CN113503981A - 一种连环垂向锯齿型热电堆热流传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种连环垂向锯齿型热电堆热流传感器，包括形成有多个通孔对的基底；多个通孔对在由基底的中心向外等间距分布的多层同心圆环上等间距地排列；多个通孔对具有沿厚度方向贯通基底的第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔中分别填充有彼此不同的第一热电偶电极材料和第二热电偶电极材料；基底的上表面形成有在多个通孔对中将第一通孔和第二通孔分别连接的多个热结点，基底的下表面形成有连接相邻两个通孔的多个冷结点；多个冷结点中的一部分与多个热结点将同一同心圆环上的多个通孔对首尾相连构成具有开口的热电偶连环，多个冷结点中的另一部分在相邻两层同心圆环的开口处将热电偶连环串联形成热电堆。

Description

一种连环垂向锯齿型热电堆热流传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及传热测试技术与新型传感器技术领域，具体涉及一种连环垂向锯齿型热电堆热流传感器及其制造方法。

背景技术

热电堆传感器是一种由多对热电偶串联形成的热阻式热流传感器，其精度、灵敏度均远超同材质的热电偶，可以有效测量微小热流的传热过程。同时，热电堆还将热电偶的单点式测量拓展至面，使得热传导测量在空间上更具代表性。因其卓越的时空分辨率，热电堆热流传感器的应用日益广泛，尤其是在航空航天、材料热分析、建筑节能、医学检测等热控制与测量要求高的领域，研发高性能热电堆热流传感器成为新趋势。

除塞贝克系数外，热电堆热流传感器热电势信号的大小取决于其中热电偶的对数以及冷热结点间的温差，而传感器的热容对其灵敏度也有着决定性影响。采用微机电、物理气相沉积等技术在基片上制备尽可能多的薄膜热电偶是目前增强传感器热电势信号，提高量热灵敏度的主攻方向。但在这种平面型热电堆热流传感器中，所有的冷热结点均紧凑地分布在基片的同一表面上。无论是用不同导热的热阻层将冷热结点隔开，还是仅将热结点与测量对象接触，由于基片自身的尺寸限制，在其表面冷热结点间的温差往往非常小，不利于传感器输出信号的强化。同时，冷热结点均分布于测量位上也限制了热电偶对数的上限。

此外，微机电、物理气相沉积等技术存在技术门槛较高、制备效率较低等问题，因此目前迫切需从结构设计与制备方法角度对热电堆热流传感器进行优化。

发明内容

发明要解决的问题：

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能提高热流检测的信号强度与灵敏度的连环垂向锯齿型热电堆热流传感器及其制造方法。

解决问题的技术手段：

为解决上述问题，本发明提供一种连环垂向锯齿型热电堆热流传感器，包括形成有多个通孔对的基底；所述多个通孔对在由所述基底的中心向外等间距分布的多层同心圆环上等间距地排列；所述多个通孔对具有沿厚度方向贯通所述基底的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔中分别填充有彼此不同的第一热电偶电极材料和第二热电偶电极材料；所述基底的上表面形成有在所述多个通孔对中将所述第一通孔和所述第二通孔分别连接的多个热结点，所述基底的下表面形成有连接相邻两个通孔的多个冷结点；所述多个冷结点中的一部分与所述多个热结点将同一同心圆环上的所述多个通孔对首尾相连构成具有开口的热电偶连环，所述多个冷结点中的另一部分在相邻两层同心圆环的开口处将所述热电偶连环串联形成热电堆。

也可以是，本发明中，所述热结点由第一薄膜和第二薄膜重叠构成，所述第一薄膜在所述通孔对中使所述第一热电偶电极材料从所述第一通孔延伸至所述第二通孔外侧，所述第二薄膜在所述通孔对中使所述第二热电偶电极材料从所述第二通孔延伸至所述第一通孔外侧。

也可以是，本发明中，所述冷结点由第一薄膜和第二薄膜重叠构成，所述第一薄膜在相邻的两个所述通孔对之间使所述第一热电偶电极材料从后一所述通孔对中的所述第一通孔延伸至前一所述通孔对中的所述第二通孔，所述第二薄膜在相邻的两个所述通孔对之间使所述第二热电偶电极材料从前一所述通孔对中的所述第二通孔延伸至后一所述通孔对中的所述第一通孔。

也可以是，本发明中，所述基底由电绝缘材料构成；所述第一热电偶电极材料和所述第二热电偶电极材料为热电偶电极丝或电极粉末浆料。

也可以是，本发明中，所述基底的上表面和下表面上还分别形成有用于封装的电绝缘导热薄膜；所述电绝缘导热薄膜的厚度为10 µm以下。

也可以是，本发明中，所述基底的下表面保持环境温度或置于恒温水冷环境中。

本发明还提供一种制备上述连环垂向锯齿型热电堆热流传感器的方法，包括以下步骤：

（1）在基底上加工具有第一通孔和第二通孔的多个通孔对，所述多个通孔对在所述基底上由中心向外等间距分布的多层同心圆环上等间距地排列；

（2）向所述多个通孔对的所述第一通孔和所述第二通孔中分别填充第一热电偶电极材料和第二热电偶电极材料；

（3）在所述基底的上表面和下表面分别制备多个热结点和多个冷结点。

进一步地，所述步骤（3）中，在制备所述热结点时，使所述第一热电偶电极材料覆盖所述第一通孔并延伸至所述第二通孔外侧来形成第一薄膜，且使所述第二热电偶电极材料覆盖所述第二通孔并延伸至所述第一通孔外侧来形成第二薄膜，由此所述第一薄膜和所述第二薄膜在所述通孔对的所述第一通孔和所述第二通孔之间重叠；制备所述冷结点时，从前一所述通孔对中的所述第二通孔延伸至后一所述通孔对中的所述第一通孔，由此将位于同一同心圆环上的通孔对首尾相连构成开口的热电偶连环，且在相邻两层同心圆环的开口处将所述热电偶连环串联形成热电堆。

进一步地，在所述步骤（3）之前，还包括：使在所述通孔对中填充有所述第一热电偶电极材料和所述第二热电偶电极材料的基底固化的固化步骤；以及从所述基底的上表面和下表面除去多余的所述第一热电偶电极材料和所述第二热电偶电极材料，然后对所述基底的上表面和下表面进行打磨抛光的打磨抛光步骤。

连环垂向锯齿型热电堆热流传感器的制备方法还包括步骤（4），在所述基底的上表面和下表面上分别制备电绝缘导热薄膜。

发明效果：

本发明能大幅提升测量位置上的热结点密度，增加冷热结点间的温差，能提高热流检测的信号强度与灵敏度。

附图说明

图1是本发明一实施形态的连环垂向锯齿型热电堆热流传感器的结构示意图；

图2是沿图1所示连环垂向锯齿型热电堆热流传感器中的A-A圆弧线进行剖切的剖视图；

图3是本发明另一形态的连环垂向锯齿型热电堆热流传感器的结构示意图；

符号说明：

100、200、热流传感器（连环垂向锯齿型热电堆热流传感器）；

1、1’、基底；

2、2’、2’’、测量中心点；

3、3’、3’’、第一通孔；

4、4’、4’’、第二通孔；

5、5’、5’’、热结点；

6、6’、6’’、冷结点；

7、7’、7’’、引脚；

8、8’、8’’、引脚；

9、9’、9’’、测量位置；

a、第一薄膜；

b、第二薄膜。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

在此公开一种连环垂向锯齿型热电堆热流传感器（以下有时简称“热流传感器”或“热电堆热流传感器”），该热流传感器能大幅提升测量位置上的热结点密度，增加冷热结点间的温差，能提高热流检测的信号强度与灵敏度。图1是本发明一实施形态的热流传感器100的结构示意图，图2是沿图1所示热流传感器100中的A-A圆弧线进行剖切的剖视图。下面参照图1和图2说明热流传感器100的结构。

如图1所示，热流传感器包括形成有多个通孔对的基底1。该基底1的形状不限于图1所示的圆形，在俯视观察下可以形成为圆形、椭圆形、哑铃型或多边形等。基底1在厚度上可以形成为片状或柱状，其厚度范围例如可以是0.5~20mm。另外，为了保证传感器的使用寿命与性能，基底1的材质由聚酰亚胺、玻璃或氧化铝陶瓷等电绝缘材料构成，可根据实际应用温度范围进行选择，例如在低温300°C以下可选择聚酰亚胺，高温1300°C以下可选择氧化铝陶瓷。

在基底1上形成有多个通孔对，这些通孔对以位于中心的测量中心点2为圆心由内向外等间距地形成有多个等间距分布的同心圆环，且多个通孔对以相同的间距均匀地分布在这些同心圆环上。由此能确保热流传感器量热与散热的均匀性，使测量结果准确可靠。

上述通孔对具有沿厚度方向贯通基底的第一通孔3和第二通孔4，这些通孔的直径可以是0.2~1mm，可根据实际需要进行选择。在第一通孔3和第二通孔4中分别填充有彼此不同的第一热电偶电极材料和第二热电偶电极材料以制成圆柱型电极，这些热电偶材料可以选用K型、S型等标准热电偶材料，也可选用Au-Pt等非标热电偶材料，具体可根据实际应用温度选用热电偶电极丝或是电极粉末浆料等。

本发明中，通过连接上述多个通孔对中第一热电偶电极材料和第二热电偶电极材料，由此在基底1上形成多个热电偶结点，如图2所示，这些热电偶结点包括形成于基底1的上表面的多个热结点5和形成于基底1的下表面的多个冷结点6。热结点5和冷结点6可以是通过制膜技术等将通孔中的电极材料延伸至基底的上下表面形成薄膜式的热电偶冷热结点，薄膜宽度与通孔直径保持一致，厚度可以在20µm以下。

热结点5由第一薄膜a和第二薄膜b重叠构成。具体地，第一薄膜a通过在通孔对中使第一热电偶电极材料从第一通孔3延伸至第二通孔4外侧而成，第二薄膜b通过在通孔对中使第二热电偶电极材料从第二通孔4延伸至第一通孔3外侧而成。由此，热结点5在各个通孔对的第一通孔3与第二通孔4之间形成重叠的层状结构。

另一方面，冷结点6也由第一薄膜a和第二薄膜b重叠构成。具体地，冷结点6中，在一对相邻的通孔对之间，第二热电偶电极材从前一通孔对中的第二通孔4直线延伸至后一通孔对中的第一通孔3，且第一热电偶电极材料从后一通孔对中的第一通孔3直线延伸至前一通孔对中的第二通孔4。

上述冷结点6中的一部分以第一薄膜a和第二薄膜b在相邻的一对通孔对之间重叠的形式将位于同一同心圆环上的通孔对首尾相连。这些冷结点6和热结点5一起在基底的上下表面将通孔对连接成开口的同心圆环形，由此构成热电偶连环。冷结点6中的另一部分则在相邻两层同心圆环的开口处以将前一个热电偶连环中位于末尾的通孔对与后一个热电偶连环中位于开头的通孔对连接的形式将上述热电偶连环串联形成立体式的热电堆。

需要说明的是，在热结点5和冷结点6中，可以是先制备第一薄膜a，然后在该第一薄膜a上重叠制备第二薄膜b，也可以是先制备第二薄膜b，然后在该第二薄膜b上重叠制备第一薄膜a。换言之，只要如上所述在基底1的表面使第一通孔3和第二通孔4中一方通孔的热电偶电极材料延伸至另一方通孔的外侧，再将另一方通孔的热电偶电极材料以重叠的形式反向延伸至一方通孔的外侧即可，两薄膜并无上下位置关系的要求，确保两者重叠即可。

像这样，通过选用两种不同的热电偶电极材料填入通孔对中，并通过例如制膜技术等将通孔中的电极材料向通孔对的另一通孔处延伸，从而在基底1的上下表面形成热结点5和冷结点6。通过热结点5和冷结点6在基底1的上下表面将多个通孔对首尾连接成开口的同心圆环来形成图2所示的垂向（即沿基底厚度方向）锯齿型的热电偶连环，且在基底1的下表面采用冷结点6的薄膜线段将相邻的两个热电偶连环串联，由此构成在基底1上连续盘绕的立体式电热堆，并在基底1上形成一个测量位置9。该电热堆从位于最内侧的热电偶连环的开口处引出引脚7，从位于最外侧的热电偶连环的开口处引出引脚8。

根据上述结构，本发明的热流传感器100是形成有以测量中心点为圆心在各同心环形截面处热电偶以锯齿型相互串联连接的立体式热电堆的连环垂向锯齿型热电堆热流传感器，可对被测热源的热流变化进行测量。当热流传感器100的测量位置9与下表面存在温差时，热电偶冷热结点之间产生热电信号，用以测量沿传感器轴向传递的热流。通过将热电偶结构的冷热结点分别布置于上下两面，不仅可有效减小传感器尺寸，还可以使测量结点密集化分布从而，大幅增加测量位置上的测量热结点数量。作为密集化分布的一个示例，本发明理想是在例如直径为Ø=15mm基底上形成至少100个用于测量的热结点。

此外，为了防止电极薄膜的腐蚀氧化、延长传感器使用寿命，可以采用丝网印刷或喷涂工艺在基底1的上下表面印制一层10µm以下的氧化铝或氮化铝等材质的电绝缘导热薄膜进行封装。

在使用时，可以使热电堆热流传感器的底面保持环境温度，或者也可以通过例如使其与恒温水冷基板接触而对其施加恒温水冷环境。由此，能使传感器冷端温度不受热传递的影响，扩大了冷热结点间的温场，从而大幅增强热电势的输出信号，有效提升了热流测量的精度与灵敏度。

根据上述连环垂向锯齿型热电堆热流传感器，本发明还提供一种连环垂向锯齿型热电堆热流传感器的制造方法，其包括以下步骤。

（1）在基底1上加工具有第一通孔3和第二通孔4的多个通孔对。多个通孔对如上所述在基底1上由中心向外等间距分布的多层同心圆环上等间距地排列。

（2）向多个通孔对的第一通孔3和第二通孔4中分别填充第一热电偶电极材料和第二热电偶电极材料。根据基底1材质的不同，通孔内选择填充不同的电极材料，并采用相应的填充工艺方法。

例如，基底1选用聚酰亚胺等耐热性差的材料时，作为一种填充工艺方法，可以将涂有无机高温胶的两种不同材质的电极细丝作为第一热电偶电极材料和第二热电偶电极材料分别穿入通孔对的第一通孔3和第二通孔4，并保证无机高温胶填充电极细丝与通孔间的缝隙，随后自然干固即可。待无机高温胶干固后，可保留由两个引脚处穿出的电极丝，将其与电路直接相连，剪去其余通孔处裸露于基底1的上下表面的电极细丝，并进行打磨抛光。

另一方面，基底1为氧化铝陶瓷等耐高温材料时，作为一种填充工艺方法，可以将两种不同材质的电极细丝作为第一热电偶电极材料和第二热电偶电极材料分别穿入通孔对的第一通孔3和第二通孔4，接着可以在电极细丝与通孔之间填充陶瓷粉末后进行烧结处理，也可以使用无机高温胶填充电极细丝与通孔件的缝隙后自然干固。出炉冷却后，可保留由两个引脚处穿出的电极丝，将其与电路直接相连，剪去其余通孔处裸露于基底1的上下表面的电极细丝，并进行打磨抛光。或者，作为另一种填充工艺方法，也可以选用由电极材料制得的高浓度电极粉末浆料填充通孔，随后进行烧结使通孔金属化，由此可提高传感器在高温环境下的使用寿命与稳定性。用浆料烧结金属化通孔时，需要对基底1的上下表面进行打磨抛光，然后通过平行间歇焊接法、热压键合法将补偿导线焊至引脚处。

（3）在基底1的上表面和下表面分别制备多个热结点5和多个冷结点6，将多个通孔对串联成连环垂向锯齿型结构。

为保证传感器的灵敏度并降低制备成本，优选采用丝网印刷工艺将通孔中的电极材料延伸至基底的上下表面并重叠形成薄膜式的热电偶冷热结点。具体来讲，以局部图案的形式将通孔中的一种电极材料印刷至基底上表面，并进行烘干烧结，接着将另一种电极材料印刷至基底上表面，同样进行烘干烧结，随后以相同方法完成基底下表面两种电极材料的薄膜制备。

更具体地，在制备热结点时，使第一热电偶电极材料覆盖第一通孔并延伸至第二通孔外侧来形成第一薄膜，且使第二热电偶电极材料覆盖第二通孔并延伸至第一通孔外侧来形成第二薄膜，由此第一薄膜和第二薄膜在通孔对的第一通孔和第二通孔之间重叠。制备冷结点时，使第二热电偶电极材料从一对相邻通孔对中前一通孔对中的第二通孔延伸至后一通孔对中的第一通孔，且使第一热电偶电极材料从该一对相邻通孔对中后一通孔对中的第一通孔延伸至前一通孔对中的第二通孔，由此第一薄膜和第二薄膜在相邻的一对通孔对之间重叠，将位于同一同心圆环上的通孔对首尾相连构成开口的热电偶连环，且在相邻两层同心圆环的开口处将热电偶连环串联形成热电堆。

该制造方法还可以包括步骤（4），在基底1的上表面和下表面上分别制备氧化铝或氮化铝等材质的电绝缘导热薄膜。该薄膜可采用丝网印刷或喷涂工艺印制，起到防止电极薄膜的腐蚀氧化、延长传感器使用寿命的作用。

根据本发明，这种由薄膜和例如细丝等圆柱型电极构成的热电堆热流传感器具有较小的热容，对微小热流具有高灵敏度，且通过电极细丝可与电路直接连接，可提高传感器的精度与使用寿命。

（实施例1）

如图1所示，热流传感器100形成为圆盘状，其包括圆形的基底1。该基底1的直径为Ø=15mm，高度为0.5mm，材质为氧化铝陶瓷。

（1）在基底1上加工具有第一通孔3和第二通孔4的多个通孔对，这些通孔对以位于中心的测量中心点2为圆心由内向外等间距地形成5层同心圆环，该5层同心圆环上从内向外以相同的间距均匀地分别分布有14、18、22、26、30个通孔对。第一通孔3和第二通孔4的直径为0.3mm。

（2）向通孔对的第一通孔3和第二通孔4中填充第一热电偶电极材料和第二热电偶电极材料。两种热电偶电极选用组分为NiCr与NiSi合金的K型热电偶材料。

具体地，取丝径均为0.25mm的NiCr、NiSi合金细丝，并将其剪成长度大于5mm的线段，共110组。随后，配制耐500°C以上的无机高温胶。将均匀涂有无机高温胶的两种电极细丝依次穿入通孔对的第一通孔3和第二通孔4，确保同一种电极细丝间隔分布，然后使用无机高温胶填充电极丝和通孔之间的空隙。

确认所有电极丝线段从基底1上下表面露出后，将其在室温环境下固化24小时，或者在100~150°C下烘干两小时。待无机高温胶干固后，除引脚7和引脚8处外，剪去其他通孔处裸露于基底上下表面的电极细丝线段，并对基底1进行精细打磨抛光，使上下两面平整光滑，最后利用丙酮、无水乙醇配合超声清洗干净。

（3）通过制膜在基底1的上表面和下表面分别制备多个热结点5和多个冷结点6。可以采用丝网印刷工艺在基底1的上下表面印制如图1所示的图案，其宽度与通孔的直径相同为0.3mm。

具体而言，首先分别配制NiCr与NiSi浆料，并与有机载体混合制成NiCr与NiSi油墨。利用网版在基底的上表面印刷NiCr油墨。印刷完成后，NiCr油墨的图案应从含有NiCr电极丝的通孔表面沿圆环延伸至所在通孔对的另一含有NiSi电极细丝的通孔外侧。接着，将基底送入烘干箱中于110~135°C温度下干燥30分钟，再放入气氛保护炉中在1100~1250°C温度下进行烧结。取出后，以相同的工艺方法完成NiSi薄膜的制备。制备完成后，NiSi薄膜应由含有NiSi电极丝的通孔表面沿圆环延伸至所在通孔对的另一含有NiCr电极丝的通孔外侧。这样一来，NiCr与NiSi薄膜在第一通孔3和第二通孔4之间相互重叠，形成串联热电偶队列的热结点5，构成传感器的测量面。随后，按照上述步骤在基底1的下表面制备连接各通孔对的冷结点6。完成后，热结点5和冷结点6在基底1的上下表面将多个通孔对首尾连接成5个开口的热电偶连环，且冷结点6在基底1的下表面5个热电偶连环串联连续盘绕的立体式电热堆。

（4）采用丝网印刷工艺在基底1的上下表面印制一层10µm以下的氧化铝薄膜。

像这样，制成如图1所示的具有110对串联的热电偶的热流传感器100，并可经引脚7和引脚8处的电极丝直接与电路相连。热结点和冷结点分别分布于热流传感器的上下表面，使用时对热流传感器的下表面加以水冷恒温环境，可有效加强冷热结点间产生的热电势信号，从而实现测量位置的微小热流的高精测量。

（实施例2）

图3是实施例2的热流传感器200的结构示意图。该热流传感器200具有两个测量位置9’、9”的传感器，可输出在两个测量位置9’，9”上的热电势信号差，从而比较两个测量对象在同一环境下产生的热流差，可应用于差示扫描量热仪中。

如图3所示，热流传感器200形成为哑铃型，其包括哑铃状的基底1’。该基底1’具有两个直径为Ø=13mm的单侧圆以及连接该一对单侧圆的连接部。每个单侧圆分别具有一个位于各自中心的测量中心点2’和测量中心点2”，两测量中心点之间的距离为15mm，基底高度为4mm，材质为氧化铝陶瓷。

（1）在基底1’的一个单侧圆上加工具有第一通孔3’和第二通孔4’的多个通孔对，在另一个单侧圆上加工具有第一通孔3’’和第二通孔4’’的多个通孔对。这些通孔对在两个单侧圆上分别以位于中心的测量中心点2’和测量中心点2”为圆心由内向外等间距地形成有4层同心圆环，4层同心圆环上从内向外以相同的间距均匀地分别分布有10、15、20、25个通孔对。第一通孔3’、第二通孔4’、第一通孔3’’和第二通孔4’’的直径为0.4mm。

（2）向通孔对的第一通孔3’和第二通孔4’以及第一通孔3’’和第二通孔4’’中分别填充第一热电偶电极材料和第二热电偶电极材料。两种电极选用Pt和PtRh合金的S型热电偶材料，使两种电极材料在通孔中金属化。

具体地，首先配制填充浆料，选用颗粒度在10µm以下S型Pt和PtRh合金粉末，并结合粘合剂树脂、有机物载体配制含量在85%以上的Pt和PtRh浆料。利用丙酮、无水乙醇对带有通孔对的基底1’进行超声清洗去除油污与杂质。随后用透明胶布将基底1’的下表面封住，通过细针筒向通孔对内分别注入Pt、PtRh浆料，确保同种浆料间隔分布。注入时，使浆料在基底1’的上表面突出，留有余量。

完成后，将基底送入气氛炉中于1200~1300°C进行烧结固化。对固化后基底的上下表面进行打磨抛光，使表面光滑平整，并利用丙酮、无水乙醇配合超声清洗干净。

（3）基底1’的上下表面以薄膜的形式重叠，制备多个热结点5’和冷结点6’以及热结点5’’和冷结点6’’。利用丝网印刷工艺在基底上下表面印制如图3所示的薄膜，其宽度为0.4mm。两面的Pt、PtRh薄膜依次印制，且每次印制后均进行烘干烧结。成后，热结点5’和冷结点6’在基底1’的一个单侧圆的上下表面将多个通孔对首尾连接成4个开口的热电偶连环，热结点5’’和冷结点6’’在基底1’的另一个单侧圆的上下表面将多个通孔对首尾连接成4个开口的热电偶连环，两个测量位置9’、9”中的热电偶结构呈对称分布，并在引脚8’、8”处通过冷结点的弧形薄膜线段进行反向串联，由此制成的热流传感器200中共包括140对热电偶。除热电偶电极材料为Pt、PtRh浆料之外，具体的印制方法与实施例1相同，此处不做赘述。

（4）采用丝网印刷工艺在基底1’的上下表面印制一层10µm以下的氧化铝薄膜，下表面封装时避开引脚7’、7”，再将补偿Cu导线通过热压键合法焊接至引脚处。

以上的具体实施方式对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应当理解的是，以上仅为本发明的一种具体实施方式而已，并不限于本发明的保护范围，在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。凡在本发明的精神和原则之内的，所做出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连环垂向锯齿型热电堆热流传感器，其特征在于，

包括形成有多个通孔对的基底；

所述多个通孔对在由所述基底的中心向外等间距分布的多层同心圆环上等间距地排列；

所述多个通孔对具有沿厚度方向贯通所述基底的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔中分别填充有彼此不同的第一热电偶电极材料和第二热电偶电极材料；

所述基底的上表面形成有在所述多个通孔对中将所述第一通孔和所述第二通孔分别连接的多个热结点，所述基底的下表面形成有连接相邻两个通孔的多个冷结点；

所述多个冷结点中的一部分与所述多个热结点将同一同心圆环上的所述多个通孔对首尾相连构成具有开口的热电偶连环，所述多个冷结点中的另一部分在相邻两层同心圆环的开口处将所述热电偶连环串联形成热电堆。

2.根据权利要求1所述的连环垂向锯齿型热电堆热流传感器，其特征在于，

所述热结点由第一薄膜和第二薄膜重叠构成，所述第一薄膜在所述通孔对中使所述第一热电偶电极材料从所述第一通孔延伸至所述第二通孔外侧，所述第二薄膜在所述通孔对中使所述第二热电偶电极材料从所述第二通孔延伸至所述第一通孔外侧。

3.根据权利要求1所述的连环垂向锯齿型热电堆热流传感器，其特征在于，

所述冷结点由第一薄膜和第二薄膜重叠构成，所述第一薄膜在相邻的两个所述通孔对之间使所述第一热电偶电极材料从后一所述通孔对中的所述第一通孔延伸至前一所述通孔对中的所述第二通孔，所述第二薄膜在相邻的两个所述通孔对之间使所述第二热电偶电极材料从前一所述通孔对中的所述第二通孔延伸至后一所述通孔对中的所述第一通孔。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的连环垂向锯齿型热电堆热流传感器，其特征在于，

所述基底由电绝缘材料构成；

所述第一热电偶电极材料和所述第二热电偶电极材料为热电偶电极丝或电极粉末浆料。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的连环垂向锯齿型热电堆热流传感器，其特征在于，

所述基底的上表面和下表面上还分别形成有用于封装的电绝缘导热薄膜；

所述电绝缘导热薄膜的厚度为10 µm以下。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的连环垂向锯齿型热电堆热流传感器，其特征在于，

所述基底的下表面保持环境温度或置于恒温水冷环境中。

7.一种制备根据权利要求1至6中任意一项所述的连环垂向锯齿型热电堆热流传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在基底上加工具有第一通孔和第二通孔的多个通孔对，所述多个通孔对在所述基底上由中心向外等间距分布的多层同心圆环上等间距地排列；

（2）向所述多个通孔对的所述第一通孔和所述第二通孔中分别填充第一热电偶电极材料和第二热电偶电极材料；

（3）在所述基底的上表面和下表面分别制备多个热结点和多个冷结点。

8.根据权利要求7所述的连环垂向锯齿型热电堆热流传感器制造方法，其特征在于，

所述步骤（3）中，在制备所述热结点时，使所述第一热电偶电极材料覆盖所述第一通孔并延伸至所述第二通孔外侧来形成第一薄膜，且使所述第二热电偶电极材料覆盖所述第二通孔并延伸至所述第一通孔外侧来形成第二薄膜，由此所述第一薄膜和所述第二薄膜在所述通孔对的所述第一通孔和所述第二通孔之间重叠；

制备所述冷结点时，从前一所述通孔对中的所述第二通孔延伸至后一所述通孔对中的所述第一通孔，由此将位于同一同心圆环上的通孔对首尾相连构成开口的热电偶连环，且在相邻两层同心圆环的开口处将所述热电偶连环串联形成热电堆。

9.根据权利要求7所述的连环垂向锯齿型热电堆热流传感器制造方法，其特征在于，

在所述步骤（3）之前，还包括：

使在所述通孔对中填充有所述第一热电偶电极材料和所述第二热电偶电极材料的基底固化的固化步骤；以及

从所述基底的上表面和下表面除去多余的所述第一热电偶电极材料和所述第二热电偶电极材料，然后对所述基底的上表面和下表面进行打磨抛光的打磨抛光步骤。

10.根据权利要求7所述的连环垂向锯齿型热电堆热流传感器制造方法，其特征在于，

还包括步骤（4），在所述基底的上表面和下表面上分别制备电绝缘导热薄膜。

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