[发明专利]微小空间内温度精确测量装置及探头和测温方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种新型温度测量方法，尤其涉及一种利用温度变化对阻值的影响进而通过迭代的方式调整电阻丝的温度逐渐与被测样品一致。该方法是一种利用迭代电阻的测温方法。

背景技术

    随着科技的进步，小型化、微型化正逐渐成为各项领域设备的发展趋势。然而，设备微型化一方面提高了空间利用率及设备各效率的同时，设备中尺度的减小也大大增加了相关物理量的测量难度。温度作为国际单位制中七个基本物理量之一，在微流动、微传热系统中是至关重要的物性参数，如何对微米级、亚微米级甚至纳米级空间中的工质温度进行准确且有效测量是目前微／纳流动及传热系统研究中亟待解决的测量难点问题。

目前的温度测量方法主要分为接触式测温和非接触式测温两大类。接触式测温法在测量时需要与被测物体或介质充分接触，一般测量的是被测对象和传感器的平衡温度，如液体膨胀式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计等均属此类。接触式测温简单、可靠、测量精度高，但由于达到热平衡需要一定时间，因而会产生测温的滞后现象；另外感温元件往往会破坏被测对象的温度场，并有可能受到被测介质的腐蚀，从而导致明显的测量误差。非接触式测温方法则不需要与被测对象接触，因而不会干扰温度场，但同时也存在着精度不如接触式测温仪表、结构复杂且测试成本高等缺点。

在微/纳系统通道内，尤其通道尺寸降至亚微米甚至纳米量级时，常规的接触式测温方法不但难以保证与被测表面的良好接触，而且会严重影响破坏被测表面的温度分布；同时由于此时极微量的工质与测点接触后，其测点的热容将改变极微量工质的温度，因此常规接触式测温方法难以对微/纳系统内部工质温度进行有效测量。而非接触式温度测量方法则测量精度较差，且对光路布置要求非常高，尤其当尺度降低至微米级以下时，该问题变得更加突出，目前还未有非接触式温度测量方法能对微米级以下级空间进行有效测量。因此，必须开发出一种新的温度测量方法，能够准确反映微/纳米尺度通道内工质温度值，对于微/纳系统的发展具有极为重要的现实意义。

发明内容

本项目正是针对这一需求，提出“迭代电阻测温法”这一新的温度测量方法，可较为方便地应用于微纳流体机械以及微换热系统中，实现对微/纳米通道内工质温度的精确且有效测量，解决微/纳空间工质温度精确测量的瓶颈问题，从而推动工业换热设备的微/纳型化发展。本发明针对现有技术中的不足提出了一种能够有效测量微纳流体机械以及微换热系统中工质的温度测量，解决微/纳空间工质温度精确测量的瓶颈问题。

一种新型测温方法，其特征是它包括如下步骤：

1依据铂丝电阻阻值与温度变化的对应关系，按照预测的工质出口温度设立铂丝初始温度；该方法采取调整铂丝两端电压的技术手段精确控制铂丝的温度，即先预测工质出口温度，加载电流使铂丝温度与预测值相等。

2使用微小空间内温度精确测量装置测温，它包括探头和与之相连的高精度电阻测量与处理系统和高精度加热系统。探头包括中空的套管，套管两端封闭且设置有金属电极，还设置有连接两端金属电极的细金属丝，所述套管为内径0.1mm-5mm；长度1mm-10mm的细管；在套管的侧壁上开设工质进孔。被测工质通过开在侧壁上的工质进孔进入管内直接与铂丝接触； 

3调整铂丝端电压对铂丝的阻值进行迭代直至铂丝阻值不再变化，这时铂丝的温度即为被测工质的温度。当被测工质的温度与铂丝温度不一致时，铂丝的阻值会发生变化，此时根据铂丝阻值随温度的变化关系——铂丝阻值随温度的升高而升高，进一步调整铂丝两端电压，当铂丝阻值增大时说明工质温度高于铂丝温度，此时加大铂丝端电压，提高铂丝温度，如果铂丝阻值减小则相应的减小铂丝端电压，降低铂丝温度，如此往复循环，直至铂丝阻值不再发生变化，这一循环过程中铂丝阻值的调整量是一个逐渐减小和递进的过程，是对铂丝阻值的一个迭代过程，通过对铂丝电阻的判断以及不断的迭代实现铂丝的阻值不再发生变化，而此时铂丝的温度就是被测工质的温度。

一种微小空间内液体工质的温度精确测量探头，它包括中空的套管，其特征是在套管两端封闭且设置有金属电极，还设置有连接两端金属电极的细金属丝，所述套管为内径0.1mm-5mm；长度1mm-10mm的细管；套管侧壁开设通孔。