CN114544023A - 一种阵列式稀土镍基氧化物精密测温系统及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于敏感电阻器件与传感器领域，具体地涉及一种基于阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物的温度敏感器件组、系统及其使用方法。重稀土元素的稀土镍基氧化物具有宽温域负阻温系数电阻特性，可对目标温度粗测；中、轻稀土元素的稀土镍基氧化物，可对粗测温度精密测量，即在锁定目标温度范围后通过切换控制器切换至与其相对应温度范围具有金属绝缘体相变特性的中、轻稀土镍基氧化物传感器元器件，并匹配相应的阻温关系线性化电路，实现对温度的精密测量。与传统的测温器件相比，本发明阵列式测温系统具有工作温区范围宽、探测灵敏度高、工作模式灵活等优势；该技术可与人工智能结合实现对温度的自动高精度测量，有巨大的应用潜力和宽广的应用前景。

Description

一种阵列式稀土镍基氧化物精密测温系统及使用方法
技术领域
本发明属于敏感电阻器件与传感器领域，具体地涉及一种基于阵列式稀土镍基氧化物的温度敏感器件组、系统及其使用方法。
背景技术
温度是一个描述了物体冷热程度的物理量，属于国际单位制七个基本量之一【1-2】。地球上各种生物的生存都对温度有一定的要求，而人类的各种生活如农业生活、工业生产以及科学研究离不开温度的测量。因此，在现有的温标体系下【3】，开发新型自动宽温区高精度探测与表征的电子材料与器件，对电热转换领域具有重要的科学意义和产业用途，同时也可以为进一步探索全自动宽范围高精度人工智能温度探测器的开发提供一定的依据。
温度测量的方法目前主要包括两种，一种是接触式测温方法，另一种是非接触式测温【4】。接触式测温方法在测量时需要被测物体与测量器件充分接触，一般测量的是被测物体和测量器件之间的平衡温度，因此，在测量时有一定的干扰，其中以热电偶测温技术发展较为成熟【5】。热电偶测温是通过由两种不同金属材料组成的测温器件，当两端有温度差时，会产生电势差，通过该电势差与温度的单值关系就可以反应出温度的大小，具有结构简单，响应快的优点，应用比较广发【6-7】。另一方面，非接触式测温方法不需要与被测物体接触，通常对温度场的干扰小，但是该方法容易受到被测物质表面情况以及测量背景的影响【8】。目前来说，这方面主要是红外测温技术，该测温方法依靠的是热辐射定律，理论上需要待测物体是完全的黑体才能使得测量结果完全正确，因此在实际测量时原理往往更加复杂，且容易受到被测物质所在背景环境的温度的影响测量结果【9-10】。其他高精度的非接触式高精度测温方法，往往需要复杂的技术处理手段或高昂的价格，这两点限制了其大范围使用。
以上传统的热电偶、红外测温方法目前以及技术成熟，且使用方便，在探索新的测量技术时，依然能够被广泛使用。但是随着新技术和新工艺的不断发展，一些新型的具有更加优异性能的传感器在逐渐兴起，比如薄膜温度传感器【11-12】，它主要依靠的是微米级的薄膜，具有一系列的优点如体积小、热扰动小、响应时间短、灵敏度高等，适合微小范围内的温度测量，另外，在低温传感器方面的研究也与国外研究有较大的差距【13】，需要进一步的研究和探索。
然而，值得注意的是以上测量技术在一定程度上依旧需要根据测量温度范围的不同而选择不同的测量技术，例如红外测温技术的测温范围主要是在高温阶段具有较高的准确度，而适用于跨越低、中温区的宽范围精密测温技术尚有待进一步发展。
参考文献：
【1】杨秋兰，浅谈温度测量的发展现状，科技传播，2010(14)：116+113.
【2】Joachim Fischer,Christof Gaiser,Bernd Fellmuth,Wolfgang Buch.NewDefinition of the Kelvin.ACTA METROLOGICA SINICA,2008,29(4A):1-10.
【3】J F Schooley.Tem its measurement and control in science andindustry.New York:American Institute of Physics,1992.
【4】杨永军，温度测量技术现状和发展概述，计测技术，2009,29(04):62-65.
【5】王魁汉，温度测量技术的现状及展望，基础自动化，1997，(01)：1-6.
【6】杨永军，蔡静，特殊条件下的温度测量，北京：中国计量出版社，2008.
【7】谢清俊，罗犟，程爽，接触式测温技术综述，中国仪器仪表，2017(08)：48-53.
【8】倪震楚，袁弘永，疏学明，现代温度测量技术综述，消防科学与技术，2003(04)：270-272+288.
【9】孙晓刚，李云红，红外热像仪测温技术发展综述，激光与红外，2008(02)：101-104.
【10】Hwang Jihong,Kompella Sridhar,Chandrasekar Srinlvas-san.Measurement of temperature field in surface grinding using infrared(IR)imaging system.ASME transactions,Journal of Tribology,2003.
【11】张以忱,巴德纯,刘希东,高航，温度传感功能薄膜技术，真空科学与技术,2003(05):41-46+53.
【12】张以忱,巴德纯,马胜歌，薄膜热阻微传感器技术，真空,2004(05):24-28.
【13】王克军，国外低温温度传感器的研制现状，低温工程，2002(5)：114-117.
发明内容
本发明主要涉及一种基于亚稳相稀土镍基氧化物强关联电子相变半导体的阵列式精密测温系统及其使用方法。
一种阵列式稀土镍基氧化物精密测温系统，所述阵列式测温系统采用阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物，所述阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物是一种热力学亚稳态的具有扭曲钙钛矿结构的电子强关联氧化物，阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物的电阻率或电阻具有对温度敏感的特性，在临界点之前，电阻或电阻率随温度的变化呈现负温度电阻系数效应，可以用来对温度的初步测量，而当温度达到一定的临界点时，电阻或电阻率在临界温度附近一定温区范围随温度的升高而急剧降低，并最终转变为金属相的低阻态。在金属绝缘相变区间，通过一定的电路匹配实现温度电阻高度线性化，从而使得温度得以精准测量。由于触发上述金属绝缘相变的临界温度阈值随稀土元素离子半径减小而升高，因此可以通过材料的稀土组分实现100-600K的宽温区范围的精密测量。
进一步地，所述阵列式测温系统是由具有不同稀土元素组分的一系列稀土镍基氧化物敏感电阻元器件所排布成的阵列式器件组成，其主要包括以下两种敏感器件：1)基于重稀土组分稀土镍基氧化物的宽温区负阻温系数热敏元器件；2)一系列基于中、轻稀土元素稀土镍基氧化物的阵列式突变式热敏电阻元器件。所述宽温区温度精密测量方法主要包含以下步骤：首先，利用重稀土元素组分稀土镍基氧化物的宽温域负阻温系数热敏电阻特性实现对目标温度的粗略测定；其次，在锁定目标温度范围后通过切换控制器切换至在与其相对应温度范围具有金属绝缘体相变特性的稀土镍基氧化物传感器元器件，并匹配相应的阻温关系线性化电路；最后，利用相应稀土镍基氧化物电子相变温区范围内急剧变化的阻温关系结合适配电路实现对目标温度100K-600K的精密探测。
与传统的单一热敏电阻元器件、测温二极管、热电偶等相比，本发明所提供的阵列式测温系统具有工作温区范围宽、探测灵敏度高、工作模式灵活等优势。本发明提供技术可与现有人工智能相结合可实现对温度的自动高精度测量，在宽温区高精度自动测量领域具有巨大的应用潜力和宽广的应用前景。
进一步地，所述稀土镍基氧化物是一种热力学亚稳态的具有扭曲钙钛矿结构的电子强关联氧化物，其化学式为ReNiO3：Re代表单一或混合的稀土元素，优选镥(Lu)、铥(Tm)、镝(Dy)、铒(Er)、镱(Yb)、钐(Sm)、钕(Nd)、铕(Eu)、镨(Pr)、钐钕(SmxNd1-x，0<x<1)、钐镨(SmxPr1-x，0<x<1)、铕钕(EuxNd1-x，0<x<1)、铕铺(EuxPr1-x，0<x<1)；所述稀土镍基氧化物具有典型的临界温度触发金属绝缘体相变特性；在上述临界温度以下，其材料电阻率随温度的变化呈现负温度电阻系数关系；而当温度达到临界温度及以上，其材料电阻率在临界温度附近一定温区范围随温度的升高而急剧降低并最终达到金属相的低阻状态。上述触发稀土镍基氧化物金属绝缘体相变的临界温度阈值随稀土元素离子半径的减小而升高，并可通过材料的稀土元素组分实现在100-600K的宽温区范围内的精准设计。
进一步地，所述阵列式稀土镍基氧化物精密测温系统，综合使用重稀土组分ReNiO3宽温区负阻温系数热敏电阻以及中、轻稀土组分的ReNiO3突变式热敏电阻阵列；首先通过重稀土元素组分稀土镍基氧化物跨越低、中宽温区范围的负阻温系数热敏电阻电输运特性，实现对目标温度范围的粗略测量，其目的在于锁定目标温度粗略范围并进一步通过切换电路系统匹配在该温区范围内具有金属绝缘体相变特性的稀土镍基氧化物突变式敏感电阻元器件；在此基础上，利用所述相匹配的稀土镍基氧化物突变式敏感电阻元器件及相应测量电路实现对温度的进一步精密测量。
进一步地，所述重稀土元素组分ReNiO3的稀土组分原子量大于钆(Gd)，优选镥(Lu)、铥(Tm)、镝(Dy)、铒(Er)、镱(Yb)；所述重稀土组分ReNiO3以薄膜、陶瓷、纳米线阵列等形式并以四端点或两端点的形式制作金属电极，并进一步封装制备成宽温区负阻温系数热敏电阻元器件。
进一步地，所述中、轻稀土元素组分ReNiO3的稀土组分原子量小于或等于钆(Gd)，优选钐(Sm)、钕(Nd)、铕(Eu)、镨(Pr)、钐钕(SmxNd1-x，0<x<1)、钐镨(SmxPr1-x，0<x<1)、铕钕(EuxNd1-x，0<x<1)、铕铺(EuxPr1-x，0<x<1)；所述中、轻稀土组分ReNiO3以薄膜、陶瓷、纳米线阵列等形式并以四端点或两端点的形式制作金属电极，并封装制备成突变式热敏电阻元器件；进一步通过对上述中、轻稀土元素组分的设计，制作一系列上述突变式热敏电阻元器件并排布成阵列，使其电阻率突变温区范围全面覆盖整个测量温区；其主要的测量原理是在一个小温度范围内，稀土镍基钙钛矿材料具有明显的金属绝缘相变，而在金属绝缘相变范围内稀土镍基钙钛矿氧化物的电阻或电阻率随温度变化比较明显，通过电路匹配可以实现电阻或电阻率随温度的高精度线性变化，从而使得给出在某温度下的电阻或电阻率值就能反推得到对应的温度值，实现对温度的高精度测量；在一优选例中，实现上述阵列式突变式热敏电阻的敏感材料组分包括：PrNiO3、Pr0.1Nd0.9NiO3、Pr0.2Nd0.8NiO3、Pr0.3Nd0.7NiO3、Pr0.4Nd0.6NiO3、Pr0.5Nd0.5NiO3、Pr0.6Nd0.4NiO3、Pr0.7Nd0.3NiO3、Pr0.8Nd0.2NiO3、Pr0.9Nd0.1NiO3、NdNiO3、Nd0.1Sm0.9NiO3、Nd0.2Sm0.8NiO3、Nd0.3Sm0.7NiO3、Nd0.4Sm0.6NiO3、Nd0.5Sm0.5NiO3、Nd0.6Sm0.4NiO3、Nd0.7Sm0.3NiO3、Nd0.8Sm0.2NiO3、Nd0.9Sm0.1NiO3、SmNiO3、Eu0.1Sm0.9NiO3、Eu0.2Sm0.8NiO3、Eu0.3Sm0.7NiO3、Eu0.4Sm0.6NiO3、Eu0.5Sm0.5NiO3、Eu0.6Sm0.4NiO3、Eu0.7Sm0.3NiO3、Eu0.8Sm0.2NiO3、Eu0.9Sm0.1NiO3、EuNiO3、Eu0.1Gd0.9NiO3、Eu0.2Gd0.8NiO3、Eu0.3Gd0.7NiO3、Eu0.4Gd0.6NiO3、Eu0.5Gd0.5NiO3、Eu0.6Gd0.4NiO3、Eu0.7Gd0.3NiO3、Eu0.8Gd0.2NiO3、Eu0.9Gd0.1NiO3、GdNiO3.
进一步地，可在上述突变式热敏电阻阵列中进一步引入其它具有特征温度触发下金属绝缘体相转变特性的氧化物作为突变式温度敏感材料，以提高特定温度范围内的阻温变化关系；所述其它具有特征温度触发下金属绝缘体相转变特性的氧化物优选二氧化钒、钨掺杂二氧化钒、铌掺杂二氧化钒、铁掺杂二氧化钒。
进一步地，所述阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物自动测温系统的温度粗略测定的电路由一系列重稀土元素组分稀土镍基氧化物组成，它们具有跨越低、中宽温区范围的负阻温系数热敏电阻电输运特性，实现对目标温度范围的粗略测量。所述阵列式稀土镍基阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物自动测温系统的切换控制器部分主要是由一系列不同相变温度的稀土镍基氧化物材料所组成的，这里的主要工作原理是根据温度粗测系统得到的粗测温度，然后将该温度值和不同相变温度的稀土镍基氧化物材料的数据进行温度匹配，选出在粗测温度范围约±5K范围内具有尖锐金属绝缘相变的ReNiO3,通过已有的公式进行所需并联电阻阻值的计算，并将该并联电阻阻值传递到温度精测系统。
进一步地，所述阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物自动测温系统的温度精测系统则主要是根据并联电阻和所选稀土镍基氧化物材料计算新的电阻随温度变化的线性关系，并根据实际测量得到的电阻值而读取温度值，完成对温度的精确测量，其原理示意图如图1所示。
如上所述阵列式稀土镍基氧化物精密测温系统的使用方法，基于所述材料组成的阵列式自动宽温区(100K-600K)高精度测量系统实现对温度的探测，其具体探测方法如下：1)校准所使用的阵列式亚稳相强关联稀土镍基钙钛矿氧化物粗测系统各组成部分的电阻或电阻率随温度的变化关系；2)校准所使用的阵列式亚稳相强关联稀土镍基钙钛矿氧化物测量系统切换控制器中各阵列式不同相变温度的稀土镍基氧化物材料的电阻或电阻率随温度的变化关系；3)将所制备的阵列式亚稳相强关联稀土镍基钙钛矿氧化物测量系统放在所要测量的环境中，等待一段时间至测量系统充分处于待测温度环境下，便可给出温度的精确测量值。
本发明人经过广泛而深入的研究，通过合理设计、改进制备工艺和添加控制中心调节机制，制备了一种阵列式稀土镍基氧化物精密测温系统及使用方法，其主要构思在于由具有不同稀土元素组分的一系列稀土镍基氧化物敏感电阻元器件所排布成的阵列式器件组，其主要包括以下两种敏感器件：1)基于重稀土组分稀土镍基氧化物的宽温区负阻温系数热敏元器件；2)一系列基于中、轻稀土元素稀土镍基氧化物的阵列式突变式热敏电阻元器件。所述宽温区温度精密测量方法主要包含以下步骤：首先，利用重稀土元素组分稀土镍基氧化物的宽温域负阻温系数热敏电阻特性实现对目标温度的粗略测定；其次，在锁定目标温度范围后通过切换控制器切换至在与其相对应温度范围具有金属绝缘体相变特性的稀土镍基氧化物传感器元器件，并匹配相应的阻温关系线性化电路；最后，利用相应稀土镍基氧化物电子相变温区范围内急剧变化的阻温关系结合适配电路实现对目标温度的精密探测。与传统的单一热敏电阻元器件、测温二极管、热电偶等相比，本发明所提供的阵列式测温系统具有工作温区范围宽、探测灵敏度高、工作模式灵活等优势。本发明提供技术可与现有人工智能相结合可实现对温度的自动高精度测量，在宽温区高精度自动测量领域具有巨大的应用潜力和宽广的应用前景。
本发明通过具有不同稀土元素组分的一系列稀土镍基氧化物排布成阵列式器件组，首先利用重稀土元素组分稀土镍基氧化物的宽温域负阻温系数热敏电阻特性实现对目标温度的粗略测定；在锁定目标温度范围后通过切换控制器切换至在与其相对应温度范围具有金属绝缘体相变特性的稀土镍基氧化物传感器元器件，并匹配相应的阻温关系线性化电路；最后利用相应稀土镍基氧化物电子相变温区范围内急剧变化的阻温关系实现对目标温度100K-600K范围内的精密探测。与传统的单一热敏电阻元器件、测温二极管、热电偶等相比，本发明所提供的阵列式测温系统具有工作温区范围宽、探测灵敏度高、工作模式灵活等优势。
附图说明
图1基于阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物的宽温区高精度自动测量系统的原理示意图；
图2不同稀土和组分的稀土镍基钙钛矿氧化物的电阻随温度变化举例示意图；
图3 220-230K高精度线性测量部分总电阻随温度变化示意图；
图4 230K-240K高精度线性测量部分总电阻随温度变化示意图；
图5 240K-250K高精度线性测量部分总电阻随温度变化示意图；
图6 250K-260K高精度线性测量部分总电阻随温度变化示意图。
具体实施方式
如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件进行。
测试方法：我们设计的宽温区高精度自动测温系统放到待测温的介质中就可以自动分析而得出温度值。所述表征方法根据本领域的通用标准进行。
实施例1：
基于示意图1制备的阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物的宽温区高精度测量系统，对于在此种情况下由稀土镍基钙钛矿氧化物组成的阵列式宽温区高精度自动测量系统的温度粗测系统部分，可由一系列包含小稀土半径离子的稀土镍基钙钛矿氧化物作为测量介质，以其中之一的DyNiO3为例，其300K温度以内的电阻随温度的变化图如图2所示，且它在温度粗测系统中的测量过程如下，利用DyNiO3的电阻随温度变化呈现单值的负温度系数电阻效应，通过测量在该温度范围内某一温度下的电阻就可以反推初步得到温度值，然后将该温度值传递给切换控制器。若温度粗测系统测量得到的温度值在225K附近，则可通过切换控制器匹配到阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物Sm0.5Nd0.5NiO3，Sm0.5Nd0.5NiO3在220-260K范围内发生金属绝缘相变，由切换控制器计算线性化所需并联电阻阻值，并将该并联电阻传递到温度精测系统，温度精测系统则根据Sm0.5Nd0.5NiO3及并联电阻计算总电阻在220-230K范围内随温度的线性变化关系，如图3所示，测量Sm0.5Nd0.5NiO3及其并联电阻在待测温度下的电阻，由如图3所示的线性关系就可以反推得到具体的温度值。
实施例2：
基于示意图1制备的阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物的宽温区高精度测量系统，对于在此种情况下由稀土镍基钙钛矿氧化物组成的阵列式宽温区高精度自动测量系统的温度粗测系统部分，可由一系列包含小稀土半径离子的稀土镍基钙钛矿氧化物作为测量介质，以其中之一的DyNiO3为例，其300K温度以内的电阻随温度的变化图如图2所示，且它在温度粗测系统中的测量过程如下，利用DyNiO3的电阻随温度变化呈现单值的负温度系数电阻效应，通过测量在该温度范围内某一温度下的电阻就可以反推初步得到温度值，然后将该温度值传递给切换控制器。若温度粗测系统测量得到的温度值在235K附近，则可通过切换控制器匹配到阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物Sm0.5Nd0.5NiO3，其阻温特性曲线如图2所示，Sm0.5Nd0.5NiO3在220-260K范围内发生金属绝缘相变，由切换控制器计算线性化所需并联电阻阻值，并将该并联电阻传递到温度精测系统，温度精测系统则根据Sm0.5Nd0.5NiO3及并联电阻计算总电阻在230-240K范围内随温度的线性变化关系，如图4所示，测量Sm0.5Nd0.5NiO3及其并联电阻在待测温度下的电阻，由如图4所示的线性关系就可以反推得到具体的温度值。
实施例3：
基于示意图1制备的阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物的宽温区高精度测量系统，对于在此种情况下由稀土镍基钙钛矿氧化物组成的阵列式宽温区高精度自动测量系统的温度粗测系统部分，可由一系列包含小稀土半径离子的稀土镍基钙钛矿氧化物作为测量介质，以其中之一的DyNiO3为例，其300K温度以内的电阻随温度的变化图如图2所示，且它在温度粗测系统中的测量过程如下，利用DyNiO3的电阻随温度变化呈现单值的负温度系数电阻效应，通过测量在该温度范围内某一温度下的电阻就可以反推初步得到温度值，然后将该温度值传递给切换控制器。若温度粗测系统测量得到的温度值在245K附近，则可通过切换控制器匹配到阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物Sm0.5Nd0.5NiO3，其阻温特性曲线如图2所示，Sm0.5Nd0.5NiO3在220-260K范围内发生金属绝缘相变，由切换控制器计算线性化所需并联电阻阻值，并将该并联电阻传递到温度精测系统，温度精测系统则根据Sm0.5Nd0.5NiO3及并联电阻计算总电阻在240-250K范围内随温度的线性变化关系，如图5所示，测量Sm0.5Nd0.5NiO3及其并联电阻在待测温度下的电阻，由如图5所示的线性关系就可以反推得到具体的温度值。
实施例4：
基于示意图1制备的阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物的宽温区高精度测量系统，对于在此种情况下由稀土镍基钙钛矿氧化物组成的阵列式宽温区高精度自动测量系统的温度粗测系统部分，可由一系列包含小稀土半径离子的稀土镍基钙钛矿氧化物作为测量介质，以其中之一的DyNiO3为例，其300K温度以内的电阻随温度的变化图如图2所示，且它在温度粗测系统中的测量过程如下，利用DyNiO3的电阻随温度变化呈现单值的负温度系数电阻效应，通过测量在该温度范围内某一温度下的电阻就可以反推初步得到温度值，然后将该温度值传递给切换控制器。若温度粗测系统测量得到的温度值在255K附近，则可通过切换控制器匹配到阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物Sm0.5Nd0.5NiO3，其阻温特性曲线如图2所示，Sm0.5Nd0.5NiO3在220-260K范围内发生金属绝缘相变，由切换控制器计算线性化所需并联电阻阻值，并将该并联电阻传递到温度精测系统，温度精测系统则根据Sm0.5Nd0.5NiO3及并联电阻计算总电阻在250-260K范围内随温度的线性变化关系，如图6所示，测量Sm0.5Nd0.5NiO3及其并联电阻在待测温度下的电阻，由如图6所示的线性关系就可以反推得到具体的温度值。
实施例5：
基于示意图1制备的阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物的宽温区高精度测量系统，对于在此种情况下由稀土镍基钙钛矿氧化物组成的阵列式宽温区高精度自动测量系统的温度粗测系统部分，可由一系列包含小稀土半径离子的稀土镍基钙钛矿氧化物作为测量介质，以其中之一的YNiO3为例，其550K温度以内的电阻随温度呈现负温度系数电阻变化，且它在温度粗测系统中的测量过程如下，利用YNiO3的电阻随温度变化呈现单值的负温度系数电阻效应，通过测量在该温度范围内某一温度下的电阻就可以反推初步得到温度值，然后将该温度值传递给切换控制器。若温度粗测系统测量得到的温度值在375K附近，则可通过切换控制器匹配到阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物SmNiO3，SmNiO3在370-400K范围内发生金属绝缘相变，由切换控制器计算线性化所需并联电阻阻值，并将该并联电阻传递到温度精测系统，温度精测系统则根据SmNiO3及并联电阻计算总电阻在370-380K范围内随温度的线性变化关系，测量SmNiO3及其并联电阻在待测温度下的电阻，由线性关系就可以反推得到具体的温度值。
实施例6：
基于示意图1制备的阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物的宽温区高精度测量系统，对于在此种情况下由稀土镍基钙钛矿氧化物组成的阵列式宽温区高精度自动测量系统的温度粗测系统部分，可由一系列包含小稀土半径离子的稀土镍基钙钛矿氧化物作为测量介质，以其中之一的YNiO3为例，其550K温度以内的电阻随温度呈现负温度系数电阻变化，且它在温度粗测系统中的测量过程如下，利用YNiO3的电阻随温度变化呈现单值的负温度系数电阻效应，通过测量在该温度范围内某一温度下的电阻就可以反推初步得到温度值，然后将该温度值传递给切换控制器。若温度粗测系统测量得到的温度值在385K附近，则可通过切换控制器匹配到阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物SmNiO3，SmNiO3在370-400K范围内发生金属绝缘相变，由切换控制器计算线性化所需并联电阻阻值，并将该并联电阻传递到温度精测系统，温度精测系统则根据SmNiO3及并联电阻计算总电阻在380-390K范围内随温度的线性变化关系，测量SmNiO3及其并联电阻在待测温度下的电阻，由线性关系就可以反推得到具体的温度值。
实施例7：
基于示意图1制备的阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物的宽温区高精度测量系统，对于在此种情况下由稀土镍基钙钛矿氧化物组成的阵列式宽温区高精度自动测量系统的温度粗测系统部分，可由一系列包含小稀土半径离子的稀土镍基钙钛矿氧化物作为测量介质，以其中之一的YNiO3为例，其550K温度以内的电阻随温度呈现负温度系数电阻变化，且它在温度粗测系统中的测量过程如下，利用YNiO3的电阻随温度变化呈现单值的负温度系数电阻效应，通过测量在该温度范围内某一温度下的电阻就可以反推初步得到温度值，然后将该温度值传递给切换控制器。若温度粗测系统测量得到的温度值在395K附近，则可通过切换控制器匹配到阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物SmNiO3，SmNiO3在370-400K范围内发生金属绝缘相变，由切换控制器计算线性化所需并联电阻阻值，并将该并联电阻传递到温度精测系统，温度精测系统则根据SmNiO3及并联电阻计算总电阻在390-400K范围内随温度的线性变化关系，测量SmNiO3及其并联电阻在待测温度下的电阻，由线性关系就可以反推得到具体的温度值。
实施例8：
基于示意图1制备的阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物的宽温区高精度测量系统，对于在此种情况下由稀土镍基钙钛矿氧化物组成的阵列式宽温区高精度自动测量系统的温度粗测系统部分，可由一系列包含小稀土半径离子的稀土镍基钙钛矿氧化物作为测量介质，以其中之一的LuNiO3为例，其600K温度以内的电阻随温度呈现负温度系数电阻效应，且它在温度粗测系统中的测量过程如下，利用LuNiO3的电阻随温度变化呈现单值的负温度系数电阻效应，通过测量在该温度范围内某一温度下的电阻就可以反推初步得到温度值，然后将该温度值传递给切换控制器。若温度粗测系统测量得到的温度值在565K附近，则可通过切换控制器匹配到阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物YNiO3，YNiO3在560-580K范围内发生金属绝缘相变，由切换控制器计算线性化所需并联电阻阻值，并将该并联电阻传递到温度精测系统，温度精测系统则根据YNiO3及并联电阻计算总电阻在560-570K范围内随温度的线性变化关系，测量YNiO3及其并联电阻在待测温度下的电阻，由线性关系就可以反推得到具体的温度值。
实施例9：
基于示意图1制备的阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物的宽温区高精度测量系统，对于在此种情况下由稀土镍基钙钛矿氧化物组成的阵列式宽温区高精度自动测量系统的粗测系统部分，可由一系列包含小稀土半径离子的稀土镍基钙钛矿氧化物作为测量介质，以其中之一的LuNiO3为例，其600K温度以内的电阻随温度呈现负温度系数电阻效应，且它在温度粗测系统中的测量过程如下，利用LuNiO3的电阻随温度变化呈现单值的负温度系数电阻效应，通过测量在该温度范围内某一温度下的电阻就可以反推初步得到温度值，然后将该温度值传递给切换控制器。若温度粗测系统测量得到的温度值在575K附近，则可通过切换控制器匹配到阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物YNiO3，YNiO3在560-580K范围内发生金属绝缘相变，由切换控制器计算线性化所需并联电阻阻值，并将该并联电阻传递到温度精测系统，温度精测系统则根据YNiO3及并联电阻计算总电阻在570-580K范围内随温度的线性变化关系，测量YNiO3及其并联电阻在待测温度下的电阻，由线性关系就可以反推得到具体的温度值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。

Claims (8)

1.一种阵列式稀土镍基氧化物精密测温系统，其特征在于，所述阵列式测温系统采用阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物，所述阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物是一种热力学亚稳态的具有扭曲钙钛矿结构的电子强关联氧化物，阵列式稀土镍基钙钛矿氧化物的电阻率或电阻具有对温度敏感的特性，在临界点之前，电阻或电阻率随温度的变化呈现负温度电阻系数效应，可以用来对温度的初步测量，而当温度达到一定的临界点时，电阻或电阻率在临界温度附近一定温区范围随温度的升高而急剧降低，并最终转变为金属相的低阻态；在金属绝缘相变区间，通过一定的电路匹配实现温度电阻高度线性化，从而使得温度得以精准测量；由于触发上述金属绝缘相变的临界温度阈值随稀土元素离子半径减小而升高，因此可以通过材料的稀土组分实现100-600K的宽温区范围的精密测量。
2.如权利要求1所述一种阵列式稀土镍基氧化物精密测温系统，其特征在于所述阵列式测温系统是由具有不同稀土元素组分的一系列稀土镍基氧化物敏感电阻元器件所排布成的阵列式器件组成，其主要包括以下两种敏感器件：1)基于重稀土组分稀土镍基氧化物的宽温区负阻温系数热敏元器件；2)一系列基于中、轻稀土元素稀土镍基氧化物的阵列式突变式热敏电阻元器件；所述宽温区温度精密测量方法主要包含以下步骤：首先，利用重稀土元素组分稀土镍基氧化物的宽温域负阻温系数热敏电阻特性实现对目标温度的粗略测定；其次，在锁定目标温度范围后通过切换控制器切换至在与其相对应温度范围具有金属绝缘体相变特性的稀土镍基氧化物传感器元器件，并匹配相应的阻温关系线性化电路；最后，利用相应稀土镍基氧化物电子相变温区范围内急剧变化的阻温关系结合适配电路实现对目标温度100K-600K的精密探测。
3.如权利要求2所述一种阵列式稀土镍基氧化物精密测温系统，其特征在于综合使用重稀土组分ReNiO3宽温区负阻温系数热敏电阻以及中、轻稀土组分的ReNiO3突变式热敏电阻阵列；重稀土组分具有较高的临界温度，因此其在低、中宽温区范围内具有良好的负阻温系数热敏电阻电输运特性，因此这部分电路可以实现对目标温度范围的粗测，其目的在于锁定目标温度范围，进一步通过切换电路系统匹配在该温度范围内具有金属绝缘相变特性的稀土镍基氧化物突变式敏感电阻元器件，主要是中、轻稀土元素组分ReNiO3，通过温度匹配选择在粗测温度附近具有尖锐金属绝缘相变的ReNiO3，然后通过电阻匹配可以实现电阻或电阻率随温度的高精度线性变化，从而使得给出在某温度下的电阻或电阻率值就能反推得到对应的温度值，实现对温度的高精度测量。
4.如权利要求2所述一种阵列式稀土镍基氧化物精密测温系统，其特征在于所述重稀土元素组分ReNiO3的稀土组分原子量大于钆(Gd)，包括镥(Lu)、铥(Tm)、镝(Dy)、铒(Er)、镱(Yb)；所述重稀土组分ReNiO3以薄膜、陶瓷、纳米线阵列形式并以四端点或两端点的形式制作金属电极，并进一步封装制备成宽温区负阻温系数热敏电阻元器件；所述中、轻稀土元素组分ReNiO3的稀土组分原子量小于或等于钆(Gd)，包括钐(Sm)、钕(Nd)、铕(Eu)、镨(Pr)、钐钕(SmxNd1-x，0<x<1)、钐镨(SmxPr1-x，0<x<1)、铕钕(EuxNd1-x，0<x<1)、铕铺(EuxPr1-x，0<x<1)；所述中、轻稀土组分ReNiO3以薄膜、陶瓷、纳米线阵列形式并以四端点或两端点的形式制作金属电极，并封装制备成突变式热敏电阻元器件。
5.如权利要求2所述一种阵列式稀土镍基氧化物精密测温系统，其特征在于所述测温系统可进一步引入其它具有特征温度触发下金属绝缘体相转变特性的氧化物作为突变式温度敏感材料，以提高特定温度范围内的阻温变化关系；所述其它具有特征温度触发下金属绝缘体相转变特性的氧化物选择二氧化钒、钨掺杂二氧化钒、铌掺杂二氧化钒、铁掺杂二氧化钒。
6.如权利要求2所述一种阵列式稀土镍基氧化物精密测温系统，其特征在于所述温度粗略测定的电路由一系列重稀土元素组分稀土镍基氧化物组成，它们具有跨越低、中宽温区范围的负阻温系数热敏电阻电输运特性，实现对目标温度范围的粗略测量；所述切换控制器部分主要是由一系列不同相变温度的稀土镍基氧化物材料所组成的，这里的主要工作原理是根据温度粗测系统得到的粗测温度，然后将该温度值和不同相变温度的稀土镍基氧化物材料的数据进行温度匹配，选出在粗测温度范围约±5K范围内具有尖锐金属绝缘相变的ReNiO3,通过已有的公式进行所需并联电阻阻值的计算，并将该并联电阻阻值传递到温度精测系统。
7.如权利要求2所述一种阵列式稀土镍基氧化物精密测温系统，其特征在于所述温度精测系统则主要是根据并联电阻和所选稀土镍基氧化物材料计算新的电阻随温度变化的线性关系，并根据实际测量得到的电阻值而读取温度值，完成对温度的精确测量。
8.如权利要求1或2所述自动精密测温系统的使用方法，其特征在于具体探测方法如下：1)校准所使用的阵列式亚稳相强关联稀土镍基钙钛矿氧化物粗测系统各组成部分的电阻或电阻率随温度的变化关系；
2)校准所使用的阵列式亚稳相强关联稀土镍基钙钛矿氧化物测量系统切换控制器中各阵列式不同相变温度的稀土镍基氧化物材料的电阻或电阻率随温度的变化关系；
3)将所制备的阵列式亚稳相强关联稀土镍基钙钛矿氧化物测量系统放在所要测量的环境中，等待一段时间至测量系统充分处于待测温度环境下，便可给出温度的精确测量值。
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