CN112097941A - 热压组件、热压传感器及电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种热压组件，包括基材；热电偶单元，设于所述基材的一侧，所述热电偶单元包括第一金属电极和第二金属电极，所述第一金属电极与所述第二金属电极的一端相连接并形成热电结；及至少一个压敏电阻，设于所述基材的至少一侧。本实施例的热压组件通过将热电偶单元和压敏电阻同时设置在一个基材侧面，使用一套组件即完成了同时测温与测压，结构简单、体积小巧、检测效率较高，解决了传统的热压测量工艺中分别设置温度传感器与压力传感器并分别测量温度与压力导致占用空间过大和测量数据不准确的问题。本申请同时提出了一种具有该热压组件的热压传感器和一种电子装置。

Description

热压组件、热压传感器及电子装置

技术领域

本发明涉及热压检测技术领域，尤其涉及一种热压组件、热压传感器及电子装置。

背景技术

在工业生产、智能加工及智能电子设备等领域，很多场景下都需要同时测试压力与温度。例如：生产线的某一工位需要同时满足一定的压力要求和温度要求，才能进行加工。再比如：电子产品的指纹识别模块需要同时检测到手指的压力及温度时才能进行后续识别过程。

在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：由于市面上缺少能同时进行温度及压力测试的传感器，实际应用过程中只能将单独的温度传感器和压力传感器并列设置或层叠设置，多个元件占用空间较大，且容易导致其中至少一项检测数据不准确。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种热压组件、热压传感器及电子装置，以解决上述问题。

本发明的实施例提供一种热压组件，包括：

基材；

热电偶单元，设于所述基材的一侧，所述热电偶单元包括第一金属电极和第二金属电极，所述第一金属电极与所述第二金属电极的一端相连接并形成热电结；及

至少一个压敏电阻，设于所述基材的至少一侧。

本实施例的热压组件通过将热电偶单元和压敏电阻同时设置在一个基材侧面，使用一套组件即完成了同时测温与测压，结构简单、体积小巧、检测效率较高，解决了传统的热压测量工艺中分别设置温度传感器与压力传感器并分别测量温度与压力导致占用空间过大和测量数据不准确的问题，并且热电偶单元内的第一金属电极和第二金属电极可选用不同的材质，当热电结处温度发生变化时，热电偶单元内的电势差出现变化，通过测量电势差即可计算出温度值。

在一些实施例中，所述压敏电阻的数量为多个，多个所述压敏电阻沿以所述热电结为圆心的圆周间隔设置。

设置多个压敏电阻增加了压力测量精度，且多个压敏电阻围绕热电结设置，节省了空间，抑郁实现热压组件的小型化与集成化。

在一些实施例中，多个所述压敏电阻沿以所述热电结为圆心的圆周均匀间隔设置。

多个压敏电阻均匀间隔设置，使得压力测量的位置更均匀，能更好的反应热压组件所受的平均压力。

在一些实施例中，所述压敏电阻包括多个第一线和第二线，多个所述第一线与所述第二线首尾相连且交替设置，多个所述第一线互相平行且任一所述第二线相邻的两所述第一线位于所述第二线的同一侧，任一所述第一线相邻的两所述第二线位于所述第一线的不同侧。

压敏电阻内第一线与第二线呈弯曲走线设计，能节省占用面积，有助于实现压敏电阻的小型化与集成化。

在一些实施例中，所述压敏电阻中所述第一线及所述第二线的线宽范围为10μm-50μm；

和/或，所述压敏电阻中沿以所述热电结为圆心的圆周方向相邻两所述第一线之间的线距为10μm-50μm。

在该线宽或线距范围内，便于压敏电阻以弯曲的形状走线，且便于通过调整线宽或线长调整阻值。

在一些实施例中，所述压敏电阻的数量为多个，多个所述压敏电阻设于所述基材的两侧。

多个压敏电阻设于基材的两侧，避免了由于受力不均引起的测量误差，使得测量结果更精准。

在一些实施例中，多个所述压敏电阻关于所述基材对称设置。

压敏电阻关于基材对称设置，可使得同一位置下，对称的两个压敏电阻所受的压力与对应的检测值相同，提高了检测精度。

在一些实施例中，所述热压组件包括多个依次连接的所述热电偶单元，多个所述第一金属电极与多个所述第二金属电极交替且串联设置；

和/或，所述第一金属电极与所述第二金属电极的线宽范围为10μm-200μm，所述第一金属电极与所述第二金属电极沿垂直于延伸方向的间距范围为5μm-200μm。

多个依次串联的热电偶单元，可成倍的增加热压组件的温度检测精度；在该线宽或线距范围内，热电偶单元在保证较好测温效果的同时，兼顾了模组的小型化。

在一些实施例中，所述第一金属电极材质为铜镍合金，所述第二金属电极材质为铜；

和/或，所述压敏电阻材质为铜镍合金。

使用铜-铜镍合金材质的热电偶，具有测量范围广、稳定性与灵敏度较好、机械强度高、耐压性好、成本低廉的优点。使用铜镍合金压敏电阻，在受压力轻度形变时，其电阻值会有相应的变化，通过测量电阻的变化即可判断所受的压力大小。铜镍合金同时具有较好的温度系数，不容易周围温度发生变化时改变阻值。

在一些实施例中，所述热压组件还包括绝缘层；

所述绝缘层覆盖所述热电偶单元及所述压敏电阻远离所述基材的一侧。

绝缘层用于防止热电偶单元和压敏电阻内的金属发生氧化，避免由于金属氧化影响测量的精度。

本发明实施例还提供一种热压传感器，包括：

上述任一实施例所述的热压组件；

压力检测机构，电连接至少一个所述压敏电阻；及

温度检测机构，电连接所述热电偶单元。

使用该热压传感器用于热压测量，完成了同时测温与测压，解决了传统的热压测量工艺中分别设置温度传感器与压力传感器并分别测量温度与压力导致占用空间过大和测量数据不准确的问题。

在一些实施例中，所述热压传感器还包括：

控制机构，所述控制机构电连接所述压力检测机构和所述温度检测机构，用于获取所述压力检测机构和所述温度检测机构的检测结果，并依据该检测结果输出对应的检测信号。

控制机构可以对测量得到的数据进行处理，例如超额报警等功能。

本发明实施例还提供一种电子装置，包括：

本体；及

上述任一实施例所述的热压传感器，所述热压传感器设于所述本体内。

本发明实施例提出的热压组件、热压传感器及电子装置，通过将热电偶单元和压敏电阻同时设置在一个基材上，使用一套组件即同时完成了同时测温与测压，解决了传统的热压测量工艺中分别设置温度传感器与压力传感器分别测量温度与压力导致占用空间过大和测量数据不准确的问题。且本申请还具有结构简单、体积小巧、使用方便、成本低廉的特点。

附图说明

图1为本发明第一实施例的热压传感器的平面结构示意图。

图2为本发明第二实施例的热压组件的剖视图。

图3为本发明实施例的电子装置的立体示意图。

主要元件符号说明

热压组件 100

基材 10

热电偶单元 20

第一金属电极 21

第二金属电极 22

压敏电阻 30

第一线 31

第二线 32

绝缘层 40

感温区 50

热压传感器 200

压力检测机构 210

温度检测机构 220

控制机构 230

电子装置 300

本体 310

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

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。

需要说明的是，当一个组件被称为“电连接”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“电连接”另一个组件，它可以是接触连接，例如，可以是导线连接的方式，也可以是非接触式连接，例如，可以是非接触式耦合的方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种热压传感器200，热压传感器200包括一种热压组件100，热压组件100用于同时测量温度与压力。热压组件100包括基材10、设于基材10上的热电偶单元20和至少一个压敏电阻30。

热电偶单元20用于测量温度，压敏电阻30用于测量压力。至少一个压敏电阻30与热电偶单元20可以在基材10上相邻设置或对向设置。

使用时，通过外接检测模块即可依据热电偶单元20内的电势差变化判断所处的温度，依据压敏电阻30的阻值变化判断所受压力大小。

本实施例的热压组件100通过将热电偶单元20和压敏电阻30同时设置在一个基材10侧面，使用一套组件即完成了同时测温与测压，结构简单、体积小巧、检测效率较高，解决了传统的热压测量工艺中分别设置温度传感器与压力传感器并分别测量温度与压力导致占用空间过大和测量数据不准确的问题。

请继续参阅图1，在本实施例中，基材10呈圆板状，且厚度较薄，用于承载热电偶单元20和压敏电阻30。

可以理解，基材10的厚度较薄，可以控制热压组件100整体的体积在一定范围内，使得热压组件100实现小型化。

进一步地，在本实施例中，基材10的材质可选用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)中的至少一种，但不限于此。PET和PI材质能够兼顾整体的柔韧性、稳定性、可靠性，在导热能力方面较为适合，且同时具有绝缘特性，能够防止热电偶单元20的电势差测量时由于基材10的传导产生误差。

进一步地，基材10的厚度优选为30μm-300μm，例如30μm、50μm、80μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm，但不限于此。该厚度范围能够对其承载的其他元件起到较好的支撑并保证了基材10不会影响检测数据。在实际运用的过程中，依据所需的测量范围及空间限制选用合适的厚度即可。

可以理解，基材10的形状不限于本实施例中的方式，可依据被测元件的大小或热电偶单元20与压敏电阻30的布局选用合适的形状，例如：方形、椭圆形等。

进一步地，热电偶单元20设置于基材10的一侧，热电偶单元20包括第一金属电极21和第二金属电极22，第一金属电极21的一端与第二金属电极22的一端相连并形成热电结(即为热电偶单元20的热端，图中未标出)，热电结及其附近的区域构成感温区50，感温区50用于接触待测部件进行测温。

具体地，热电结用于接触或靠近被测物。由于第一金属电极21和第二金属电极22的材质不同，当温度发生变化时，热电偶单元20内部的电势差发生变化，通过测量电势差即可计算出当前的温度值。

在本实施例中，第一金属电极21与第二金属电极22均大致呈长条形并间隔设置，第一金属电极21与第二金属电极22位于同侧的一端相连接并导通，相连接的部分即为热电结，热电结用于感测温度，并处于感温区50内，第一金属电极21与第二金属电极22远离热电结的一端(即为热电偶单元20的冷端)用于连接外部检测模块。

在本实施例中，第一金属电极21的材质为铜镍合金，第二金属电极22的材质为铜。使用铜-铜镍合金的热电偶，具有测量范围广、稳定性与灵敏度较好、机械强度高、耐压性好、成本低廉的优点。可以理解，在本申请的其他实施例中，第一金属电极21与第二金属电极22的材质不限于铜镍合金和铜，也可依据所需的检测范围或成本来选用合适的金属材质。

具体地，铜镍合金中，铜与镍的质量比范围优选为4:6到5:5之间，但不限于此。第一金属电极21与第二金属电极22一般通过表面溅射的方式与基材10相结合，但不限于此。

进一步地，第一金属电极21与第二金属电极22的长度可依据所需的检测精度进行调整，第一金属电极21与第二金属电极22沿垂直于延伸方向的间距优选范围为5μm-200μm，例如：5μm、10μm、20μm、50μm、80μm、100μm、130μm、170μm、200μm等。该范围内的间距可较好的避免两个电极之间的干扰。如间距太短容易引发相互干扰，如间距过长会造成空间的浪费。

进一步地，在本实施例中，第一金属电极21与第二金属电极22的线宽优选为10μm-200μm，例如：10μm、20μm、50μm、80μm、100μm、120μm、150μm、200μm。具有该线宽的第一金属电极21与第二金属电极22能够在保证检测精度的同时，缩小热电偶单元20占用的空间。

进一步地，在本申请的一些实施例中，热压组件100还可以包括多个热电偶单元20，每个热电偶单元20均包括第一金属电极21和第二金属电极22，多个第一金属电极21和第二金属电极22交替串联，只要连接处形成的多个热电结位于感温区50内即可。可以理解，通过连接多个第一金属电极21和第二金属电极22，使得热电偶单元20内部的检测电势差会被成倍的放大，进而提高了温度检测精准度。

可以理解，在一些实施例中，多个热电偶单元20还可对应设置于基材10的两侧，进而增加了温度检测区域。

在本实施例中，压敏电阻30与热电偶单元20位于基材10的同一侧且压敏电阻30的数量为四个。

进一步地，热电偶单元20的热电结及感温区50位于圆形基材10的圆心处，四个压敏电阻30位于圆形基材10的感温区50外的圆周，且四个压敏电阻30均匀间隔环绕感温区50。

可以理解，在本申请的其他实施例中，压敏电阻30的数量不限于本实施例中的四个，可依据所需检测的区域大小和所需的检测精度设置合适的数量，如所述压敏电阻30的数量可以为两个、三个、六个、八个等，多个压敏电阻30的排布方式可依据检测所需位置设置，包括但不限于设置于基材10上与热电偶单元20处于基材10上同一侧或另一侧。

进一步地，压敏电阻30的材质选用铜镍合金，铜镍合金电阻在受压力轻度形变时，其电阻值会有相应的变化，通过测量电阻的变化即可判断所受的压力大小。

进一步地，铜镍合金具有较好的温度系数，不易受周围环境温度的变化影响。

可以理解，在本申请的其他实施例中，压敏电阻30的材质不限于铜镍合金，还可选用氧化锌、碳化硅等材质。

进一步地，压敏电阻30的内部结构包括多个第一线31和第二线32，多个第一线31与第二线32首尾相连且交替设置，且多个第一线31之间相互平行，即每个第二线32用于连接两个第一线31的一端，其中任一第二线32相邻的两个第一线31位于第二线32的同一侧，任一第一线31相邻的两第二线32位于第一线31的不同侧。

可以理解，压敏电阻30内部结构通过第一线31与第二线32呈“S”形弯曲状的走线。可以理解，弯曲走线设计能节省占用面积，有助于实现压敏电阻30的小型化与集成化。

可以理解，在压敏电阻30实际应用时，可以依据所需的电阻值，调整压敏电阻30的走线长度。

进一步地，压敏电阻30中，第一线31与第二线32之间的线宽范围为10μm-50μm，例如：10μm、20μm、30μm、40μm、50μm。在该线宽单位内，便于压敏电阻30以“S”形弯曲走线，且便于调整阻值。

进一步地，压敏电阻30中，沿以所述热电结为圆心的圆周方向相邻两第一线31之间的线距范围为10μm-50μm，例如：10μm、20μm、30μm、40μm、50μm。在该线距范围内，能够合理控制压敏电阻30的占用空间。

进一步地，热电偶单元20和多个压敏电阻30的接线端口(用于连接外部检测模块的端口)均集中排列于基材10的一边，多个接线端口并列排列，便于外部模块连接，且节省占用空间。

进一步地，四个压敏电阻30可以分别测量每一个的阻值变化，以判断每个压敏电阻30所受的压力，还可以将四个压敏电阻30连接成一个惠斯通电桥。当其中至少一个压敏电阻30受压力至阻值变化时，即会导致惠斯通电桥内不平衡，即可通过检流计测量桥路内电流变化，以得到压敏电阻30的阻值变化，进而计算出所受的压力大小。

可以理解，热压组件100整体大致呈圆形，易直接集成于智能手表、手机、生物识别装置等电子设备内部。

请同时参阅图1与图2，在本发明第二实施例提供一种热压组件100，与第一实施例类似，热压组件100包括基材10、热电偶单元20和压敏电阻30。进一步地，相较于第一实施例，本实施例中的热压组件100还包括绝缘层40，绝缘层40覆盖于热电偶单元20和压敏电阻30远离基材10的一侧。

可以理解，绝缘层40用于防止热电偶单元20和压敏电阻30内的金属发生氧化，避免由于金属氧化影响测量的精度。

绝缘层40的材质可选用树脂或橡胶等绝缘材料，具有较好绝缘特性的同时也具有一定的导热性。进一步地，绝缘层40的厚度优选为2μm-30μm，例如：2μm、3μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm。该长度范围的绝缘层40可以在实现较好绝缘效果的同时不影响测量精度。

另外，相较于第一实施例，在本实施例中，基材10的相对两侧均设有压敏电阻30。

在本实施例中，压敏电阻30的数量为八个，基材10的每一侧均设置四个压敏电阻30。通过在基材10的两侧均设置压敏电阻30，避免了由于受力不均造成了测量误差，提升了热压组件100的压力测量精度。

可以理解，不同的压敏电阻30可关于基材10对称设置，也可以非对称设置。对称设置的压敏电阻30可以在针对单点测压力时使测量值更精确，非对称设置的压敏电阻30可以增加压力测量的范围。

需要说明的是，图2仅示出了一个实施例中的热压组件100的结构示意图，压敏电阻30的形状和排布不限于此。

请继续参阅图1，本申请同时提供一种热压传感器200，包括上述热压组件100，还包括压力检测机构210和温度检测机构220。

压力检测机构210电连接至少一个压敏电阻30，用于测量压敏电阻30的阻值大小，并依据阻值大小的变化计算出所受的压力大小。

具体地，在本实施例中，压敏电阻30的数量为多个，压力检测机构210电连接多个压敏电阻30。

进一步地，压力检测机构210可以将四个压敏电阻30连接成惠斯通电桥，进而在压敏电阻30受压力至桥路不平衡时测量压敏电阻30的阻值变化。压力检测机构210可以通过使用检流计测量桥路内电流进而计算出阻值变化。

温度检测机构220电连接热电偶单元20，用于检测热电偶单元20内的电势差，并依据该电势差计算出感温区50处的温度。

进一步地，温度检测机构220可以使用电压计测量电势差大小，还可为其他能够检测电势差的仪器，例如：万用表。

进一步地，在本实施例中，热压传感器200还包括控制机构230，控制机构230电连接压力检测机构210和温度检测机构220。控制机构230用于获取压力检测机构210和温度检测机构220的检测数值，并依据该检测结果输出对应的检测信号。

具体地，当测量的温度值或压力值分别处于对应的数值范围内时，输出对应的信号。例如：当检测到温度值低于一预设温度阈值而压力值高于一预设压力阈值时，输出一警示信号。

可以理解，控制机构230用于在热压传感器200使用时处理得到的检测数值，在本申请的其他实施例中，控制机构230可省略，直接由压力检测机构210和温度检测机构220输出对应的检测值即可。

请一并参阅图3，本发明实施例同时提供一种电子装置300，电子装置300包括本体310和上述热压传感器200，热压传感器200设于本体310内。

具体地，热压传感器200设于电子装置300需要温度和压力检测的部位；例如：指纹识别区，将热压传感器200与指纹传感器一并使用，只有当热压传感器200检测到压力并且温度值高于35°时，即判断为手指接触正确，进而启动指纹传感器进行指纹识别。

进一步地，本发明实施例的电子装置300包括但不限于为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、电子书籍阅读器、便携多媒体播放器(PMP)、便携电话机、视频电话机、数码相机、移动医疗装置、可穿戴式设备等需要热压检测的电子装置300。

本发明实施例提出的热压组件100、热压传感器200及电子装置300，通过将热电偶单元20和压敏电阻30同时设置在一个基材10上，使用一套组件即同时完成了同时测温与测压，解决了传统的热压测量工艺中分别设置温度传感器与压力传感器分别测量温度与压力导致占用空间过大和测量数据不准确的问题。本申请还具有结构简单、体积小巧、使用方便、成本低廉的特点。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种热压组件，其特征在于，包括：

基材；

热电偶单元，设于所述基材的一侧，所述热电偶单元包括第一金属电极和第二金属电极，所述第一金属电极与所述第二金属电极的一端相连接并形成热电结；及

至少一个压敏电阻，设于所述基材的至少一侧。

2.如权利要求1所述的热压组件，其特征在于，所述压敏电阻的数量为多个，多个所述压敏电阻沿以所述热电结为圆心的圆周间隔设置。

3.如权利要求2所述的热压组件，其特征在于，多个所述压敏电阻沿以所述热电结为圆心的圆周均匀间隔设置。

4.如权利要求1所述的热压组件，其特征在于，所述压敏电阻包括多个第一线和第二线，多个所述第一线与所述第二线首尾相连且交替设置，多个所述第一线互相平行且任一所述第二线相邻的两所述第一线位于所述第二线的同一侧，任一所述第一线相邻的两所述第二线位于所述第一线的不同侧。

5.如权利要求4所述的热压组件，其特征在于，所述压敏电阻中所述第一线及所述第二线的线宽范围为10μm-50μm；

和/或，所述压敏电阻中相邻两所述第一线之间的线距范围为10μm-50μm。

6.如权利要求1所述的热压组件，其特征在于，所述压敏电阻的数量为多个，多个所述压敏电阻设于所述基材的两侧。

7.如权利要求6所述的热压组件，其特征在于，多个所述压敏电阻关于所述基材对称设置。

8.如权利要求1所述的热压组件，其特征在于，所述热压组件包括多个依次连接的所述热电偶单元，多个所述第一金属电极与多个所述第二金属电极交替且串联设置；

和/或，所述第一金属电极与所述第二金属电极的线宽范围为10μm-200μm，所述第一金属电极与所述第二金属电极沿垂直于延伸方向的间距范围为5μm-200μm。

9.如权利要求1所述的热压组件，其特征在于，所述第一金属电极材质为铜镍合金，所述第二金属电极材质为铜；

和/或，所述压敏电阻材质为铜镍合金。

10.如权利要求1所述的热压组件，其特征在于，所述热压组件还包括绝缘层，所述绝缘层覆盖所述热电偶单元及所述压敏电阻远离所述基材的一侧。

11.一种热压传感器，其特征在于，包括：

如权利要求1-10任意一项所述的热压组件；

压力检测机构，电连接至少一个所述压敏电阻；及

温度检测机构，电连接所述热电偶单元。

12.如权利要求11所述的热压传感器，其特征在于，所述热压传感器还包括：

控制机构，所述控制机构电连接所述压力检测机构和所述温度检测机构，用于获取所述压力检测机构和所述温度检测机构的检测结果，并依据该检测结果输出对应的检测信号。

13.一种电子装置，其特征在于，包括：

本体；及

如权利要求11-12任意一项所述的热压传感器，所述热压传感器设于所述本体内。

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