CN111433576B - 差分热电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于监测热能耗散速率和表面温度轮廓的面积变化的差分热电装置。所述装置包括贯通电极，所述贯通电极在所述装置的不同区域处连接到不同组的热电元件。感测电路电连接到所述热电元件以测量电压输出。

Description

差分热电装置
技术领域
本公开涉及具有单个电压输出的差分热电装置及其制造和使用方法。
背景技术
热电装置已广泛用于将温差直接转换为电压/电流，反之亦然。当在热电装置的每一例上存在不同温度时，该装置可通过产生电压/电流来工作。
发明内容
本公开提供了一种用于监测装置覆盖的热能耗散速率和表面温度轮廓的面积变化的差分热电装置。这可通过测量来自热电装置的单个电压输出来实现。
在一个方面，本公开描述了一种热电传感器，所述热电传感器包括具有相背对的第一主表面和第二主表面的基板，以及多个热电元件，所述多个热电元件各自由所述基板支撑并且在所述基板的相背对的第一主表面和第二主表面之间延伸。所述多个热电元件包括第一组热电元件和第二组热电元件。第一组和第二组各自包括在其近侧端部和远侧端部之间串联电连接的一个或多个热电元件。第一组设置在所述基板的第一区域处，并且第二组设置在所述基板的第二区域处。所述传感器还包括贯通电极(through electrode)，所述贯通电极延伸穿过所述基板并且具有连接到所述基板的所述第一主表面上的所述第一组热电元件的所述近侧端部的第一端部和连接到所述基板的所述第二主表面上的所述第二组热电元件的所述近侧端部的第二端部。感测电路电连接到所述第一组热电元件和所述第二组热电元件的所述远侧端部以测量电压输出。
在另一个方面，本公开描述一种空气过滤设备，所述空气过滤设备包括具有入口表面和出口表面的空气过滤器。所述空气过滤器被构造成过滤从入口表面至出口表面流经其中的空气。本文所述的热电传感器附接到所述空气过滤器，具有在第一主表面或第二主表面处暴露于气流的第一区域和第二区域。所测量的电压输出表示流经所述空气过滤器的气流的状态。
在另一方面，本公开描述了一种监测热电传感器的表面上的热能耗散速率的方法。所述方法包括提供具有相背对的第一主表面和第二主表面的基板，以及提供多个热电元件，所述多个热电元件各自由所述基板支撑并且在所述基板的相背对的第一主表面和第二主表面之间延伸。多个热电元件包括第一组热电元件和第二组热电元件。第一组和第二组各自包括在近侧端部和远侧端部之间串联电连接的一个或多个热电元件。第一组设置在基板的第一区域处，并且第二组设置在基板的第二区域处。提供贯通电极，所述贯通电极延伸穿过所述基板并且具有连接到所述第一主表面上的所述第一组热电元件的所述近侧端部的第一端部和连接到所述第二主表面上的所述第二组热电元件的所述近侧端部的第二端部。所述方法还包括经由感测电路测量所述第一组热电元件和所述第二组热电元件的所述远侧端部之间的电压输出。
在本公开的示例性实施方案中获取各种意料不到的结果和优点。本公开的示例性实施方案的一个此类优点在于，监测热能耗散速率和表面温度轮廓的面积变化可通过测量来自所述装置的单个电压输出来实现。这消除了将多个热电装置连接到用于信号处理的电路的需要。
已总结本公开的示例性实施方案的各种方面和优点。上面的发明内容并非旨在描述本公开的当前某些示例性实施方案的每个例示的实施方案或每种实施方式。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明了使用本文所公开的原理的某些优选实施方案。
附图说明
结合附图考虑本公开的各种实施方案的以下详细描述可更全面地理解本公开，其中：
图1A示出了根据一个实施方案的具有单个电压输出的差分热电装置的示意性剖视图。
图1B示出了根据一个实施方案的层合两个柔性电路以形成图1A的热电装置的方法。
图2A示出了图1A的差分热电装置的简化示意图。
图2B示出了图1A的差分热电装置的顶视图。
图2C示出了图1A的差分热电装置的底视图。
图3A示出了在一个表面上具有均匀热分布的差分热电装置的示意性剖视图。
图3B示出了在一个表面上具有非均匀热分布的差分热电装置的示意性剖视图。
图4A为根据一个实施方案的热电传感器的顶视图。
图4B为根据另一个实施方案的细长热电传感器的顶视图。
图5为用于检测气流的图4A或图4B的热电传感器的顶视图。
图6示出了根据一个实施方案的包括热电传感器的空气过滤设备的侧面透视图。
在附图中，相似的附图标号指示相似的元件。虽然可不按比例绘制的上面标识的附图阐述了本公开的各种实施方案，但还可想到如在具体实施方式中所提到的其他实施方案。在所有情况下，本公开以示例性实施方案的表示的方式而非通过表述限制来描述当前所公开的公开内容。应当理解，本领域的技术人员可想出许多其他修改和实施方案，这些修改和实施方案落在本公开的范围和实质内。
具体实施方式
本公开提供了一种用于监测装置覆盖的热能耗散速率和表面温度轮廓的面积变化的差分热电装置。这可通过测量来自装置的单个电压输出来实现。在一些实施方案中，可将差分热电装置施加到物体表面以跟踪表面温度轮廓。差分热电装置的单个电压输出可表示电压电平和极性两者引起的温度轮廓变化。在一些实施方案中，可将差分热电装置应用于空气过滤装置以测量空气过滤器上游和下游的气流差，并确定空气过滤器的状态。
图1A示出了根据一个实施方案的差分热电装置100。差分热电装置100包括由基板110支撑的多个热电元件。第一组热电元件150设置在基板110的第一区域105处；并且第二组热电元件160设置在基板110的第二区域106处。基板110具有相背对的主表面102和104。热电元件各自在表面102和104之间延伸，并且其相应端部通过电极122、132、124和134电连接。第一组热电元件150经由表面104上的电极122和表面102上的电极124串联电连接；并且第二组热电元件160经由表面104上的电极132和表面102上的电极134串联电连接。
在图1A的实施方案中，第一组热电元件150包括在近侧端部152和远侧端部154之间交替串联连接的一个或多个p型热电元件和一个或多个n型热电元件；并且第二组热电元件160包括在近侧端部162和远侧端部164之间交替串联连接的一个或多个p型热电元件和一个或多个n型热电元件。
在一些实施方案中，热电元件可通过将热电材料设置(例如，印刷、分配等)到基板110上来形成。在一些实施方案中，热电元件可以热电固体芯片的形式提供。p型热电元件可由p型半导体材料(诸如例如Sb2Te3或其合金)制成。n型热电元件可由n型半导体材料(诸如例如Bi2Te3或其合金)制成。在美国专利申请号62/353,752(Lee等人)中描述了示例性热电传感器模块及其制造和使用方法，该专利申请以引用方式并入本文。
差分热电装置100还包括贯通电极140。贯通电极140在其相对的第一端部140a和第二端部140b之间延伸穿过基板110。第一端部140a电连接到基板110的第一主表面102上的第一组热电元件150的近侧端部152；并且第二端部140b电连接到基板110的第二主表面104上的第二组热电元件160的近侧端部162。
在图1B的例示的实施方案中，通过层合第一柔性基板112和第二柔性基板114来形成基板110。电极122和132形成于第一柔性基板112上。热电元件150和160以及连接的电极124和134由第二柔性基板114支撑。第一柔性基板112和第二柔性基板114可在竖直导体或通孔导体(例如，焊料)可用于将热电元件150和160电连接到相应电极122、132、124和134的位置处对准和层合。如图1B所示，当层合第一柔性基板112和第二柔性基板114时，可通过由电导体(例如，经由焊接)连接第一端部140a和第二端部140b来形成贯通电极140。应当理解，基板110可具有任何合适的构型以支撑热电元件和电极。基板110可为由任何合适的材料(诸如例如聚乙烯、聚丙烯、纤维素等)制成的柔性基板。电极122、132、124和134可包括任何合适的导电材料，诸如金属、金属合金等。
图2A示出了图1A的差分热电装置100(基板110未示出)的简化示意图。图2B示出了差分热电装置100的顶视图。图2C示出了差分热电装置100的底视图。第一组150包括在近侧端部152处的n型热电元件150n；并且第二组160包括在近侧端部162处的p型热电元件160P。贯通电极140在差分热电装置100的相背对的表面102和104之间延伸，并且具有分别连接到第一组热电元件150和第二组热电元件160的近侧端部152和162的相对端部140a和140b。
如图2B所示，在差分热电装置100的表面104上，该组电极122设置在第一区域105中以在侧面104处电连接热电元件的第一组150的端部；并且该组电极132设置在第二区域106中以在侧面104处电连接热电元件的第一组150的端部。如图2C所示，在差分热电装置100的表面102上，该组电极124设置在第一区域105中以在侧面102处电连接第一组热电元件150的端部；并且该组电极134设置在第二区域106中以在侧面102处电连接热电元件的第一组150的端部。
图3A-3B示出了根据一些实施方案的差分热电装置100的工作原理。如图3A所示，设备100的第一主表面102是冷表面，并且第二主表面104是热表面。相背对的表面102和104之间的温度梯度可在第一组150和第二组160中的每个热电元件的相对端部之间产生电压输出Vd＝V+-V-。这涉及所谓的塞贝克效应(Seebeck effect)，即，在具有不同塞贝克系数的材料的接合处将热量直接转化为电。所生成的电压Vd可为相背对的表面102和104之间的温度梯度的函数。一般来讲，热电元件的电压Vd随着热电元件的相对端部之间的温度梯度的增加而增加。
当装置100的第一区域105和第二区域106处的相背对的表面102和104之间的温度梯度基本上相同时，第一组热电元件150可产生第一电压V1＝nVd，并且第二组热电元件160可产生第二电压V2＝nVd，其中n为第一组150或第二组160中的热电元件的数量，并且Vd为由于温度梯度而在每个热电元件的相对端部处产生的电压。第一组150和第二组160的近侧端部152和162通过贯通电极140电连接，并且因此可具有基本上相同的电位。电压输出Vout可在相应的第一组热电元件150和第二组热电元件160的远侧端部154和164处测量。电压输出Vout等于(V2-V1)，其中V1为由第一组热电元件150产生的第一电压，并且V2为由第二组热电元件160产生的第二电压。
在一些实施方案中，冷表面102和热表面104中的一者可用作基准表面(例如，保持在预定温度)，并且另一者可用作感测表面(例如，暴露于环境空气以在其间进行热交换)。例如，可包封差分热电设备100的冷表面102以防止与环境进行热交换，并且可使热表面104暴露于空气以进行热耗散。
应当理解，关于选择基准表面或感测表面，第一区域和第二区域可以是独立的。例如，在一些实施方案中，第一区域105处的冷表面102和热表面104中的一者可用作基准表面(例如，保持在预定温度)，并且另一者可用作感测表面(例如，暴露于环境空气以在两者间进行热交换)，这与对第二区域106的选择无关。相似地，第二区域106处的冷表面102和热表面104中的一者可用作基准表面(例如，保持在预定温度)，并且另一者可用作感测表面(例如，暴露于环境空气以在两者间进行热交换)，这与对第一区域105的选择无关。
在一些实施方案中，当热表面104(或热表面104的一部分)用作基准表面时，加热元件可附接到基准表面以将其温度保持在相对高的水平。示例性加热元件在美国专利申请62/584,261(授予Lee等人的代理人案卷号79446US005)中有所描述，该专利申请以引用方式并入本文。在一些实施方案中，当冷表面102(或冷表面102的一部分)用作基准表面时，冷却元件可附接到基准表面以将其温度保持在相对低的水平。在一些实施方案中，可将热绝缘层施加到基准表面以防止其与周围环境进行热交换。
图3A示出了其中作为感测表面的热表面104具有基本上均匀的温度轮廓，例如，第一区域105和第二区域106处的温度基本上相同的示例性情况。当第一组150和第二组160基本上相同时(例如，具有相同数量的基本上相同的热电元件)，由于具有相反电压极性的相同量的电位变化(V1＝V2)，Vout偏移至约零。
图3B示出了其中作为感测表面的热表面104具有非均匀的温度轮廓(例如，第一区域105和第二区域106处的温度不同)的另一示例性情况。即使当第一组150和第二组160具有相同数量的基本上相同的热电元件时，由于热表面104上的第一区域105和第二区域106之间的温差，Vout’(即，V2’-V1’)具有非零值。如图3A-3B所示，所测量的电压输出(Vout或Vout’)可反映第一区域105和第二区域106之间的相对温差。即，感测表面上的表面温度轮廓可通过测量远侧端部154和164之间的单个电压输出来确定。
应当理解，差分热电装置100可不具有结构对称性。例如，第一组150和第二组160可具有不同数量的热电元件，并且两组中的热电元件可不相同。电压输出Vout仍然等于(V2-V1)，其中V1为由第一组热电元件150产生的第一电压，并且V2为由第二组热电元件160产生的第二电压。对于图3A中的情况，Vout可被测量为可具有非零值的参考电压。当热表面104具有非均匀的温度分布(例如，第一区域105和第二区域106处的温度不同)时，电压输出可从图3A中的Vout(＝V2-V1)改变为图3B中的Vout’(＝V2’-V1’)。所测量的电压输出变化(Vout’-Vout)可反映感测表面(例如，热表面104)上的温度/热耗散的局部变化。
在本公开中，可测量单个电压输出以指示温度/热耗散的表面局部变化。在一些实施方案中，可测量电流。由于热电元件串联连接，因此所测量的电流可由其最小值确定，并且测量非均匀的热耗散速率或区域温度梯度可能不准确。
图4A为根据一个实施方案的热电传感器200的顶视图。热电传感器200包括具有彼此相邻的第一区域105和第二区域106的差分热电装置100。感测电路220电连接到热电传感器100，以根据第一区域105和第二区域106之间的温差测量其电压输出。在所描绘的实施方案中，感测电路220电连接到差分热电装置100的远侧端部(例如，图3A或3B中的154和164)以测量电压输出(例如，图3A中的Vout或图3B中的Vout’)。差分热电设备100和感测电路220可由同一柔性基板210支撑。
图4A的实施方案可为包括连接到感测电路220的无线部件222的无线热电传感器。差分热电装置100、感测电路220和无线部件222可设置在相同的柔性基板210上并且由相同的电源(例如，硬币电池)供电。无线部件222可包括(例如)蓝牙低功耗(BLE)部件。无线部件222可无线地连接到移动装置(例如，智能电话)，以用于在两者间进行数据传输。来自感测电路220的信号可经由无线部件222发送至移动装置，该移动装置可处理信号以获得所需信息。
图4B为根据另一个实施方案的热电传感器200’的顶视图。热电传感器200’包括差分热电装置100’，其具有设置在细长基板210的相对端部处的第一区域105和第二区域106。可提供电迹线(未示出)以经由贯通电极(例如，图1A的贯通电极140)电连接第一区域105和第二区域106中的热电元件。
基板210可为能够弯曲的以调节差分热电装置100’的第一区域105和第二区域106之间的相对位置/取向。在一些实施方案中，可调节基板210，使得第一区域105和第二区域106可相对于彼此面对。基板210可为由任何合适的材料(诸如例如聚乙烯、聚丙烯、纤维素等)制成的柔性基板。
感测电路220电连接到差分热电装置100’，以根据第一区域105和第二区域106之间的温差测量其电压输出。感测电路220和任选的无线部件222可设置在基板210的任何合适的位置处。在所描绘的实施方案中，感测电路220和无线部件222邻近第二区域106设置。在一些实施方案中，感测电路220和无线部件222可设置基板210的介于第一区域105和第二区域106之间的部分上。
图5为根据一个实施方案的用于检测与热电传感器的第一区域105和第二区域106相邻的气流的图4A或4B的热电传感器200/200’的顶视图。在所描绘的实施方案中，热电装置200/200’由基板210支撑。基板210的后表面由焊盘12包封。垫12可包括粘合剂层以将热电装置200/200’附接到物体表面。热电装置200/200’可使其前表面202暴露于气流以进行热交换。例如，第一区域105可暴露于局部气流5，并且第二区域106可暴露于局部气流6。
在一些实施方案中，第一区域105中的热电元件的电导体(例如，图1A的122)可暴露于气流5，与气流5热接触和热交换。第二区域106中的热电元件的电导体(例如，图1A的132)可暴露于气流6，与气流6热接触和热交换。在一些实施方案中，任选的导热粘合剂层可设置在传感器表面上以增强热交换。应当理解，可使用任何合适的技术来增强气流和传感器表面之间的热交换。
在第一区域105和第二区域106上吹风的不同强度可产生热能耗散差异，这可在区域中的热电元件的相对端部之间引起不同的热梯度。当气流5和6中的一者改变其特性(例如，速度、密度、湿度等)时，热电装置200/200’可通过输出电压(例如，Vout)检测到变化，这反映前表面202上的第一区域105和第二区域106之间的诱导温差，这继而表示气流5和6之间的特性差异(例如，速度、密度等)。
例如，假设第一区域105和第二区域106中的热电元件组基本上相同。当电压输出Vout具有约零的值时，可以确定气流5和6可基本上相同。当电压输出Vout具有小的正值时，可以确定气流5可略大于气流6。当电压输出Vout具有大的正值时，可以确定气流5可显著大于气流6。当电压输出Vout具有小的负值时，可以确定气流5可略小于气流6。当电压输出Vout具有大的负值时，可以确定气流5可显著小于气流6。
应当理解，所测量的表面温度轮廓(例如，区域105和106之间的温度不同)可能不一定由气流引起。也可监测可改变表面热能耗散速率的其他因素/方式。例如，在一些实施方案中，可应用差分热电装置来监测蒸汽管的连接器故障，或保持热能为热或冷的任何其他管，以及高功率电线。差分热电装置的一例可附接到连接器，并且另一侧可附接到管道或线路。在一些实施方案中，可应用差分热电装置来检测数据中心服务器过热。例如，可将差分热电装置(例如，条带的形式)附接到所关注的服务器表面，以监测过热发生的位置。
图6示出了根据一些实施方案的包括图4A或图4B的热电传感器200/200’的空气过滤设备的侧面透视图。空气过滤设备包括空气过滤器10和热电传感器200/200’，热电传感器200/200’附接到空气过滤器10以获得空气过滤器10的状态信息。空气过滤器10包括过滤介质15，该过滤介质将入口表面或上游面和出口表面或下游面分开。过滤介质15可过滤从入口表面至出口表面流经其中的气流。过滤介质15可具有被任选的周边框架11包围的其周边。在一些实施方案中，过滤介质可通过从框架移除过滤介质并且用新的或再调节的过滤介质更换过滤介质来更换。在一些实施方案中，过滤介质15可以是自支撑的而没有框架。
热电传感器200/200’附接到框架11，弯曲以形成悬挂结构，使得传感器的第一区域105和第二区域106分别暴露于上游气流和下游气流。在所描绘的实施方案中，感测电路220设置在第一区域105和第二区域106之间，以测量第一区域105和第二区域106之间的电压输出。热电传感器200/200’可例如通过粘合剂安装到框架11。在一些实施方案中，热电传感器200/200’可通过夹紧机构安装到框架11。
当安装新的空气过滤器时，热电传感器200/200’的电压输出(例如，图3A中的电压输出Vout)可由感测电路220测量为参考电压输出Vt0。为了监测空气过滤器随时间推移的状态，可在空气过滤器的使用期间测量电压输出Vt。可将电压输出的差值(Vt-Vt0)与预设阈值电平进行比较。当差值超过阈值水平时，确定需要更换或修理空气过滤器。
除非另外指明，否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、性质测量等的所有数字在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下，每个数值参数应至少根据所报告的有效位数并通过应用惯常的四舍五入法来解释。
在不脱离本公开实质和范围的情况下，可对本公开的示例性实施方案进行各种修改和更改。因此，应当理解，本公开的实施方案并不限于以下描述的示例性实施方案，而应受权利要求书及其任何等同物中示出的限制因素控制。
示例性实施方案列表
以下列出示例性实施方案。应当理解，实施方案1-11以及12-20中的任一项可组合。
实施方案1为一种热电传感器，包括；
基板，所述基板具有相背对的第一主表面和第二主表面；
多个热电元件，所述多个热电元件各自由所述基板支撑并且在所述基板的相背对的第一主表面和第二主表面之间延伸，所述多个热电元件包括第一组热电元件和第二组热电元件，所述第一组和所述第二组各自包括在其近侧端部和远侧端部之间串联电连接的一个或多个热电元件，所述第一组设置在所述基板的第一区域处，并且所述第二组设置在所述基板的第二区域处：
贯通电极，所述贯通电极延伸穿过所述基板并且具有连接到所述基板的所述第一主表面上的所述第一组热电元件的所述近侧端部的第一端部和连接到所述基板的所述第二主表面上的所述第二组热电元件的所述近侧端部的第二端部；以及
感测电路，所述感测电路电连接到所述第一组热电元件和所述第二组热电元件的所述远侧端部以测量电压输出。
实施方案2为根据实施方案1所述的热电传感器，所述第一组热电元件和所述第二组热电元件各自包括一个或多个p型热电元件和一个或多个n型热电元件。
实施方案3为根据实施方案2所述的热电传感器，其中所述贯通电极连接p型热电元件和n型热电元件。
实施方案4为根据实施方案1-3中任一项所述的热电传感器，还包括第一组电极和第二组电极，所述第一组电极设置在所述基板的所述第一区域处以电连接所述第一组热电元件，所述第二组电极设置在所述基板的所述第二区域处以电连接所述第二组热电元件。
实施方案5为根据实施方案1-4中任一项所述的连接器，其中所述第一组热电元件和所述第二组热电元件基本上相同。
实施方案6为根据实施方案1-5中任一项所述的热电传感器，其中所述电压输出表示所述第一主表面或所述第二主表面上的所述第一区域和所述第二区域之间的温差。
实施方案7为根据实施方案1-6中任一项所述的热电传感器，其中所述感测电路由所述基板支撑。
实施方案8为根据实施方案1-7中任一项所述的热电传感器，其中所述基板包括彼此层合的第一柔性部分和第二柔性部分。
实施方案9为根据实施方案1-8中任一项所述的热电传感器，还包括附接到所述第一主表面或所述第二主表面中的一者的加热或冷却元件。
实施方案10为根据实施方案1-9中任一项所述的热电传感器，还包括附接到所述第一主表面或所述第二主表面中的一者的热绝缘层。
实施方案11为一种空气过滤设备，包括：
空气过滤器，所述空气过滤器具有入口表面和出口表面，所述空气过滤器被构造成过滤从所述入口表面至所述出口表面流经其中的空气；以及
根据前述权利要求中任一项所述的热电传感器，所述热电传感器附接到所述空气过滤器并且具有在所述第一主表面或所述第二主表面处暴露于气流的所述第一区域和所述第二区域，所测量的电压输出表示流经所述空气过滤器的所述气流的状态。
实施方案12为一种方法，包括：
提供具有相背对的第一主表面和第二主表面的基板；
提供多个热电元件，所述多个热电元件各自由所述基板支撑并且在所述基板的所述相背对的第一主表面和第二主表面之间延伸，所述多个热电元件包括第一组热电元件和第二组热电元件，所述第一组和所述第二组各自包括在近侧端部和远侧端部之间串联电连接的一个或多个热电元件，所述第一组设置在所述基板的第一区域处，并且所述第二组设置在所述基板的第二区域处；
提供贯通电极，所述贯通电极延伸穿过所述基板并且具有连接到所述第一主表面上的所述第一组热电元件的所述近侧端部的第一端部和连接到所述第二主表面上的所述第二组热电元件的所述近侧端部的第二端部；以及
经由感测电路测量所述第一组热电元件和所述第二组热电元件的所述远侧端部之间的电压输出。
实施方案13为根据实施方案12所述的方法，还包括基于所测量的电压输出来确定所述第一主表面或所述第二主表面上的所述第一区域和所述第二区域之间的温差。
实施方案14为根据实施方案12或13所述的方法，其中测量电压输出包括在第一时间测量第一电压输出，并且在第二时间测量第二电压输出。
实施方案15为根据实施方案14所述的方法，还包括基于所测量的第一电压输出和第二电压输出来确定随时间的温度变化。
实施方案16为根据实施方案12-15中任一项所述的方法，还包括将加热或冷却元件附接到所述第二主表面。
实施方案17为根据实施方案12-16中任一项所述的方法，还包括使所述第二主表面热绝缘。
实施方案18为根据实施方案12-17中任一项所述的方法，还包括将所述基板附接到空气过滤器，其中所述第一主表面和所述第二主表面中的一者上的所述第一区域和所述第二区域暴露于邻近所述空气过滤器的气流。
实施方案19为根据实施方案18所述的方法，其中所述基板的所述第一区域设置在所述空气过滤器的上游位置，并且所述基板的所述第二区域设置在所述空气过滤器的下游位置。
实施方案20为根据实施方案18或19所述的方法，还包括基于所测量的电压输出来确定流经所述空气过滤器的所述气流的状态。
整个本说明书中提及的“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”，无论在术语“实施方案”前是否包括术语“示例性的”都意指结合该实施方案描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的某些示例性实施方案中的至少一个实施方案中。因此，在整个本说明书的各处出现的表述诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”不一定是指本公开的某些示例性实施方案中的同一实施方案。此外，具体特征、结构、材料或特性可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。
虽然本说明书已经详细地描述了某些示例性实施方案，但是应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可很容易地想到这些实施方案的更改、变型和等同物。因此，应当理解，本公开不应不当地受限于以上示出的例示性实施方案。特别地，如本文所用，用端值表述的数值范围旨在包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。另外，本文所用的所有数字都被认为是被术语“约”修饰。此外，对各种示例性实施方案进行了描述。这些实施方案以及其他实施方案均在以下权利要求书的范围内。

Claims (18)

1.一种热电传感器，包括：
基板，所述基板具有相背对的第一主表面和第二主表面；
多个热电元件，所述多个热电元件各自由所述基板支撑并且在所述基板的相背对的第一主表面和第二主表面之间延伸，所述多个热电元件包括第一组热电元件和第二组热电元件，所述第一组热电元件和所述第二组热电元件各自包括在其近侧端部和远侧端部之间串联电连接的一个或多个热电元件，所述第一组热电元件设置在所述基板的第一区域处，并且所述第二组热电元件设置在所述基板的第二区域处，所述基板从所述第一区域横向地延伸至所述第二区域；
贯通电极，所述贯通电极延伸穿过所述基板并且具有第一端部和第二端部，所述第一端部连接到所述基板的所述第一主表面上的所述第一组热电元件的所述近侧端部，所述第二端部连接到所述基板的所述第二主表面上的所述第二组热电元件的所述近侧端部；以及
感测电路，所述感测电路电连接到所述第一组热电元件和所述第二组热电元件的所述远侧端部以测量电压输出；
其中所述电压输出表示所述第一主表面上的所述第一区域和所述第二区域之间的温差或者所述第二主表面上的所述第一区域和所述第二区域之间的温差。
2.根据权利要求1所述的热电传感器，所述第一组热电元件和所述第二组热电元件各自包括一个或多个p型热电元件和一个或多个n型热电元件。
3.根据权利要求2所述的热电传感器，其中所述贯通电极连接p型热电元件和n型热电元件。
4.根据权利要求1所述的热电传感器，还包括第一组电极和第二组电极，所述第一组电极设置在所述基板的所述第一区域处以电连接所述第一组热电元件，所述第二组电极设置在所述基板的所述第二区域处以电连接所述第二组热电元件。
5.根据权利要求1所述的热电传感器，其中所述第一组热电元件和所述第二组热电元件基本上相同。
6.根据权利要求1所述的热电传感器，其中所述感测电路由所述基板支撑。
7.根据权利要求1所述的热电传感器，其中所述基板包括彼此层合的第一柔性部分和第二柔性部分。
8.根据权利要求1所述的热电传感器，还包括附接到所述第一主表面或所述第二主表面中的一者的加热元件或冷却元件。
9.根据权利要求1所述的热电传感器，还包括附接到所述第一主表面或所述第二主表面中的一者的热绝缘层。
10.一种空气过滤设备，包括：
空气过滤器，所述空气过滤器具有入口表面和出口表面，所述空气过滤器被构造成过滤从所述入口表面流经其中至所述出口表面的空气；以及
根据前述权利要求中任一项所述的热电传感器，所述热电传感器附接到所述空气过滤器并且具有在所述第一主表面或所述第二主表面处暴露于气流的所述第一区域和所述第二区域，所测量的电压输出表示流经所述空气过滤器的所述气流的状态。
11.一种监测热电传感器的表面上的热能耗散速率的方法，所述方法包括：
提供具有相背对的第一主表面和第二主表面的基板；
提供多个热电元件，所述多个热电元件各自由所述基板支撑并且在所述基板的所述相背对的第一主表面和第二主表面之间延伸，所述多个热电元件包括第一组热电元件和第二组热电元件，所述第一组热电元件和所述第二组热电元件各自包括在近侧端部和远侧端部之间串联电连接的一个或多个热电元件，所述第一组热电元件设置在所述基板的第一区域处，并且所述第二组热电元件设置在所述基板的第二区域处，所述基板从所述第一区域横向地延伸至所述第二区域；
提供贯通电极，所述贯通电极延伸穿过所述基板并且具有第一端部和第二端部，所述第一端部连接到所述第一主表面上的所述第一组热电元件的所述近侧端部，所述第二端部连接到所述第二主表面上的所述第二组热电元件的所述近侧端部；
经由感测电路测量所述第一组热电元件和所述第二组热电元件的所述远侧端部之间的电压输出；以及
基于所测量的电压输出来确定所述第一主表面上的所述第一区域和所述第二区域之间的温差或者所述第二主表面上的所述第一区域和所述第二区域之间的温差。
12.根据权利要求11所述的方法，其中测量电压输出包括在第一时间测量第一电压输出，并且在第二时间测量第二电压输出。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括基于所测量的第一电压输出和第二电压输出来确定随时间的温度变化。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括将加热或冷却元件附接到所述第二主表面。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括使所述第二主表面热绝缘。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述基板附接到空气过滤器，其中所述第一主表面和所述第二主表面中的一者上的所述第一区域和所述第二区域暴露于邻近所述空气过滤器的气流。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述基板的所述第一区域设置在所述空气过滤器的上游位置，并且所述基板的所述第二区域设置在所述空气过滤器的下游位置。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括基于所测量的电压输出来确定流经所述空气过滤器的所述气流的状态。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110573230B (zh) 2017-04-28 2022-09-06 3M创新有限公司 基于热电装置的空气过滤监测

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4050291A (en) 1972-09-27 1977-09-27 Honeywell Inc. Filter condition responsive device compensated for changes in medium flow
US4040042A (en) 1976-07-13 1977-08-02 Horst Mayer Exhaust apparatus and monitoring circuit therefor
US4240072A (en) 1979-03-19 1980-12-16 Research Products Corporation Load indicator for an air cleaner
US5668535A (en) 1995-12-07 1997-09-16 Emerson Electric Co. Filter condition sensor and indicator
US6110260A (en) 1998-07-14 2000-08-29 3M Innovative Properties Company Filter having a change indicator
DE10140510B4 (de) 2001-08-17 2004-02-05 Carl Freudenberg Kg Verfahren und Vorrichtung zur Standzeitüberwachung eines Filters
US7261762B2 (en) 2004-05-06 2007-08-28 Carrier Corporation Technique for detecting and predicting air filter condition
US8039726B2 (en) 2005-05-26 2011-10-18 General Electric Company Thermal transfer and power generation devices and methods of making the same
US7713339B2 (en) 2006-05-26 2010-05-11 3M Innovative Properties Company Filter change indicator
US9120043B2 (en) 2006-05-30 2015-09-01 3M Innovative Properties Company Filter sensor
US8029608B1 (en) 2006-12-13 2011-10-04 BD Technology Partners Furnace filter indicator
US8388717B2 (en) 2008-09-19 2013-03-05 3M Innovative Properties Company Furnace filter adapters and braces
US20100127299A1 (en) 2008-11-25 2010-05-27 Cooper Technologies Company Actively Cooled LED Lighting System and Method for Making the Same
US20110185895A1 (en) 2010-02-03 2011-08-04 Paul Freen Filter apparatus and method of monitoring filter apparatus
TWI418969B (zh) * 2010-12-01 2013-12-11 Ind Tech Res Inst 自驅動型熱電電耗偵測裝置及方法
JP5769009B2 (ja) * 2011-06-09 2015-08-26 江藤電気株式会社 熱流センサ及び熱流センサの製造方法
US9366448B2 (en) 2011-06-20 2016-06-14 Honeywell International Inc. Method and apparatus for configuring a filter change notification of an HVAC controller
JP5913935B2 (ja) * 2011-11-30 2016-05-11 日本サーモスタット株式会社 熱電変換モジュール
US9186609B2 (en) 2012-01-31 2015-11-17 Cleanalert, Llc Filter clog sensing system and method for compensating in response to blower speed changes
US20130325368A1 (en) 2012-06-04 2013-12-05 Robert Edwin ROBB System for monitoring air flow efficiency
US8940078B2 (en) 2012-09-24 2015-01-27 Schneider Electric USA, Inc. Air filter sensor and alarm
JP6009382B2 (ja) * 2013-03-15 2016-10-19 日本サーモスタット株式会社 熱電変換モジュール
FR3015667A1 (fr) * 2013-12-20 2015-06-26 Sc2N Sa Dispositif de mesure d’un differentiel de temperatures
US9207727B2 (en) 2014-02-24 2015-12-08 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Determining air filter replacement conditions using air flow and energy consumption values
JP6303973B2 (ja) * 2014-10-20 2018-04-04 株式会社デンソー 状態検出センサ
JP2017067761A (ja) * 2015-10-01 2017-04-06 株式会社デンソー 異常兆候診断装置
CN109478589A (zh) 2016-06-23 2019-03-15 3M创新有限公司 热电带材
US20190181323A1 (en) 2016-06-23 2019-06-13 3M Innovative Properties Company Flexible thermoelectric module
CN109417120A (zh) 2016-06-23 2019-03-01 3M创新有限公司 柔性热电模块
WO2018178821A2 (en) 2017-03-31 2018-10-04 3M Innovative Properties Company Electronic devices including solid semiconductor dies
CN110573230B (zh) 2017-04-28 2022-09-06 3M创新有限公司 基于热电装置的空气过滤监测

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