CN108680273A - 一种温度传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度传感器，在传统的电容式传感器的上下两个电极上分别集成导热膜，导热膜即可以起到保护的作用，也可以较快速的将温度传感器外部的热量传递到其内部；本发明的一种温度传感器的制作方法，首先制备传统的电容式温度传感器，然后在温度传感器的两个电极上分别粘附上导热膜，使得导热膜包覆在温度传感器的外部，不仅起到保护的作用，同时还可以加快热量从温度传感器外部到温度传感器内部的传递，提高温度传感器的灵敏性，降低温度反应的延迟时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度传感器及其制作方法。
背景技术
随着科学技术的日新月异，特别是人工智能技术的高速发展，使得机器人在许多领域有着广泛的应用，机器人的发展逐渐从机械功能的实现，过渡到身体皮肤、面部表情的实现，人类的皮肤可以轻松的感知外界环境的变化，比如拿起一杯水并感知它的冷热，为了使传统机器人实现这些功能，机器人需要一个能与周围环境进行直接交互作用的传感器，由此我们设计了柔性温度传感器模拟人体皮肤，使机器人具有感知温度的功能。
目前使用的温度传感器较多的是电容式温度传感器，其包括两个电极以及位于两个电极间的介电材料，通过介电材料受热使得电容值发生变化来进行温度的检测，而这类传统的柔性温度传感器对温度的反应存在较大的延迟，从理论上讲,温度传感器的这个延迟效应是必然存在的,这与其它传感器,如速度、加速度、力传感器是不同的，因为热的传递需要相对较大的时间，所以如何在传统的温度传感器基础上提高其灵敏度，降低温度反应的延迟时间就成为了需要解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种温度传感器及其制作方法，在温度传感器的外部集成导热膜，保护温度传感器不受损害，同时又可以起到导热的作用，提高温度传感器的灵敏性，降低温度反应的延迟时间。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种温度传感器，包括用于感应温度的电容主体以及用于提高热传递效率的导热膜，所述导热膜集成在电容主体外部；所述电容主体包括具有热敏特性的电介质以及用于传递热量的金属电极，所述金属电极包括上电极以及下电极，所述导热膜包括第一薄膜以及第二薄膜，所述电介质位于上电极和下电极之间，所述第一薄膜集成在上电极上，所述第二薄膜集成在下电极上。
进一步，所述导热膜采用石墨材料制成。石墨材料导热性能较好，可以将温度传感器外部的热量较快的传递到电极上进而传递到电极内部的电介质。
进一步，所述导热膜采用硅胶材料制成。硅胶材料导热性能较好，同时具有一定的延展性。
进一步，所述电介质为PVDF薄膜。PVDF薄膜是一种常用的铁电材料，具有介电性能，其介电常数在不同的温度下会发生显著的变化。
进一步，所述金属电极为银电极、铜电极、金电极或铝电极其中一种。金属电极具备较好的导热性，可以减少热量从外部传递到电介质所用的时间，最大程度的降低延迟的时间常数。
一种温度传感器的制备方法，包括以下步骤：
A、在基片上镀上电介质薄膜，在镀膜基片的两侧上分别制作金属电极；
B、在金属电极上粘贴导热膜。
进一步，所述步骤A在基片上镀上电介质薄膜的具体步骤为：
使用丙酮将基片清洗干净后放入干燥箱中干燥，并标记正反面；
采用提拉镀膜机将基片缓慢浸入电介质溶液中，待电介质溶液表面平静后，将基片垂直、均匀的向上升高；
将基片置于50度～70度下干燥8小时，再置于80度下干燥2～5小时，得到镀膜基片。
进一步，所述步骤A在镀膜基片的两侧上分别制作金属电极的具体步骤为：采用磁控溅射技术在干燥后的镀膜基片上镀上金属电极。
进一步，所述步骤A中的电介质薄膜为PVDF薄膜，所述金属电极为银电极。
进一步，所述步骤C中的导热膜采用硅胶材料或石墨材料制成。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种温度传感器，在传统的电容式传感器的上下两个电极上分别集成导热膜，导热膜既可以起到保护的作用，也可以较快速的将温度传感器外部的热量传递到其内部，提高温度传感器的灵敏性，降低温度反应的延迟时间；
本发明的一种温度传感器的制作方法，首先制备传统的电容式温度传感器，然后在温度传感器的两个电极上分别粘附上导热膜，使得导热膜包覆在温度传感器的外部，不仅起到保护的作用，同时还可以加快热量从温度传感器外部到温度传感器内部的传递，提高温度传感器的灵敏性，降低温度反应的延迟时间。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明一种温度传感器的结构图；
图2是本发明一种温度传感器制作方法的流程图；
图3是集成了硅胶材料的导热膜的温度传感器的测试曲线图；
图4是集成了石墨材料的导热膜的温度传感器的测试曲线图。
具体实施方式
参照图1，本发明的一种温度传感器，包括电容主体1以及导热膜2，导热膜2集成在电容主体1外部，用来保护电容主体1，防止其受到损坏，同时还可以加快热量的传递，减少热量从温度传感器外部传递到其内部的时间，提高温度传感器的灵敏性，降低温度反应的延迟时间。
电容主体1包括金属电极12和电介质11，金属电极12包括上电极121和下电极122，电介质11位于上电极121和下电极122之间，导热膜2包括第一薄膜21和第二薄膜22，第一薄膜21集成在上电极121上，第二薄膜22集成在下电极122上，其中电介质11具有热敏特性，其介电常数会随着温度的变化而变化，在本发明中，电介质11选用的是PVDF薄膜，PVDF薄膜是一种常用的铁电材料，具有介电性能，其介电常数在不同的温度下会发生显著的变化，并且PVDF薄膜具有柔软、环保、成本低的特点，可以广泛应用于大面积柔性应用中。
具体地，导热膜2采用石墨材料制成，石墨材料导热性能较好，可以将温度传感器外部的热量较快的传递到电极上进而传递到电极内部的电介质11。
具体地，导热膜2采用硅胶材料制成。硅胶材料导热性能较好，同时具有一定的延展性。
具体地，为了加快热量的传递，本发明的金属电极12采用的是银电极、铜电极、金电极或铝电极其中一种，而在上述的几种金属电极12中，银电极的导热性最好，所以本发明选取银电极作为金属电极12可以减少热量从外部传递到电介质11所用的时间，最大程度的降低延迟的时间常数。
参照图2，本发明的一种温度传感器的制备方法，包括以下步骤：
A、在基片上镀上电介质薄膜，在镀膜基片的两侧上分别制作金属电极12，具体步骤为：
首先使用丙酮将基片清洗干净后放入干燥箱中干燥，并标记正反面；采用提拉镀膜机将基片缓慢浸入电介质溶液中，待电介质溶液表面平静后，将基片垂直、均匀的向上升高；将基片置于50度～70度下干燥8小时，再置于80度下干燥2～5小时，得到镀膜基片，最后采用磁控溅射技术在干燥后的镀膜基片上镀上金属电极12。
B、由于导热膜2本身具有粘性，所以可以直接将导热膜2粘在金属电极上12，即完成对整个温度传感器的制作。
具体地，本发明采用的基片为ITO玻璃基片。
具体地，本发明中的质薄膜为PVDF薄膜，金属电极12为银电极。
具体地，本发明的导热膜2采用硅胶材料或石墨材料制成，也可以是其他柔性的导热材料。
以下通过两个实施例来对本发明的方案进行描述。
实施例1：采用硅胶材料作为导热膜2集成到温度传感器上。
将集成了硅胶导热膜的温度传感器和没有集成导热膜2的温度传感器放入到温控箱中，控温箱内的初始温度为25℃，然后用电容表接入箱内的电容样品，等待控温箱的温度数值稳定后，读出电容的初始值，然后设置控温箱的温度为70℃，启动使其加热样品，并每隔10S记录当前的电容值，直到电容值稳定后停止读数。
如图3所示，其中图3a和图3b为进行了两次相同的测试后得到的曲线图，图3a和图3b的曲线图中温度变化范围为25-70度，纵坐标轴电容单位为nf，横坐标轴时间单位为100s，由图3中电容值的大小以及电容变化率得知，在某个温度值之前，具有硅胶导热膜的温度传感器电容变化率一直高于不具有导热膜2的温度传感器电容变化率，也就是说明具有导热膜2的温度传感器的响应延迟降低了。
实施例2，采用石墨材料作为导热膜2集成到温度传感器上。
将集成了石墨导热膜的温度传感器和没有集成导热膜2的温度传感器放入到温控箱中，设定好初始温度，然后用电容表接入箱内的电容样品，等待控温箱的温度数值稳定后，读出电容的初始值，然后设置控温箱的终止温度，启动使其加热样品，并每隔10S记录当前的电容值，直到电容值稳定后停止读数。
参照图4所示，其中图4a的初始温度和终止温度为25度和70度，图4b的初始温度和终止温度为10度和50度，对比图4a的曲线与图3a和图3b的曲线可以看出，集成了石墨导热膜的温度传感器的导热效果要好于集成了硅胶导热膜的温度传感器，并且响应延迟更低，由图4b可得，在10-50度范围内，具有石墨导热膜的温度传感器的电容变化率大于不具有导热膜2的温度传感器的电容变化率。
因此，可以得出以下结论：
1、在温度趋于终止值的之前，具有导热膜2的温度传感器的电容的变化率大于不具有导热膜2的温度传感器的电容的变化率。
2、在温度趋于终止值的阶段，具有导热膜2的温度传感器的电容的变化率小于不具有导热膜2的温度传感器的电容的变化率，原因是因为具有导热膜2的温度传感器本身受热更快，所以其温度更容易达到并稳定在终止值；在温度趋于终止值的阶段，具有导热膜2的温度传感器温度更早的稳定在终止值，不具有导热膜2的温度传感器温度还在继续变化，所以导致此阶段具有导热膜2的温度传感器的电容的变化率小于不具有导热膜2的温度传感器的电容的变化率。
此终止值就是实际使用温度传感器要测量的环境温度，也就是说，在实际环境中，具有导热膜2的电容式温度传感器的响应延迟比具有普通保护膜的温度传感器的响应延迟低。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种温度传感器，其特征在于：包括用于感应温度的电容主体(1)以及用于提高热传递效率的导热膜(2)，所述导热膜(2)集成在电容主体(1)外部；所述电容主体(1)包括具有热敏特性的电介质(11)以及用于传递热量的金属电极(12)，所述金属电极(12)包括上电极(121)以及下电极(122)，所述导热膜(2)包括第一薄膜(21)以及第二薄膜(22)，所述电介质(11)位于上电极(121)和下电极(122)之间，所述第一薄膜(21)集成在上电极(121)上，所述第二薄膜(22)集成在下电极(122)上。
2.根据权利要求1所述的一种温度传感器，其特征在于：所述导热膜(2)采用石墨材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种温度传感器，其特征在于：所述导热膜(2)采用硅胶材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种温度传感器，其特征在于：所述电介质(11)为PVDF薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种温度传感器，其特征在于：所述金属电极(12)为银电极、铜电极、金电极或铝电极其中一种。
6.一种温度传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、在基片上镀上电介质薄膜，在镀膜基片的两侧上分别制作金属电极(12)；
B、在金属电极(12)上粘贴导热膜(2)。
7.根据权利要求6所述的一种温度传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤A在基片上镀上电介质薄膜的具体步骤为：
使用丙酮将基片清洗干净后放入干燥箱中干燥，并标记正反面；
采用提拉镀膜机将基片缓慢浸入电介质溶液中，待电介质溶液表面平静后，将基片垂直、均匀的向上升高；
将基片置于50度～70度下干燥8小时，再置于80度下干燥2～5小时，得到镀膜基片。
8.根据权利要求7所述的一种温度传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤A在镀膜基片的两侧上分别制作金属电极(12)的具体步骤为：采用磁控溅射技术在干燥后的镀膜基片上镀上金属电极(12)。
9.根据权利要求6所述的一种温度传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤A中的电介质薄膜为PVDF薄膜，所述金属电极(12)为银电极。
10.根据权利要求6所述的一种温度传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤C中的导热膜(2)采用硅胶材料或石墨材料制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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