CN112880847A - 温度检测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及温度检测装置及系统，具体而言，涉及温度检测领域。本申请提供的温度检测装置包括：基底、栅极、源极、漏极、第一石墨烯层、第二石墨烯层和温感材料层；当需要对温度进行检测的时候，温度作用于温感材料层，该温感材料层在温度的作用下发生形变，改变第二石墨烯层发生位移与形变，进而使得该第二石墨烯层的载流子密度和电导率也会相应改变，在栅极处通入输入电压，并对输出电压进行检测，由于该第二石墨烯层的载流子密度和电导率相应改变，则输出电压也相应进行改变，通过输出电压与待测温度的对应关系，得到待测温度。

Description

温度检测装置及系统

技术领域

本申请涉及温度检测领域，具体而言，涉及一种温度检测装置及系统。

背景技术

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

热电阻的温度传感器的检测原理是利用金属随着温度变化，其电阻值也发生变化，通过测量电阻，并通过电阻与温度的关系完成对温度的测量，热电偶温度传感器由两个不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起。再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。

由于热电阻温度传感器和热电偶温度传感器均需要通过将温度传感器内部的金属进行加热，金属在加热的过程中吸收一定的热量，使得该热电阻温度传感器和热电偶温度传感器对温度的测量存在较大误差。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种温度检测装置及系统，以解决现有技术中由于热电阻温度传感器和热电偶温度传感器均需要通过将温度传感器内部的金属进行加热，金属在加热的过程中吸收一定的热量，使得该热电阻温度传感器和热电偶温度传感器对温度的测量存在较大误差的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种温度检测装置，温度检测装置包括：基底、栅极、源极、漏极、第一石墨烯层、第二石墨烯层和温感材料层；基底的一个侧面的中央位置设置有凹槽，凹槽内部设置有栅极，第一石墨烯层覆盖设置在凹槽的开口位置，源极和漏极分别设置在基底设置第一石墨烯层的面的两端，温感材料层的形状为直角三棱柱，直角三棱柱的温感材料层设置在第一石墨烯层远离基底一侧的一端，温感材料层在水平面上的投影面积小于第一石墨烯层在水平面上的投影，第二石墨烯层设置在第一石墨烯层远离基底的一侧，且第二石墨烯层覆盖在温感材料层的斜面上。

可选地，该直角三棱柱的温感材料层的斜面设置多个凹槽。

可选地，该温度检测装置还包括第二温感材料层，第二温感材料层设置在第一石墨烯层远离基底一侧的另一端。

可选地，该第二温感材料层的形状为直角三棱柱。

可选地，该直角三棱柱的第二温感材料层的斜面设置多个凹槽。

可选地，该第一石墨烯层和第二石墨烯层为单层石墨烯或双层石墨烯。

可选地，该栅极的材料为金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂中至少一种。

第二方面，本申请提供一种温度检测系统，系统包括：电源、电能表、单片机和第一方面任意一项的温度检测装置，电源与电能表分别与温度检测装置电连接，单片机与电能表电连接，用于获取电能表检测得到的温度检测装置的输出电能，并根据输出电能与待测温度的对应关系，得到待测温度。

本发明的有益效果是：

本申请提供的温度检测装置包括：基底、栅极、源极、漏极、第一石墨烯层、第二石墨烯层和温感材料层；基底的一个侧面的中央位置设置有凹槽，凹槽内部设置有栅极，第一石墨烯层覆盖设置在凹槽的开口位置，源极和漏极分别设置在基底设置第一石墨烯层的面的两端，温感材料层的形状为直角三棱柱，直角三棱柱的温感材料层设置在第一石墨烯层远离基底一侧的一端，温感材料层在水平面上的投影面积小于第一石墨烯层在水平面上的投影，第二石墨烯层设置在第一石墨烯层远离基底的一侧，且第二石墨烯层覆盖在温感材料层的斜面上；当需要对温度进行检测的时候，温度作用于温感材料层，该温感材料层在温度的作用下发生形变，改变第二石墨烯层发生位移与形变，进而使得该第二石墨烯层的载流子密度和电导率也会相应改变，在栅极处通入输入电压，并对输出电压进行检测，由于该第二石墨烯层的载流子密度和电导率相应改变，则输出电压也相应进行改变，通过输出电压与待测温度的对应关系，得到待测温度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种温度检测装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的另一种温度检测装置的结构示意图

图3为本发明一实施例提供的另一种温度检测装置的结构示意图。

图标：10-基底；20-栅极；30-第一石墨烯层；40-温感材料层；50-第二石墨烯层；60-源极；70-漏极。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

图1为本发明一实施例提供的一种温度检测装置的结构示意图；如图1所示，本申请提供一种温度检测装置，温度检测装置包括：基底10、栅极20、源极60、漏极70、第一石墨烯层30、第二石墨烯层50和温感材料层40；基底10的一个侧面的中央位置设置有凹槽，凹槽内部设置有栅极20，第一石墨烯层30覆盖设置在凹槽的开口位置，源极60和漏极70分别设置在基底10设置第一石墨烯层30的面的两端，温感材料层40的形状为直角三棱柱，直角三棱柱的温感材料层40设置在第一石墨烯层30远离基底10一侧的一端，温感材料层40在水平面上的投影面积小于第一石墨烯层30在水平面上的投影，第二石墨烯层50设置在第一石墨烯层30远离基底10的一侧，且第二石墨烯层50覆盖在温感材料层40的斜面上。

本申请的温度检测装置从下到上依次包括基底10、栅极20、第一石墨烯层30、温感材料层40、第二石墨烯层50，且该源极60和漏极70分别设置在该基底10的上表面的第一石墨烯层30的两侧，在实际应用中，栅极20的结构一般包括栅电极层和栅介质层，其中栅电极层靠近基底10一侧，栅介质层靠近第一石墨烯层30，基底10上凹槽的几何尺寸和容积根据实际需要进行设置，只要能将该栅极20放置在该凹槽内部即可，该第一石墨烯层30远离基底10的一侧的一端设置有温感材料层40，由于该温感材料层40为直角三棱柱结构，则该直角三棱柱的两个直角面分别与该基底10的上表面和侧面平行，该直角三棱柱的上表面覆盖有该第二石墨烯层50，该第二石墨烯层50的表面积大于该第一石墨烯层30的表面积，该第二石墨烯层50在水平面上的投影等于该第一石墨烯层30在水平面上的投影，当需要对待测温度进行测量的时候，将该温度检测装置设置在待测环境中，该温度检测装置的温感材料层40的材料为热膨胀材料，使得该温感材料层40的体积随着温度的变化而变化，一般的，该温感材料层40的材料可以为正热膨胀材料，也可以为负热膨胀材料，在实际应用中，一般温感材料层40选择正热膨胀材料，即该温感材料层40的体积随着温度的升高而增大，该温感材料层40的体积受温度的影响发生改变，进而使得覆盖在温感材料层40上部的第二石墨烯层50发生形变，即该第二石墨烯层50的体积和高度全部发生改变，并且由于温感材料层40为直角三棱柱结构，则厚度较厚的温感材料层40在温度的作用下形变量较大，厚度较薄的温感材料层40在温度的作用下形变量较小，该第二石墨烯层50随着该温感材料层40的形变会发生向上的形变，向两侧的拉伸和向中间位置的卷曲，进而使得该第二石墨烯层50的载流子密度和电导率也会相应改变，在栅极20处通入输入电压，并对输出电压进行检测，由于该第二石墨烯层50的载流子密度和电导率相应改变，则输出电压也相应进行改变，通过输出电压与待测温度的对应关系，得到待测温度，需要说明的是，该输出电压与待测温度的对应关系根据实验测量得到，在此不做具体限定，在实际应用中，当该第二石墨烯层50发生形变时，该第二石墨烯层形变位置为设置温感材料层40处，在温感材料层40的作用下，该第二石墨烯层50的一端向上形变，且一般的第二石墨烯层50上发生形变的部位与未发生形变的部位的夹角为弧度角。

另外，本申请的有益效果具体的为：(1)用石墨烯在温度改变的情况下，形变程度的不一样，电导率的变化来反映外界温度的变化，电信号可以比较精准和方便的反映温度的变化。(2)石墨烯本身很薄，所以感温层的微小变化都会带动石墨烯发生变化，所以能检测比较小的温度变化。(3)在测量较小的温度信号时，可以增大栅极20电压的输入，使得石墨烯层中传输的电流强度增大，使得对于较小的温度改变可以检测到。在测量较大的温度信号时，可以减小栅极20电压的输入，使得石墨烯层中传输的电流强度增小，不会超出电流的测量范围。所以本发明可以通过调控栅极20电压，增大本发明的温度测量范围。(4)固体，液体，气体的温度都可以测量。

图2为本发明一实施例提供的另一种温度检测装置的结构示意图；如图2所示，可选地，该直角三棱柱的温感材料层40的斜面设置多个凹槽。

该直角三棱柱的温感材料层40的斜面设置多个凹槽，即使得该直角三棱柱的温感材料层40的斜面具有凹槽和凸起，当直角三棱柱的温感材料层40的斜面受热膨胀，整体的厚度增加时，带动第二石墨烯层50整体的形变，在局部凹槽和凸起的区域第二石墨烯层50的曲率也会发生变化，增大了对于第二石墨烯层50曲率的改变，从而使得第二石墨烯层50的电导率变化更大，进而提高本装置的灵敏度，在实际应用中，该凹槽一般为设置在温感材料层40的多个褶皱结构，进而使得与该温感材料层40镶嵌设置的第二石墨烯50上也有多个褶皱结构。

可选地，该温度检测装置还包括第二温感材料层40，第二温感材料层40设置在第一石墨烯层30远离基底10一侧的另一端。

可选地，该第二温感材料层40的形状为直角三棱柱。

该第二温感材料层40设置在第一石墨烯层30远离基底10一侧的另一端，即在第一石墨烯层30上表面的两端分别设置有直角三棱柱的感温材料层和第二温感材料层40，当温度升高时，感温材料层和第二温感材料层40上表面的第二石墨烯层50受到感温材料层和第二温感材料层40的支撑作用发生形变，使的第二石墨烯层50的形变改变增加了一倍，从而使得第二石墨烯层50的电导率变化更大，进一步提高本装置的灵敏度。

图3为本发明一实施例提供的另一种温度检测装置的结构示意图；如图3所示，可选地，该直角三棱柱的第二温感材料层40的斜面设置多个凹槽。

该直角三棱柱的感温材料层和第二温感材料层40的斜面均设置多个凹槽，即使得该直角三棱柱的感温材料层和第二温感材料层40的斜面具有凹槽和凸起，当直角三棱柱的感温材料层和第二温感材料层40的斜面受热膨胀，整体的厚度增加时，带动第二石墨烯层50整体的形变，在局部凹槽和凸起的区域第二石墨烯层50的曲率也会发生变化，增大了对于第二石墨烯层50曲率的改变，从而使得第二石墨烯层50的电导率变化更大，进而提高本装置的灵敏度，在实际应用中，该凹槽一般为设置在温感材料层40的多个褶皱结构，进而使得与该温感材料层40镶嵌设置的第二石墨烯50上也有多个褶皱结构。

可选地，该第一石墨烯层30和第二石墨烯层50为单层石墨烯或双层石墨烯。

可选地，该栅极20的材料为金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂中至少一种。

该栅极20的材料可以为金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂中任意一种贵金属单质，也可以为金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂中多种贵金属组成的混合材料，若栅极20的材料为多种贵金属组成的混合材料，则该多种贵金属组成的混合材料的贵金属种类和多种贵金属之间的比例根据实际需要进行选择。

本申请提供的温度检测装置包括：基底10、栅极20、源极60、漏极70、第一石墨烯层30、第二石墨烯层50和温感材料层40；基底10的一个侧面的中央位置设置有凹槽，凹槽内部设置有栅极20，第一石墨烯层30覆盖设置在凹槽的开口位置，源极60和漏极70分别设置在基底10设置第一石墨烯层30的面的两端，温感材料层40的形状为直角三棱柱，直角三棱柱的温感材料层40设置在第一石墨烯层30远离基底10一侧的一端，温感材料层40在水平面上的投影面积小于第一石墨烯层30在水平面上的投影，第二石墨烯层50设置在第一石墨烯层30远离基底10的一侧，且第二石墨烯层50覆盖在温感材料层40的斜面上；当需要对温度进行检测的时候，温度作用于温感材料层40，该温感材料层40在温度的作用下发生形变，改变第二石墨烯层50发生位移与形变，进而使得该第二石墨烯层50的载流子密度和电导率也会相应改变，在栅极20处通入输入电压，并对输出电压进行检测，由于该第二石墨烯层50的载流子密度和电导率相应改变，则输出电压也相应进行改变，通过输出电压与待测温度的对应关系，得到待测温度。

本申请提供一种温度检测系统，系统包括：电源、电能表、单片机和上述任意一项的温度检测装置，电源与电能表分别与温度检测装置电连接，单片机与电能表电连接，用于获取电能表检测得到的温度检测装置的输出电能，并根据输出电能与待测温度的对应关系，得到待测温度。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种温度检测装置，其特征在于，所述温度检测装置包括：基底、栅极、源极、漏极、第一石墨烯层、第二石墨烯层和温感材料层；所述基底的一个侧面的中央位置设置有凹槽，所述凹槽内部设置有所述栅极，所述第一石墨烯层覆盖设置在所述凹槽的开口位置，所述源极和所述漏极分别设置在所述基底设置所述第一石墨烯层的面的两端，所述温感材料层的形状为直角三棱柱，直角三棱柱的所述温感材料层设置在所述第一石墨烯层远离所述基底一侧的一端，所述温感材料层在水平面上的投影面积小于所述第一石墨烯层在水平面上的投影，所述第二石墨烯层设置在所述第一石墨烯层远离基底的一侧，且所述第二石墨烯层覆盖在所述温感材料层的斜面上。

2.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于，直角三棱柱的所述温感材料层的斜面设置多个凹槽。

3.根据权利要求2所述的温度检测装置，其特征在于，所述温度检测装置还包括第二温感材料层，所述第二温感材料层设置在所述第一石墨烯层远离所述基底一侧的另一端。

4.根据权利要求3所述的温度检测装置，其特征在于，所述第二温感材料层的形状为直角三棱柱。

5.根据权利要求4所述的温度检测装置，其特征在于，直角三棱柱的所述第二温感材料层的斜面设置多个凹槽。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的温度检测装置，其特征在于，所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层为单层石墨烯或多层石墨烯。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的温度检测装置，其特征在于，所述栅极的材料为金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂中至少一种。

8.一种温度检测系统，其特征在于，所述系统包括：电源、电能表、单片机和权利要求1-7任意一项所述的温度检测装置，所述电源与所述电能表分别与所述温度检测装置电连接，所述单片机与所述电能表电连接，用于获取所述电能表检测得到的所述温度检测装置的输出电能，并根据所述输出电能与待测温度的对应关系，得到待测温度。

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