CN112504495A - 一种热电偶及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种热电偶及电子设备，包括：电偶结构，由热端延伸至冷端，所述电偶结构包括第一电偶金属以及与所述第一电偶金属连接的第二电偶金属，所述第一电偶金属与所述第二电偶金属均分别由所述热端延伸至所述冷端；补偿结构，包括温度测量组件以及导热线路，所述导热线路沿由所述热端指向所述冷端的方向延伸，以通过导线将所述热端的温度沿朝向所述冷端的方向传导，所述温度测量组件与所述导热线路背离所述热端的端部连接，以获取所述导热线路背离所述热端的端部的温度。本申请通过获取导热线路的位于热电偶冷端位置的温度即可以间接获取热电偶冷端上升的温度。进而能够排除系统误差，使得热电偶的测量精度更高。

Description

一种热电偶及电子设备

技术领域

本申请涉及温度测量的技术领域，尤其涉及一种热电偶及电子设备。

背景技术

热电偶是常见的温度测量元件，现有的热电偶在测量温度时，均具有系统 误差，温度测量的精度较低。

发明内容

本申请提供一种热电偶及电子设备，能够进行更精准的温度测量。

根据本申请的一个方面，提供了一种热电偶，包括：电偶结构，由热端延 伸至冷端，所述电偶结构包括第一电偶金属以及与所述第一电偶金属连接的第 二电偶金属，所述第一电偶金属与所述第二电偶金属均分别由所述热端延伸至 所述冷端；补偿结构，包括温度测量组件以及导热线路，所述导热线路沿由所 述热端指向所述冷端的方向延伸，以通过导线将所述热端的温度沿朝向所述冷 端的方向传导，所述温度测量组件与所述导热线路背离所述热端的端部连接， 以获取所述导热线路背离所述热端的端部的温度。

上述方案中，充分考虑了由于热电偶工作时其热端向冷端传递温度所带来 的系统误差。由于增加导热线路，导热线路将热电偶的热端位置的温度传递至 冷端位置，以用于模拟热电偶的热端传递至冷端的温度，通过获取导热线路的 位于热电偶冷端位置的温度即可以间接获取热电偶冷结上升的温度。获取这一 温度后，通过简单计算，则可以得到相关技术中的热电偶的系统误差值，进而 能够排除系统误差，使得热电偶的测量精度更高。

根据本申请的一种实施例，导热线路具有将热量由热端传递至冷端的第一 导热效率，电偶结构具有将热量由热端传递至冷端的第二导热效率，导热线路 配置成使第一导热效率等于第二导热效率。

上述方案中，“导热线路配置成使第一导热效率等于第二导热效率”的意 思是，在相同的时间以及相同温差条件下，导热线路由热端传导至冷端的热量 与电偶结构由热端传导至冷端的热量相等。当导热线路满足上述条件时，导热 线路传递至冷端的温度更具有参考意义，更能反映电偶结构的由热端传递至冷 端的热量以及温度变化情况。

根据本申请的一种实施例，第一电偶金属、第二电偶金属以及导热线路均 沿直线延伸，且第一电偶金属、第二电偶金属以及导热线路平行间隔设置。

上述方案中，第一电偶金属、第二电偶金属以及导热线路呈直线延伸，使 得导热线路与第一电偶金属、第二电偶金属之间的导热性能更加容易对应匹配， 故导热线路能够更精准的模拟第一电偶金属、第二电偶金属所传导的热量，进 而提升了热电偶的测量精度。

根据本申请的一种实施例，沿由热端指向冷端的方向，第一电偶金属、第 二电偶金属以及导热线路的尺寸均相同。

上述方案中，当第一电偶金属与导热线路的长度相同时，在第一电偶金属 与导热线路的背离热端的端部的温度变化更加相近，使得导热电路能够更精准 的模拟第一电偶金属所传导的热量，进而提升了热电偶的测量精度。

根据本发明的一种实施例，由热端指向冷端的方向为第一方向；

第一电偶金属包括M个沿第一方向延伸的第一金属线，第二电偶金属包括 M个沿第一方向延伸的第二金属线，M个第一金属线与M个第二金属线一一 交错布置，且M个第一金属线与M个第二金属线一一首尾连接形成串联通路， 其中，M为正整数；

导热线路包括N个沿第一方向延伸的第三金属线，且N个第三金属线背离 热端的端部均与温度测量组件连接，其中，N为正整数；

沿垂直于第一方向的方向，每个第一金属线的截面面积为S₁，每个第二金 属线的截面面积总和为S₂，每个第三金属线的截面面积为S₃；

第一金属线的导热系数为λ₁，第二金属线的导热系数为λ₂，第三金属线的 导热系数为λ₃，其中，λ₁＞λ₂；

第一金属线沿第一方向的尺寸为L₁，第二金属线沿第一方向的尺寸为L₂， 第三金属线沿第一方向的尺寸为L₃；

S₁、S₂、S₃、λ₁、λ₂、λ₃、L₁、L₂、L₃满足关系式：

其中，A为误差范围，且-0.3≤A≤0.3。

上述方案中，无论M的取值为1或大于1的整数，通过上述公式来对导热 线路进行加工制造可以使得导热线路能够同时模拟第一电偶金属以及第二电偶 金属两者综合的温度传输过程，温度补偿结果更加准确。

根据本申请的一种实施例，所述M与所述N满足关系式：

M＝N

其中，所述M个第一金属线以及所述M个第二金属线组合形成M组电偶 组，每组所述电偶组中的所述第一金属线以及所述第二金属线之间均设有一个 所述第三金属线。

上述方案中，每个第三金属线均位于成组设置的第一金属线以及第二金属 线之间，使得每个第三金属线所处的环境与相邻的第一金属线以及第二金属线 更加相近，从而让第三金属线传导至冷端的温度更具参考意义。

根据本申请的一种实施例，所述N等于2，且所述电偶结构设置于两个所 述第三金属线之间。

上述方案中，两个第三金属线绕电偶结构的外周布置，使得导热线路的位 置布置不会影响电偶结构，即可以在原有的电偶结构的基础上的外周重新设计 导热线路的结构，且导热线路的宽度尺寸增大或减小均不用考虑其与电偶结构 之间的干涉问题(导热线路的宽度可以朝外周扩展)，降低了设计成本。

根据本申请的一种实施例，热电偶还包括：

基材层，包括第一表面；

其中，电偶结构以及导热线路均设于第一表面。

上述方案中，电偶结构与导热线路同时位于基材的一个表面上，热电偶的 集成度更高，结构更加紧凑。

根据本申请的一种实施例，第一电偶金属与第二电偶金属在热端连接并形 成热结；

热电偶还包括与热结连接的绝缘层，绝缘层设置于热结背离基材层的表面；

导热线路靠近热结的端部设于绝缘层背离热结的表面。

上述方案中，导热线路的位于热端的端部可以与电偶结构的热结的位置平 齐，两者能够基本在同一位置接触热源，使得导热电路能够更精准的模拟第一 电偶金属所传导的热量，进而提升了热电偶的测量精度。

根据本申请的一种实施例，热电偶还包括：

基材层，包括相对布置的第一表面以及第二表面；

其中，电偶结构设于第一表面，导热线路设于第二表面。

上述方案中，当导热线路与电偶结构布置于基材层的两个相对的表面时， 导热线路可以在垂直于基材层的方向与电偶结构的布置位置完全重合，从而能 够更加精准的模拟出电偶结构由热端传递至冷端的温度。并且，导热线路与电 偶结构分布于基材层的不同表面也使得两者完全不会产生位置干涉，同时热电 偶的结构也更加紧凑，体积更小。

根据本申请的一种实施例，导热线路包括第一导热线以及第二导热线，第 一导热线与第二导热线均分别由热端延伸至冷端，且第一导热线与第二导热线 在热端连接，第一导热线的材质与第一电偶金属的材质相同，第二导热线路的 材质与第二电偶金属的材质相同；

第一电偶金属在第二表面上的正投影为第一投影，第一导热线的布置位置 与第一投影重合，第二电偶金属在第二表面上的正投影为第二投影，第二导热 线的布置位置与第二投影重合；

温度测量组件包括第一测温部以及第二测温部，第一测温部与第一导热线 背离热端的端部连接，第二测温部与第二导热线背离热端的端部连接。

上述方案中，第一导热线用以模拟第一电偶金属的温度传导，第二导热线 用来模拟第二电偶金属的温度传导，且第一导热线对应于第一电偶金属的位置 布置，第二导热线对应于第二电偶金属的位置布置。即导热线路完全模拟了电 偶结构的结构，从而使导热线路可以更加精准的模拟电偶金属的温度传递效果。

根据本申请的一种实施例，热电偶还包括：

屏蔽层，屏蔽层设置于第二表面；

其中，第二表面包括第一布置区域以及第二布置区域，导热线路布置于第 一布置区域，屏蔽层布置于第二布置区域。

上述方案中，屏蔽层与导热线路同时布置于基材板的第二表面，具体可以 为屏蔽层与导热线路基本完全铺满基材板的第二表面(仅导热线路与屏蔽层的 交界处存在间隙)。一方面，使得导热线路不占据额外的空间，另一方面，导 热线路也充当了屏蔽层的一部分，起到了屏蔽作用，一举两得。

根据本申请的一种实施例，温度测量组件包括正极线路、负极线路以及热 敏电阻，热敏电阻与导热线路的背离热端的端部连接，正极线路、负极线路以 及热敏电阻连接形成串联通路。

上述方案中，上述方案中，利用热敏电阻根据温度而产生阻值变化的原理 来测量导热线路位于冷端的温度，结构简单、成本低廉。

本申请的第二方面还提供了一种电子设备，

包括电子设备本体以及上述任一项的热电偶，热电偶设置电子设备本体内。

上述方案中，电子设备中的热电偶由于具有补偿结构，故热电偶的测量精 度更高。

本申请提供一种热电偶，充分考虑了由于热电偶工作时其热端向冷端传递 温度所带来的系统误差。本申请增加导热线路，导热线路将热电偶的热端位置 的温度传递至冷端位置，以用于模拟热电偶的热端传递至冷端的温度，通过获 取导热线路的位于热电偶冷端位置的温度即可以间接获取热电偶冷端上升的温 度。获取这一温度后，通过简单计算，则可以得到相关技术中的热电偶的系统 误差值，进而能够排除系统误差，使得热电偶的测量精度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创 造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种实施例提供的热电偶的结构示意图；

图2为本申请另一种实施例提供的热电偶的结构示意图；

图3为本申请又一种实施例提供的热电偶的结构示意图；

图4为本申请一种实施例中电偶结构、补偿结构以及基材层组合后的结构示 意图；

图5位图4的A-A方向的剖视示意图；

图6为本申请另一种实施例中的电偶结构、补偿结构以及基材层组合后的结 构示意图；

图7位图6的B-B方向的剖视示意图；

图8为本申请又一种实施例中的电偶结构、补偿结构以及基材层组合后的结 构示意图；

图9为本申请再一种实施例中的电偶结构、补偿结构以及基材层组合后的结 构示意图；

图10为本申请一种实施例中的电偶结构、补偿结构以及基材层组合后的结 构示意图；其中，补偿结构与电偶结构分布于基材层的不同表面；

图11为图10的C-C方向的剖视示意图；

图12为本申请一种实施例中的电偶结构、补偿结构以及基材层组合后的结 构示意图；其中，补偿结构与电偶结构分布于基材层的不同表面，导热线路分 为第一导热线以及第二导热线；

图13为图12的D-D方向的剖视示意图；

图14为本申请一种实施例中的电偶结构、补偿结构、基材层以及屏蔽层组 合后的结构示意图；

图15为本申请一种实施例中的热电偶的全剖示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信 号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。 当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要 两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0， 称为自由端(也称参考端)或冷端，回路中将产生电动势，该电动势的方向和 大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”，两种导 体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。

实际操作过程中，本发明人发现，在热电偶进行测温时，热电偶的热端位 置的温度会通过热电偶内的导线(即前述的导体或半导体A和B)传输至冷端 位置，使得热电偶的热端与冷端之间的温度差改变，进而使得热电偶回路中产 生的电动势改变，最终影响热电偶的温度测量的准确度。

鉴于上述技术问题，本发明人初期采取了多种手段来对热电偶的具体结构 进行了改进。一方面，本发明人考虑到当探测到热电偶的冷端的温度变化即可 根据此温度变化来对热电偶探测后显示的温度进行修正，故初期采用了额外的 温度传感器来直接测量热电偶冷端的温度。然而后期实验数据显示，上述方案 中，由于额外的温度传感器一般为具有电流通路的模块(额外的温度传感器不 宜为热电偶结构，因为额外的热电偶也仍然存在需要温度补偿的问题)，例如 额外的温度传感器可以为带有热敏电阻的电路模块。额外的温度传感器直接探 测热电偶冷端的温度时，其产生的电流会对热电偶中的电动势产生影响(或额 外的温度传感器感应时会产生额外的温度，产生的温度不高，但是相对于热电 偶需要补偿的温度而言是无法忽视的)，相当于热电偶产生了新的系统误差， 导致测量温度不够理想。另一方面，本发明人考虑到额外的温度传感器不宜与 热电偶的导体直接连接，故将温度传感器设置于热电偶的冷端旁侧，直接探测 热电偶冷端附近的温度。这样方案虽然能够在一定程度上对热电偶的测量值进 行修正，但结果仍然不够理想，因为热电偶冷端的旁侧的温度难以完全反应热 电偶由热端通过导线传递至冷端的温度。

经过本发明人上述思考与实践，如图1-图15，以下提供一种改良后的热电 偶的技术方案，该热电偶克服了前述所有方案中的缺陷，具有较高的温度检测 精度。具体地，该热电偶包括电偶结构100以及补偿结构200。

电偶结构100由热端11位置延伸至冷端12，需要注意的是，本文中的“热 端11”与“冷端12”均为方位用词，电偶结构100具有热结130与冷结140， 其中电偶结构100工作时，热结130处于热端11位置，冷结140处于冷端12 位置。电偶结构100包括第一电偶金属110以及第二电偶金属120，第一电偶 金属110以及第二电偶金属120即前文中的导体或半导体A以及导体或半导体 B。第一电偶金属110与第二电偶金属120均分别由电偶结构100的热端11延 伸至冷端12，且第一电偶金属110与第二电偶金属120在热端11连接并形成 热结130。当电偶结构100的热端11与冷端12的温度不同时，第一电偶金属 110以及第二电偶金属120形成的回路中将产生电动势，根据产生的电动势的 大小即可对应求得热电偶热端11的温度。

补偿结构200包括温度测量组件220以及导热线路210，导热线路210沿 由热端11指向冷端12的方向延伸，以通过导线将热端11的温度传递至冷端 12。也即是说，本实施例中，设置一个由热电偶的热端11朝冷端12延伸的导 线，通过导线将热电偶热端11的温度导向冷端12，以此来模拟电偶结构100 的电偶金属传递热端11温度的效果。温度测量组件220与导热线路210背离热 端11的端部连接，以获取由热端11通过导热线路210传递至冷端12的温度， 通过获取导热线路210的位于热电偶冷端12位置的温度即可以间接获取热电偶冷结140上升的温度。获取这一温度后，通过简单计算，则可以得到相关技术 中的热电偶的系统误差值，进而能够排除系统误差，使得热电偶的测量精度更 高。

需要注意的是，本文中定义“导线”的含义为能够进行热传导的线路结构。 也即是说，导线可以为能够传导电流的金属线或非金属线，也可以为无法传导 电流的其它线材。例如导热线路210的材质可以为铜、铁、金、银等常见的导 电金属，也可以为石墨、碳纤维等具有导电性能的非金属，还可以是陶瓷或其 它具有耐高温性能的非导电材料。当热电偶的工作温度较低时，导热线路210 的材质还可以是塑料、硅胶等非导电材料。但是，无论导热线路210的材质如 何，为了使其能够反映热电偶的补偿温度(为了描述方便，以下均将热电偶由 热端11传递至冷端12的温度称为补偿温度)，需要根据导热线路210的材质， 对其截面积、密度、长度以及布置位置等参数进行特别设计，使其导热过程与 热电偶的导热过程相匹配。例如，当导热线路210的材质的导热系数低于热电 偶的材质的导热系数时，导热线路210的长度可以适当小于热电偶的长度；当 导热线路210的材质的导热系数高于热电偶的材质的导热系数时，导热线路210 的长度可以适当大于热电偶的长度，或导热线路210的靠近热电偶热端11的端 部可以适当远离热电偶的热端11。

热电偶中的第一电偶金属110以及第二电偶金属120为两种材质不同的金 属，且两者的导热系数差异较大。为了方便描述，定义第一电偶金属110的导 热系数高于第二电偶金属120的导热系数。示例性的，第一电偶金属110可以 为铜，第二电偶金属120可以为铜镍合金，此时，第一电偶金属110的导热性 能为第二电偶金属120的导热性能的约十七倍，故热电偶的补偿温度主要由第 一电偶金属110传递而导致。当然，第一电偶金属110以及第二电偶金属120 的具体材质还可以有其它组合情况，这里不做过多赘述。

当第一电偶金属110的材质的导热系数高于第二电偶金属120的材质时， 考虑到热电偶的两个电偶金属的温度系数一般差异较大，而热电偶的主要误差 来源为温度系数较大的电偶金属传导热端11的温度导致的，故可以使导热线路 210的材质与第一电偶金属110的材质相同。通过模拟出温度系数较高的电偶 金属所传递的温度即可较大程度上提升热电偶的测量精度，并且导热线路210 采用现有的热电偶的材质还能够降低设计难度以及加工成本。

导热线路210可以呈直线延伸也可以呈曲线延伸，为了使导热线路210能 够匹配第一电偶金属110的温度传导路径从而更加准确的获取补偿温度，一种 实施例中，第一电偶金属110与导热线路210均沿直线延伸，且第一电偶金属 110与导热线路210平行间隔设置。上述方案中，导热线路210与第一电偶金 属110之间的导热性能更加容易对应匹配，故导热线路210能够更精准的模拟 第一电偶金属110所传导的热量，进而提升了热电偶的测量精度。

沿由热端11指向冷端12的方向，第一电偶金属110、第二电偶金属120 以及导热线路210的尺寸可以相同也可以不相同，当三者的尺寸相同时，在第 一电偶金属110与导热线路210的背离热端11的端部的温度变化更加相近，使 得导热电路能够更精准的模拟第一电偶金属110所传导的热量，进而提升了热 电偶的测量精度。当然，在某些场景下，由于空间的限制，导热线路210与第 一电偶金属110以及第二电偶金属120的长度尺寸无法做到相同时，还可以通 过改变导热线路210的材质、截面面积或布置位置来使得导热线路210的导热效果与电偶结构100的导热效果相匹配。

补偿结构200可以与电偶结构100连接也可以完全不连接，即补偿结构200 与电偶结构100可以为两个相互独立的单元。例如，补偿结构200可以为设置 于相关技术中的热电偶旁侧的独立存在的元件，补偿结构200能够显示补偿温 度或能够传递具有补偿温度的信号，操作人员可以根据显示的补偿温度或传递 的信号自行对热电偶的测量值进行分析，以得到最后的准确值。上述方案中， 相关技术中的热电偶为本申请实施例中的电偶结构100，相关技术中的热电偶 与补偿结构200的组合称为本申请实施例中的热电偶。

为了使热电偶结构100更加紧凑，电偶结构100以及补偿结构200可以相 互连接。根据本申请的一种实施例，热电偶还可以包括基材层300。基材层300 包括第一表面310，电偶结构100以及导热线路210均设于第一表面310。即电 偶结构100与补偿结构200的导热线路210利用基材层300进行连接，其适用 于小型的热电偶，对于大型的热电偶，电偶结构100以及补偿结构200可以利 用其它连接支架进行连接，这里不做赘述。

当导热线路210设置于第一表面310时，补偿结构200的温度测量组件220 可以设置于第一表面310，也可以设置于第一表面310外。当温度测量组件220 设置于第一表面310外时，导热线路210的背离热电偶的热端11的端部伸出基 材层300而与温度测量组件220连接。

导热线路210以及电偶结构100均位于基材层300的同一个表面时，为了 避免导热线路210与电偶结构100产生位置干涉，导热线路210的位于电偶结 构100热端11位置的端部无法与电偶结构100的热结130(即第一电偶金属110 以及第二电偶金属120的交界点且用于接收热源的部位)位置重合，故电偶结 构100的热结130与导热线路210从热源位置接收的初始温度有较小的差异。 鉴于此缺陷，本申请的一种实施例中，热电偶还包括与热结130连接的绝缘层 400，绝缘层400设置于热结130背离基材层300的表面，导热线路210靠近热 结130的端部设于绝缘层400背离热结130的表面。换句话说，导热线路210 的靠近热电偶热端11的端部与电偶结构100的热结130层叠设置，且两者之间 用绝缘层400进行隔离。上述方案中，导热线路210的位于热端11的端部可以 与电偶结构100的热结130的位置平齐，两者能够基本在同一位置接触热源， 故电偶结构100的热结130与导热线路210从热源位置接收的初始温度基本相 同，最终能提升热电偶的测量精度。

具体地，绝缘层400在电偶结构100背离基材层300的表面上覆盖的面积 以及覆盖的位置视导热线路210的走向以及具体尺寸而定。绝缘层400的具体 作用为防止导热线路210与电偶结构100连接，故绝缘层400能够起到对导热 线路210与电偶结构100的隔离效果即可。

一种具体的实施例中，当导热线路210的材质不导电时(例如导热线路210 的材质为陶瓷时)，热电偶还可以没有绝缘层400，导热线路210直接与电偶 结构100的热结130接触。当然，这种实施例中，导热线路210的长度、导热 系数以及截面面积需要特别设计，以使其能够匹配电偶结构100的导热过程。

导热结130构以及热电偶均布置于基材层300的第一表面310时，两者的 相对位置可以视具体设计需求而定，仅需使两者的热传导过程不产生相互影响 即可。具体地，根据本申请的一种实施例，第一电偶金属110包括M个平行间 隔布置的第一金属线111(当然，各第一金属线111还可以不平行布置，但为 了进行示例说明，这里选取了第一金属线111平行设置的特例)，第二电偶金属 120包括M个平行间隔布置的第二金属线121。各第一金属线111以及各第二 金属线121均沿由电偶结构100的热端11指向冷端12的方向(即图3中的第一方向X)延伸，且M个第一金属线111与M个第二金属线121依次一一交 错布置，且M个第一金属线111与M个第二金属线121首尾连接形成串联通 路，其中，M为正整数，例如M可以为1、2、3……。参见图2，其中为M取 1时电偶结构100的结构示意图；参见图3，其中为M取4时电偶结构100的 结构示意图。导热线路210包括N个第三金属线，N个第三金属线均沿由热端 11指向冷端12的方向延伸，且N个第三金属线背离热端11的端部均与温度测 量组件220连接，其中，N为正整数，例如N可以为1、2、3……。参见图2， 其中为N取1时电偶结构100的结构示意图；参见图3，其中为N取4时电偶 结构100的结构示意图。

第一金属线111以及第二金属线121的数量与第三金属线的数量可以没有 直接联系，即M的取值以及N的取值可以没有直接联系。而为了便于布置， 本申请一种实施例中，M与N满足关系式：

M＝N

其中，M个第一金属线111以及M个第二金属线121组合形成M组电偶 组，每组电偶组中的第一金属线111以及第二金属线121之间均设有一个第三 金属线。参见图3，其中M＝N＝4，且每组电偶组中的第一金属线111以及第二 金属线121之间均设有一个第三金属线，总共四组电偶组，故具有四个第三金 属线，四个第三金属线的背离热端11的端部共同连接。上述方案中，每个第三 金属线所处的环境与相邻的第一金属线111以及第二金属线121更加相近，从 而让第三金属线传导至冷端12的温度更具参考意义。

如图9所示，为了能够在现有的电偶结构100的基础上增加导热线路210， 本申请一种实施例中，可以使N等于2，且电偶结构100设置于两个第三金属 线之间。也即是说，导热线路210设置于电偶结构100的外围位置，这样的结 构设计可以使得在原有的热电偶(即本申请中的电偶结构100)的基础上直接 在外周增加导热线路210即可形成本申请实施例中的热电偶，导热线路210的 加入不会影响原有的电偶结构100的布局，原有的加工设备依然能够使用，电 偶结构100的加工过程相较于之前基本没变，降低了加工成本。

前述实施例中，电偶结构100以及导热线路210布置于基材层300的同一 表面，使得电偶结构100以及导热线路210可以在同一个工序中进行加工，加 工效率更高。但为了使热电偶结构100更加紧凑，导热线路210以及电偶结构 100可以布置于基材层300的不同表面。即本申请的一种实施例中，热电偶包 括基材层300，基材层300包括相对布置的第一表面310以及第二表面320。其 中，电偶结构100设于第一表面310，导热线路210设于第二表面320。上述方 案中，导热线路210与电偶结构100两者完全不会产生位置干涉，热电偶的结构更加紧凑，体积更小。

当导热线路210布置于第二表面320时，相对于导热线路210布置于第一 表面310而言，导热线路210的布置位置可以更加灵活。本实施例中的导热线 路210在第二表面320的布置位置可以与前述各实施例中的导热线路210布置 于第一表面310时的布置位置对应，即本实施例中的导热线路210可以布置于 前述各实施例中的导热线路210在第二表面320的正投影位置。当然，导热线 路210也可以布置于电偶结构100在第二表面320的正投影位置。当导热线路 210布置于电偶结构100在第二表面320的正投影位置时，导热线路210靠近 电偶结构100热结130的端部可以与电偶结构100的热结130同时处于热源的 相同位置，使得导热线路210更加能够精准模拟电偶结构100的热传导过程。

当导热线路210布置于第二表面320时，导热线路210可以包括第一导热 线212以及第二导热线213，第一导热线212与第二导热线213均分别由热端 11延伸至冷端12，且第一导热线212与第二导热线213在热端11连接。第一 导热线212的材质与第一电偶金属110的材质相同，第二导热线213路210的 材质与第二电偶金属120的材质相同。第一电偶金属110在第二表面320上的 正投影为第一投影，第一导热线212的布置位置与第一投影重合，第二电偶金 属120在第二表面320上的正投影为第二投影，第二导热线213的布置位置与第二投影重合。也可以理解为，导热线路210为电偶结构100在第二表面320 上的镜像结构，两者材质、大小均相同，但电偶结构100用于进行测温，导热 线路210用于进行温度补偿。当导热线路210如上述结构布置时，导热线路210 的热传导过程与电偶结构100的热传导过程基本完全相同，故热电偶的测温精 度更高。

当导热线路210为电偶结构100在第二表面320上的镜像结构时，温度测 量组件220也可以包括第一测温部以及第二测温部，第一测温部以及第二测温 部均可用于进行温度测量。第一测温部与第一导热线212背离热端11的端部连 接，以测取第一导热线212背离热端11的端部的温度；第二测温部与第二导热 线213背离热端11的端部连接，以测取第二导热部背离热端11的端部的温度。 上述方案中，通过同时测取第一导热线212以及第二导热线213的背离热端11 的温度，可以更好的反应电偶结构100的补偿温度，提升热电偶的测量精度。

相关技术中的热电偶，第二表面320设置有屏蔽层500，屏蔽层500用来 屏蔽电磁干扰。但当第二表面320设置导热线路210后，导热线路210占据了 屏蔽层500的部分位置，故本申请实施例中热电偶也包括屏蔽层500时，一种 实施例中，屏蔽层500可以一部分设置于导热线路210背离基材层300的表面 (即屏蔽层500的一部分与导热线路210层叠设置)，另一部分设置于第二表面 320上未设有导热线路210的位置。另一种实施例中，为了减小热电偶的厚度， 还可以使屏蔽层500仅设置于第二表面320的未设置导热线路210的部分，即第二表面320包括第一布置区域321以及第二布置区域322，导热线路210布 置于第一布置区域321，屏蔽层500布置于第二布置区域322。上述方案中，屏 蔽层500与导热线路210同时布置于基材板的第二表面320，具体可以为屏蔽 层500与导热线路210基本完全铺满基材板的第二表面320(仅导热线路210 与屏蔽层500的交界处存在间隙)。一方面，使得导热线路210不占据额外的 空间，减小了热电偶的厚度。另一方面，当导热线路210为金属材质时，导热 线路210也充当了屏蔽层500的一部分，起到了屏蔽作用，一举两得。

具体地，不论导热线路210设置于第一表面310还是设置于第二表面320， 热电偶还可以具有两层保护层600，两层保护层600均具有绝缘以及保护作用。 其中一个保护层600贴附于基材层300的第一表面310的一侧，电偶结构100 位于基材层300以及上述保护层600之间。另一个保护层600贴附于基材层300 的第二表面320的一侧，屏蔽层500位于基材层300以及上述保护层600之间。

温度测量组件220的结构可以为现有任意能够进行温度测量的部件，具体 地，一种实施例中，温度测量组件220可以包括正极线路、负极线路以及热敏 电阻221，热敏电阻221与导热线路210的背离热端11的端部连接，正极线路、 负极线路以及热敏电阻221连接形成串联通路。当热敏电阻221的温度变化时， 正极线路以及负极线路的电流产生变化，根据电流的变化情况则可以分析出热 敏电阻221的温度值，进而反应出导热线路210的背离电偶结构100热端11 位置的端部的温度值。

前述的某些实施例中，出于节约加工成本或设计成本的考虑，使导热线路 210的材料以及长度均与第一电偶金属110相同。然而前述方案并不具有普遍 性，并且导热线路210理论上也无法完全模拟出电偶结构100的温度传递效果， 仍然在理论上具有一定的误差。为了进一步提升热电偶的测量精度，下述实施 例中给出了更为精准的解决方案。

以下对第一电偶金属110、第二电偶金属120以及导热线路210的具体参 数进行定义。

第一电偶金属110包括M个沿第一方向X延伸的第一金属线111，第二电 偶金属120包括M个沿第一方向X延伸的第二金属线121，M个第一金属线 111与M个第二金属线121一一间隔交错布置，且M个第一金属线111与M 个第二金属线121对应首尾连接形成串联通路，其中，M为正整数，例如M可 以为1、2、3……。参见图2，其中为M取1时电偶结构100的结构示意图； 参见图3，其中为M取4时电偶结构100的结构示意图。导热线路210包括N 个沿第一方向X延伸的第三金属线，且N个第三金属线背离热端11的端部均 与温度测量组件220连接，其中，N为正整数，例如N可以为1、2、3……。 参见图2，其中为N取1时电偶结构100的结构示意图；参见图3，其中为N 取4时电偶结构100的结构示意图。

沿垂直于第一方向X的方向，每个第一金属线111的截面面积为S₁，每个 第二金属线121的截面面积总和为S₂，每个第三金属线的截面面积为S₃。需要 注意的是，沿垂直于基材层300的方向，第一电偶金属110、第二电偶金属120 以及导热线路210的尺寸可以一样也可以不一样，即第一电偶金属110、第二 电偶金属120以及导热线路210的厚度可以一样也可以不一样。第一电偶金属 110中的第一金属线111的数量可以为一个也可以为多个，第二电偶金属120 中第二金属线121的数量与第一电偶金属110中的第一金属线111的数量相同。 导热线路210中的第三金属线的数量可以为一个也可以为多个，第三金属线的 数量与第一金属线111的数量可以有关联也可以没关联。

第一金属线111的导热系数为λ₁，第二金属线121的导热系数为λ₂，第三 金属线的导热系数为λ₃，其中，λ₁＞λ₂。需要注意的是，当第一金属线111以 及第二金属线121的数量为一个时(即电偶结构100仅具有一个热结130以及 一个冷结140时)，实质上电偶结构100的热结130与冷结140分布于第二金属 线121的两端，此时电偶结构100出现的误差仅由第二金属线121导热而产生、 和第一金属线111无关，故仅需使导热线路210与第二金属线121的温度传导 过程相匹配即可。而当第一金属线111以及第二金属线121的数量大于1时(即电偶结构100的热结130和冷结140的数量为多个时)，第一金属线111以及第 二金属线121对温度的传导均对电偶结构100的测量结果有影响，例如当第一 金属线111以及第二金属线121的数量均为二时，有一根第一金属线111以及 两根第二金属线121传递热端11的温度来影响热电偶的测量结果，且由于第一 金属线111的导热系数一般远大于第二金属线121的导热系数，故第一金属线 111对电偶结构100测量精度的影响较大。

第一金属线111沿第一方向X的尺寸为L₁，第二金属线121沿第一方向X 的尺寸为L₂，第三金属线沿第一方向X的尺寸为L₃。

S₁、S₂、S₃、λ₁、λ₂、λ₃、L₁、L₂、L₃、M、N满足关系式：

其中，A为误差范围，且-0.3≤A≤0.3，例如，A值可以为-0.3、-0.1、0、 0.1或0.3等。

当S₁、S₂、S₃、λ₁、λ₂、λ₃、L₁、L₂、L₃、M、N满足上述关系式时，导热线 路210的导热参数具有精准的限定在一个合适的范围内，使得导热线路210的 导热过程能够同时匹配第一电偶金属110以及第二电偶金属120的叠加效果。 并且这种匹配过程并没有对导热线路210的材质以及尺寸进行限制。

理论上，根据上述公式，任何具有导热功能的导线均能够被作为导热线路 210。例如当导热线路210的导热系数低时，增加其截面面积或减小其长度即可； 当导热线路210由于空间的限制无法布置得过长时，选取导热系数低的材质来 加工导热线路210或减小导热线路210的截面面积即可。

当然，为了降低设计成本以及加工成本，导热线路210的材质可以直接选 取第一电偶金属110的材质或第二电偶金属120的材质。例如当第一电偶金属 110的材质为铜、第二电偶金属120的材质为铜镍时，可以使导热线路210的 材质为铜或铜镍。特别地，理论上导热线路210的材质还可以为多种，即导热 线路210的其中一段为一种材质、另一段为另一种材质。例如，导热线路210 可以其中一段为铜，另一段为铜镍。当导热线路210具有多个第三金属线时， 可以每个第三金属线的材质均相同，也可以至少两个第三金属线的材质不同。 同时，对于同一个第三金属线，其材质可以为一种也可以为多种，例如同一个 第三金属线，其可以一段为铜、另一段为铜镍。

以下为前述公式的具体推导过程：

根据导热定律:

是传递的能量，λ是导热系数，S是传热 面积，dt是两端温差，dx是在导热面上的坐标，即L。

通过热电偶中第一电偶金属110从热结130传递到冷结140的热量是：

通过热电偶中第二电偶金属120从热结130传递到冷结140的热量是：

使冷热结130之间的温差dt与热传导线路两端的温差dt相等，通过热传导 线路传递的热量是：

即

化简可得：

加入误差范围A可得：

需要注意的是，根据上述公式而设计的导热线路210，可以设置于有基材 层300的热电偶中，也可以设置于没有基材层300的热电偶中，当有基材层300 时，导热线路210可以与电偶结构100设置于同一表面，也可以设置于不同表 面。导热线路210的具体布置位置，视实际需求而定。

本申请的第二方面还提供了一种电子设备，该电子设备包括电子设备本体 以及上述任一项的热电偶，其中，热电偶设置电子设备本体内。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的 描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的 方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请 和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特 定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不 能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情 况理解上述术语的具体含义。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申 请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请 的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种热电偶，其特征在于，包括：

电偶结构，由热端延伸至冷端，所述电偶结构包括第一电偶金属以及与所述第一电偶金属连接的第二电偶金属，所述第一电偶金属与所述第二电偶金属均分别由所述热端延伸至所述冷端；

补偿结构，包括温度测量组件以及导热线路，所述导热线路沿由所述热端指向所述冷端的方向延伸，以通过导线将所述热端的温度沿朝向所述冷端的方向传导，所述温度测量组件与所述导热线路背离所述热端的端部连接，以获取所述导热线路背离所述热端的端部的温度。

2.如权利要求1所述的热电偶，其特征在于，

所述导热线路具有将热量由所述热端传递至所述冷端的第一导热效率，所述电偶结构具有将热量由所述热端传递至所述冷端的第二导热效率，所述导热线路配置成使所述第一导热效率等于所述第二导热效率。

3.如权利要求1所述的热电偶，其特征在于，

所述第一电偶金属、所述第二电偶金属以及所述导热线路均沿直线延伸，且所述第一电偶金属、所述第二电偶金属以及所述导热线路平行间隔设置。

4.如权利要求3所述的热电偶，其特征在于，

沿由所述热端指向所述冷端的方向，所述第一电偶金属、所述第二电偶金属以及所述导热线路的尺寸均相同。

5.如权利要求1所述的热电偶，其特征在于，

由所述热端指向所述冷端的方向为第一方向；

所述第一电偶金属包括M个沿所述第一方向延伸的第一金属线，所述第二电偶金属包括M个沿所述第一方向延伸的第二金属线，所述M个第一金属线与所述M个第二金属线一一间隔交错布置，且所述M个第一金属线与所述M个第二金属线对应首尾连接形成串联通路，其中，所述M为正整数；

所述导热线路包括N个沿所述第一方向延伸的第三金属线，且所述N个第三金属线背离所述热端的端部均与所述温度测量组件连接，其中，所述N为正整数；

沿垂直于所述第一方向的方向，每个所述第一金属线的截面面积为S₁，每个所述第二金属线的截面面积总和为S₂，每个所述第三金属线的截面面积为S₃；

所述第一金属线的导热系数为λ₁，所述第二金属线的导热系数为λ₂，所述第三金属线的导热系数为λ₃，其中，λ₁＞λ₂；

所述第一金属线沿所述第一方向的尺寸为L₁，所述第二金属线沿所述第一方向的尺寸为L₂，所述第三金属线沿所述第一方向的尺寸为L₃；

所述S₁、所述S₂、所述S₃、所述λ₁、所述λ₂、所述λ₃、所述L₁、所述L₂、所述L₃满足关系式：

其中，所述A为误差范围，且-0.3≤A≤0.3。

6.如权利要求5所述的热电偶，其特征在于，

所述M与所述N满足关系式：

M＝N

其中，所述M个第一金属线以及所述M个第二金属线组合形成M组电偶组，每组所述电偶组中的所述第一金属线以及所述第二金属线之间均设有一个所述第三金属线。

7.如权利要求5所述的热电偶，其特征在于，

所述N等于2，且所述电偶结构设置于两个所述第三金属线之间。

8.如权利要求1所述的热电偶，其特征在于，还包括：

基材层，包括第一表面；

其中，所述电偶结构以及所述导热线路均设于所述第一表面。

9.如权利要求8所述的热电偶，其特征在于，

所述第一电偶金属与所述第二电偶金属在所述热端连接并形成热结；

所述热电偶还包括与所述热结连接的绝缘层，所述绝缘层设置于所述热结背离所述基材层的表面；

所述导热线路靠近所述热结的端部设于所述绝缘层背离所述热结的表面。

10.如权利要求1所述的热电偶，其特征在于，还包括：

基材层，包括相对布置的第一表面以及第二表面；

其中，所述电偶结构设于所述第一表面，所述导热线路设于所述第二表面。

11.如权利要求10所述的热电偶，其特征在于，

所述导热线路包括第一导热线以及第二导热线，所述第一导热线与所述第二导热线均分别由所述热端延伸至所述冷端，且所述第一导热线与所述第二导热线在所述热端连接，所述第一导热线的材质与所述第一电偶金属的材质相同，所述第二导热线路的材质与所述第二电偶金属的材质相同；

所述第一电偶金属在所述第二表面上的正投影为第一投影，所述第一导热线的布置位置与所述第一投影重合，所述第二电偶金属在所述第二表面上的正投影为第二投影，所述第二导热线的布置位置与所述第二投影重合；

所述温度测量组件包括第一测温部以及第二测温部，所述第一测温部与所述第一导热线背离所述热端的端部连接，所述第二测温部与所述第二导热线背离所述热端的端部连接。

12.如权利要求8所述的热电偶，其特征在于，还包括：

屏蔽层，所述屏蔽层设置于所述第二表面；

其中，所述第二表面包括第一布置区域以及第二布置区域，所述导热线路布置于所述第一布置区域，所述屏蔽层布置于所述第二布置区域。

13.如权利要求1所述的热电偶，其特征在于，

所述温度测量组件包括正极线路、负极线路以及热敏电阻，所述热敏电阻与所述导热线路的背离所述热端的端部连接，所述正极线路、所述负极线路以及所述热敏电阻连接形成串联通路。

14.一种电子设备，其特征在于，

包括电子设备本体以及如权利要求1-13任一项所述的热电偶，所述热电偶设置所述电子设备本体内。

Images