全部透过照射到红外感应芯片上。从而达到测量电磁炉上锅具温度的目的,如图6所示;
专门用于电磁炉的热电堆红外温度传感器不限于使用本专利特制的硅基红外滤光片,也可使用与电磁炉微晶玻璃面板红外透过图谱曲线重叠的其他材质和波段的滤光片如:锗(Ge)基滤光片、溴化钾(KBr)基滤光片、蓝宝石(Sapphire)基滤光片、硒化锌(ZnSe)基滤光片、氟化钙基(CaF2)滤光片、氟化钡(BaF2)基滤光片或玻璃等等,如图7所示。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种应用于电磁炉的热电堆红外温度传感器,包括TO底座,TO底座上设置有四个引脚,其特征在于,所述TO底座上侧中间处固定连接有热电堆芯片,其中两个引脚与热电堆芯片之间通过连接线相连通,所述热电堆芯片右侧的TO底座上固定连接有热敏电阻,所述热敏电阻与另外两个引脚之间通过连接线相连通;所述TO底座外部罩设有TO盖帽,所述TO盖帽上侧中间处开设有通孔,通孔处固定连接有红外滤光片。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电磁炉的热电堆红外温度传感器,其特征在于,所述连接线为金线或铝线。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电磁炉的热电堆红外温度传感器,其特征在于,所述红外滤光片通过气密胶胶封在TO盖帽上。
4.根据权利要求1所述的一种应用于电磁炉的热电堆红外温度传感器,其特征在于,所述红外滤光片采用金属键合的方式封装在TO盖帽上。
5.一种根据权利要求1所述的应用于电磁炉热电堆红外温度传感器的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将热电堆芯片用固晶或共晶的工艺固定在TO底座上;
(2)将热敏电阻用固晶或共晶的工艺固定在TO底座上;
(3)利用焊线工艺将固定在TO底座上的热电堆芯片和热敏电阻用连接线与TO底座上的四个引脚相连形成电气通路;
(4)将对应的红外滤光片用气密胶胶封在TO盖帽上,其气密性高于10-9atm·cc/s;或将对应的红外滤光片用金属键合的方式封装在TO盖帽上,其气密性高于10-9atm·cc/s;
(5)将固定好热电堆芯片和热敏电阻并焊线完成电路连接的TO底座和封装好红外滤光片的TO盖帽在惰性气体环境下进行高气密性的储能焊封帽工艺,其气密性高于10-9atm·cc/s。
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