聚酰亚胺基热敏元件制备与性能研究

摘要

随着技术的发展，薄膜热电偶传感器已经被应用在生活中的各个领域，在此基础上本文研究一种聚酰亚胺基热敏元件，给出其结构设计与原理，并对传感器的设计进行ANSYS有限元分析，考察聚酰亚胺基底厚度、热导率和金属电极的结构、厚度对传感器的热学性能及热电性能的影响，从而得到最佳的设计方案。
　　本文采用电子束蒸发的方式在聚酰亚胺基底上制备热电偶，并用扫描电子显微镜对聚酰亚胺基底、铜薄膜及镍薄膜的平整性进行检测，确保其表面连续好、无开裂，厚度均匀;用台阶仪测量铜、镍薄膜的厚度。随后用Ⅰ级精度的E型标准热电偶对聚酰亚胺基Cu/Ni薄膜热电偶进行标定，使用Origin8软件处理数据并得到拟合直线，实验结果证明制备的聚酰亚胺基热电偶传感器的测量值与理论值基本一致。同时进一步对聚酰亚胺基温度传感器的线性度、迟滞性、稳定性和灵敏度进行测试，实验结果表明该传感器在-20℃～200℃范围内具有线性度高、迟滞小、稳定性好、灵敏度高的特点，因此可以将该传感器应用于测量温度。本文用该传感器对锂电池的温度进行测试，保证测试过程不影响电池的正常工作。
　　最后，本文设计了聚酰亚胺基热敏元件后续测控电路，用电桥补偿法利用不平衡电桥产生的电势对热电偶进行冷端补偿，选用89C51作为微处理器，ICL7109作为A/D转换器，OP07芯片作为运算放大器，555芯片作为定时器，实现了信号的放大、转换及显示。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 薄膜热电偶温度传感器技术简介

1．1．1 薄膜热电偶温度传感器工作原理

1．1．2 薄膜热电偶温度传感器的关键技术

1．2 薄膜热电偶温度传感器的发展趋势

1．3 本论文研究的目的及开展的工作

1．4 本章小结

第2章 聚酰亚胺材料概述

2．1 聚酰亚胺材料研究的背景和意义

2．2 聚酰亚胺制备方法

2．3 聚酰亚胺的特性

2．4 聚酰亚胺在薄膜热电偶传感器中的应用

2．5 本章小结

第3章 聚酰亚胺基热敏元件制备工艺及材料表征

3．1 聚酰亚胺基温度传感器的基本结构

3．3 聚酰亚胺基温度传感器的制备及材料表征

3．3．1 薄膜制备技术

3．3．2 薄膜表征技术

3．4 本章小结

第4章 聚酰亚胺基温度传感器性能模拟

4．1 Ansys Workbench软件简介

4．2 聚酰亚胺基温度传感器特性仿真

4．2．1 聚酰亚胺基热敏元件热学仿真分析

4．2．2 聚酰亚胺基热敏元件热电特性仿真

4．3 本章小结

第5章 聚酰亚胺基热敏元件的性能研究

5．1 薄膜热电偶的标定

5．1．1 薄膜热电偶的标定原理

5．1．2 薄膜热电偶的冷端补偿

5．2 聚酰亚胺基热电偶温度传感器的性能测试

5．2．1 聚酰亚胺基热电偶温度传感器的标定

5．2．2 线性度

5．2．3 迟滞

5．2．4 稳定性

5．2．5 灵敏度

5．3 聚酰亚胺基温度传感器测温实验

5．4 本章小结

第6章 后续电路的设计研究

6．1 冷端补偿电路的设计

6．2 后续测控电路设计

6．2．1 单片机芯片的选择

6．2．2 A/D转换芯片的选择

6．2．3 运算放大器芯片的选择

6．2．4 定时器芯片的选择

6．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文

附录 后续电路

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