智能型温度传感器

近年来，各大品牌的折叠屏手机、柔性可穿戴电子等智能设备层出不穷，成为行业热点。作为柔性电子设备的重要组成部分，柔性传感器用以测量温度，反映人体的各项指标。现有的柔性薄膜温度传感器受柔性衬底、敏感材料等限制，难以实现高温物理场的温度测量。因此，如何继承柔性薄膜传感器优势，实现柔性薄膜传感器在高温环境下的应用是一个值得关注的问题。近日，来自微纳制造领域的一项最新研究成果，为柔性传感器突破高温应用瓶颈提供了新思路。西安交通大学机械工程学院精密工程研究所的刘兆钧博士、田边教授、蒋庄德院士及其合作团队首次制备出了具有良好温度敏感性的高温柔性温度传感器。相关成果发表于工程制造领域期刊《极端制造》。传统柔性温度传感器难以实现高温无损监测柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器，具有良好的柔韧性、延展性，甚至可自由弯曲、折叠，而且结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，能够非常方便地对复杂表面进行检测。在可穿戴方面，柔性的电子产品适合“人体不是平面”的生理特性，因此更易于测试皮肤的相关参数，其可将外界的受力或受热情况转换为电信号，传递给机器人的电脑进行信号处理，从而实时精准地监测出人体各项指标。“柔性薄膜温度传感器能变形、易附着、轻薄等优点受到了研究人员的广泛关注。”田边说，“热电偶式传感器以结构简单、动态响应快、便于集中控制等优点脱颖而出。”结合二者优势，热电偶式柔性薄膜温度传感器应运而生。“温度传感器主要由两部分组成，由两种不同材料制成的温度敏感层和柔性基板。温度敏感层常由金属以及金属化合物组成，柔性基材则选择已经商业化的聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺等高分子聚合物材料。”田边表示。实际上，柔性传感器的优势使其能运用到多个领域当中，除了可穿戴设备，柔性传感器还在医疗电子、环境监测等领域显示出很好的应用前景。然而，现有的柔性薄膜温度传感器受柔性衬底、温度敏感材料等限制，难以在高温环境场中工作，更无法实现功能化应用。“因为柔性基板的熔点通常低于400℃，在高温环境中发生碳化后会变脆、变硬，因此，很难在高温环境下使用现有的柔性温度传感器。这一点也限制了它们在航空航天、钢铁冶金和爆炸损伤检测等极端环境中的应用。”田边解释道。“现有的高温温度测量手段受限于设备尺寸大、需要破坏结构、破坏气流场、受环境干扰等，难以实现对温度场的无损实时温度监测。”博士生刘兆钧补充道。因此，如何继承柔性薄膜传感器的优势，实现柔性薄膜传感器在高温环境下的安装与应用是亟须解决的关键问题。突破多项柔性温度传感器测量瓶颈为了突破柔性温度传感器的温度测量瓶颈，田边教授团队创新性地选择了具有宽温域的铝硅氧气凝胶毡作为温度传感器的柔性基板。由于柔性基板表面不均匀、粗糙度较大，难以通过传统的微纳制造工艺实现薄膜沉积与功能化，因此团队选用了丝网印刷技术制备厚膜以克服上述困难。在制备传感器的实际操作中，田边、刘兆钧等人使用有机黏合剂混合功能粉末完成浆料配置，利用高温热处理的方法去除薄膜中的多余有机物，如环氧树脂、松油醇等。同时，团队还针对不同应用表面，基于柔性材料可变形、可共形的优势，实现了功能薄膜的特定曲面化制备。“就像球鞋设计者根据球星脚底的尺寸大小来制定码数一样，这种‘独家订制’能有效解决一些问题。”田边表示，这样制备好的柔性温度传感器能够贴附于不同曲率曲面，例如叶片等。同时，其也具有超薄、超轻等优点。这项研究首次实现柔性传感器在零下190℃至零上1200℃这一极广的温度范围内工作，测试灵敏度也达到了可观的226.7微伏每摄氏度（μV/℃）。这是现有所有柔性温度传感器难以实现的。扩大柔性传感器的工作温域，为柔性传感开拓了更广阔的应用领域，它在探险排难、航空航天、钢铁冶金等领域将呈现出巨大的应用潜力。在被问及新型柔性传感器何时能够实现实际应用时，蒋庄德表示：“我们团队的研究人员对制备的柔性温度传感器已经进行了多种实验室级测试与实际测试。其中，包括对航模发动机的尾喷温度进行实时监控，小型物理爆炸场爆炸瞬时温度测量以及对坩埚中金属熔化过程进行温度监测等。传感器在整个测试过程都表现出了优异的测温能力。”在蒋庄德看来，科技发展的目标始终围绕造福人类。他指出：“我们根据柔性温度传感器极轻、极薄的特点，创新性地将其应用于智能穿戴设备，如传感器与环保透明面罩相结合设计出的智能口罩，实现对人体呼吸状态的实时监测，有望惠及长期独居旅行者和慢性病患者。我们的科研成果可以给人们的生活带来便捷，这也让科研有了‘温度’。”目前，柔性传感器许多技术仍停留在研究阶段，柔性传感器产业链整体能力亟待增强。就技术本身而言，传感器本身的稳定性、耐磨损性等还需要进一步提高。而从整个产业链的配套来说，柔性电路、柔性存储，以及软硬连接等环节也需要跟进步伐。在未来，团队也期望将制备的柔性传感器进一步优化，实现飞机表面、涡轮叶片等国之重器上的温度测量，为我国科技进步添砖加瓦。

table width=" 633" cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" border=" 1" align=" center" tbody tr style=" height:25px" class=" firstRow" td style=" border: 1px solid windowtext padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 成果名称 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: windowtext windowtext windowtext currentcolor border-style: solid solid solid none border-width: 1px 1px 1px medium border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " valign=" bottom" width=" 501" height=" 25" p style=" text-align:center line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family:宋体" 智能型水质采样器 /span /strong /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 单位名称 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 501" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 北京市水科学技术研究院 /span /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 联系人 /span /p /td td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 168" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 张书函 /span /p /td td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 161" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 联系邮箱 /span /p /td td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 172" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" bjzhangshuhan@126.com /span /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 成果成熟度 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 501" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" □正在研发& nbsp & nbsp □已有样机& nbsp & nbsp □通过小试& nbsp & nbsp √通过中试& nbsp & nbsp □可以量产 /span /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 合作方式 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 501" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" √技术转让& nbsp & nbsp & nbsp √技术入股& nbsp & nbsp & nbsp □合作开发& nbsp & nbsp & nbsp □其他 /span /p /td /tr tr style=" height:47px" td colspan=" 4" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 633" height=" 47" p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 成果简介： /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/cc8b8d5b-49ad-430a-8c6e-580c730cb141.jpg" title=" 14.jpg" style=" width: 400px height: 533px " width=" 400" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 533" border=" 0" / /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 针对雨水采集时间、雨量等不确定性的特点，单纯依靠人工采集会造成大量的人力物力消耗，为此我们研制出一款智能型水质采样器。其采用自主研发的雨量与水位双控制传感器触发启动技术，用户可根据降雨量大小、水位或水头差控制仪器按照设定的采样间隔采集24瓶样品。同时仪器还可利用短接插头将传感器触发启动模式屏蔽，而用于地表水、企业排放水等排放口的自动采样。无论是用于雨水采样还是排放口取样，仪器都具有时间控制采样量和流量计控制采样量两种模式，并且这两种模式下采样间隔都可根据用户需要任意设置。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 雨量和水位传感器主要原理是通过浮球液位开关，根据雨量的大小和水位高低控制仪器的启动。雨量和水位传感器配合使用不仅可以避免雨水口偷排污水或溢流等外因触发水位传感器启动，而且还可以防止雨量传感器因进水或其他不可控人为因素而触发启动。同时仪器具有每采集一瓶样品后的管路自动排空功能。这两项技术既保证了雨水样品的准确性又确保了所采水样具有代表性。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 为满足城市初期雨水流量大、聚集时间短、水质变化快等特点，仪器的采样间隔设置以秒为单位，每个样品之间可任意设置时间间隔，方便用户研究初期雨水水质状况及规律。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 仪器功耗低，内置24V直流高容量可充电锂电池，采用晶体硅太阳能供电方式。使用中无需铺设线缆、无需交流供电，无需人员值守，安全环保可靠性强，完全满足连续雨水样品的采集。不仅节省了大量的人力和能源，还不产生电费。同时仪器还配有220V交流电充电插孔，充一次电完全满足临时采样要求。 /span /p p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 主要技术指标： /span /strong /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 触发启动方式：雨量、水位单一或共同启动模式。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 显示方式：5.4英寸液晶触摸屏，人性化程序设定，操作简便快捷。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 采样间隔：1-9999s可调。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 样品瓶个数：24 瓶（一次采样量）。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 样品瓶容量：100-1000mL可调。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 垂直吸程：6米（配增压装置）。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 水平吸程：10米。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 自记忆采样时间：每组数据记录采样泵启动及停止的年、月、日、时、分、秒，用户可通过内存卡将数据导出、查阅。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 工作电压：24VDC。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 外形尺寸：430*430*570 mm。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 重量：约30kg。 /span /p p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 技术特点： /span /strong /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 手机远程遥控一键开关，控制仪器的启动与停止。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 用户可选取雨量、水位传感器控制仪器的开启模式。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 可采用时间或流量编程采样量分装样品。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 配置220V交流电和24V太阳能直流电充电接口，满足市内及野外采样。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 内部时钟自记忆采样过程，用户可通过内存卡读取数据。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 配有远程监控摄像头，通过手机可方便地实时监控采样器周围环境。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 不仅适用于雨水井、雨水口、道路雨水径流等采样，还适用于工业污染源排放口、江、河、湖、海等水样的自动采集。 /span /p /td /tr tr style=" height:75px" td colspan=" 4" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 633" height=" 75" p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 应用前景： /span /strong /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 目前国内雨水采集基本靠人工采样，人身安全危险性大。而传统的水质采样器无法满足雨水采样的要求。我单位推出的智能型自动采样器避免了降雨时间、降雨量等不确定因素，利用雨量及水位双控制传感器自启动采样，极大地减少了人力物力的投入，并保证了采样的精确性。市场上现有的仪器用途都较单一，并且都是市电供电方式，地域局限性大。智能型水质采样器充电方式采用内置24V充电式锂电池不仅适合临时采样，同时还可与太阳能板连接适合于野外无电源场所，使用范围广。而且仪器还可用于地表水和污水采样、对水源进行监测、开展污染源调查及总量控制，可谓是一机多用，市场空间大。 /span /p /td /tr tr style=" height:72px" td colspan=" 4" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 633" height=" 72" p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 知识产权及项目获奖情况： /span /strong /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 目前智能型水质采样器已获得国家专利，专利号：ZL201720745546.9。 /span /p /td /tr /tbody /table p br/ /p

应用背景温度数据的监测在制药行业里有相当重要的地位，不论是产品质量保障、节能降耗还是合规要求，再或者药品研发-生产-包装-运输-存储的各个环节，都与温度息息相关，而且对温度参数的准确可靠有较高要求。温度监测大都由温度传感器和显示设备组成，随着时间的推移，温度传感器会受到诸多因素的影响，例如震动，盈利变化，化学腐蚀等，其性能参数也会产生变化，因此需要对其进行校准以确定其误差的大小，确保其在允许误差范围内工作。而新版GMP规范第五章第五节对校准也做了明确规定：对于生产和检验用的仪表要定期校准，保存校准记录，未经校准的仪表不得使用。AMETEK校准仪器具有40年的温度校准经验，深入了解用户需求，为制药行业用户设计了有综合性的专业解决方案：✔ 卫生型温度传感器✔ 超短支温度传感器✔ 无法拆卸狭小空间温度传感器✔ 超低温冰箱、冻干设备温度传感器✔ 湿热灭菌器温度传感器✔ 隧道灭菌温度传感器✔ 表面安装温度开关制药行业温度校准方案（一）安装于工艺设备卫生型温度传感器校准解决方案：RTC-156B 超级标准体炉配短支校准套件✔ 专业套件：定制套管保证与卫生型卡盘传感器充分热平衡，补偿热损失，外接参考传感器与被检传感器位置保持一致，精准控温。✔ 洁净 无液体介质，不易污染探头，尤其适用于对探头洁净度有严格标准的企业 。✔ 性能： 双区加热配合 DLC 动态负载补偿 ，保证垂直温场均匀稳定，不受被检传感器 插入深度影响 。✔ 便携 干体炉 便于携带至 现场 ，可以 进行 全回路校准，减少分离回路校准的附加误差 。✔ 安全： 无液体挥发，不会对操作人员健康产生危害，也不会污染实验室工作空间✔ 快捷： 升降温速度远快于 液槽，成倍提高 工作效率关于Ametek Jofra 干体炉Ametek校准仪器是全球主要的温度、压力及电信号校准仪生产厂商之一，干体炉的发明者，能提供快速精准的温度校准方案。AMETEK干体炉有5大系列共50多个型号，温度覆盖-100~1205℃，满足各个行业的温度校准需求。根据应用情况提供多样的解决方案，实现实验室及现场的快速精准温度校准。