米乐m6官方网站[会长：中钵良二]（以下简称“AIST”）传感系统研究中心[研究中心主任 Toshihide Kamata] 和人类增强研究中心[研究中心主任Masaaki Mochimaru] Shusuke Kanazawa，研究员，Hiroshi Ushijima，人类增强研究中心副主任并隶属于传感系统研究中心，传感系统研究中心，柔性实施研究组，Kiyoshi Uemura，研究组组长，Daiki Nobeshima，研究员，Motoshi Itagaki，研究员，Jun Takei，智能接口研究组首席研究员开发了一种温度分布传感器片，在薄树脂薄膜的表面上排列有大量高灵敏度的温度检测部分。
就像常用的温度计一样，典型的温度测量测量固定点。然而，使用这些测量方法，测量结果会根据测量仪器的固定方式或位置的微小差异而变化，并且获得的信息有限。新开发的温度分布传感器片通过在薄膜表面布置大量温度检测部件，一次性测量面内温度分布。由于它是薄片，因此可以测量红外热成像难以观察的封闭空间和狭窄区域的温度分布。由于能够处理比以前开发的产品更广泛的温度范围，因此可以将其应用于广泛的温度分布测量，从日常生活中的温度测量到工厂和制造设备中的温度控制。此外，由于所开发的传感器片材的整个制造过程都是使用印刷技术进行的，因此预计该片材可以制成更大的面积并以更低的成本生产。
新开发的传感器片将在 JASIS 2019 上向公众展出，该展会将于 2019 年 9 月 4 日至 6 日在幕张国际展览中心（千叶县千叶市）举办。
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| 开发的传感器片的外观图（左）和使用塑料瓶装饮料测量温度分布（右） |
温度测量是与日常生活密切相关的物理量测量。温度测量的应用范围非常广泛，从测量体温、室内温度等日常事物到工厂和工业设备的温度控制。在一般的温度测量中，经常使用连接有测量装置的单点的测量结果。然而，在许多测量目标中，从热源到末端都存在温度分布，因此从某一特定点的测量结果准确掌握整体温度并不容易。例如，许多人都经历过，在使用温度计时，测量结果会根据温度计的位置和固定方式而有所不同。
执行精确的温度测量，包括分布红外热成像被称为可以直观地测量红外热像仪观察视野内的温度分布的优秀技术。然而，这种方法将待测量的物体捕获在相机的视野范围内，因此很难测量隐藏在密封容器内或其他物体后面的物体。此外，红外热像仪需要一定的焦距，难以应用于狭窄的空间。近年来，在桌子上看不到的地方进行温度测量已引起人们的关注。物联网这对于推广物联网尤其重要。这是因为物联网使用大量传感器来掌握状态并将其连接到更高效的操作和高级服务，需要从设备内部和底部等过去难以测量的区域获取信息。在此背景下，近年来，在薄基板的表面配置温度检测部的温度分布传感器片的开发不断进展，但可测量的温度范围较窄，因此其应用受到限制。温度测量精度也存在问题，需要进一步改进性能。
AIST 传感系统研究中心将人们的生活空间、汽车等机械系统和基础设施等各种物体的状态转换为信息。网络空间这次，我们致力于开发温度分布传感器片作为一种新型传感器器件，可以作为先进传感系统的基础，具有广泛的应用范围。
这项开发的一部分是由内阁府的“战略创新创造计划 (SIP) 第 2 阶段/物理空间数字数据处理基础设施”（由国家研究和开发机构新能源和工业技术综合开发组织 (NEDO) 管理）进行的。
本次开发的温度分布传感器使用在树脂膜表面上以网格图案排列的大量温度检测部来测量温度分布。表1显示了与传统产品的性能比较。通过将可测量温度范围从5摄氏度显着扩大到140摄氏度，使其可以应用于各种温度测量。此外，传统的温度分布传感器片存在测量精度问题，但新开发的温度分布传感器片在每个温度下的测量精度为±1°C，足以满足实际使用。此外，它可以检测小至03摄氏度的温差，从而可以获得高清的温度分布。
| 表1 所开发的温度分布传感器片与传统产品的性能比较（先前研究）（更新点为红色） |
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在本次开发中，我们通过在每个温度检测部分中使用电阻器（热敏电阻器），成功地提高了温度分布传感器片的性能，该电阻器可以处理较宽的温度范围，并且其电阻随温度变化很大。如图1（b）所示，所开发的传感器片由四个功能层组成：X电极线、Y电极线、绝缘膜和热敏电阻。其中，热敏电阻具有检测温度的作用，其电阻值随温度变化极大，如图1(c)所示。在超过100℃的高温下，电阻值增加至室温的10倍左右。如图1(c)所示，它作为灵敏度的指标电阻温度系数室温至80℃范围内为013/℃。这比普通金属材料的电阻温度系数（接近0005）高出几十倍，电阻的温度变化同样用于传感热敏电阻材料的电阻温度系数（接近005）高数倍。这种卓越的温敏电阻膜是通过采用独特配方的导电油墨印刷而形成的。导电颗粒，热膨胀系数耐热性树脂中。这种高灵敏度的温度检测部分使每个热敏电阻的电阻值即使在平缓的温度分布下也能显示出明显的差异，从而可以准确地捕获温度分布。
另一方面，为了准确读取热敏电阻的电阻值并创建高精度温度传感器，用于测量的X和Y电极线必须具有很小的随温度变化的电阻变化。通过将多条线交叉并在其间设置绝缘膜，无源矩阵电路形成平面内的各热敏电阻，读取其电阻值的变化。如果这些布线的电阻的温度变化较大，则无法与每个热敏电阻的电阻值的变化区分开，从而使得精确的温度测量变得困难。这次，与热敏电阻类似，我们通过开发自己的墨水成功地开发了温度变化极小的导电层，并将其用于X和Y电极线，解决了这个问题。与热敏电阻膜相比，通过印刷由低热膨胀系数树脂和导电颗粒的混合物制成的油墨，可以形成随温度变化呈现稳定电阻值的导电层，如图1(c)所示。市售导电油墨已被宣布可以降低电阻的温度变化，但从图1（d）的比较可以看出，新开发的导电油墨的电阻温度变化甚至更小。这样，我们利用电阻随温度变化显着的材料和表现出稳定电阻的材料开发了高性能温度分布传感器片。另外，温敏电阻、X、Y电极线、绝缘膜都是通用的丝网印刷方法成型，因此完全兼容大面积板材和低成本生产。
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| 图1 所开发的温度分布传感器片的外观(a)和层结构(b)、由于所使用的导电材料的温度而导致的电阻变化率(c)、用于X和Y电极线的导电墨水与市售导电墨水之间由于温度而导致的电阻变化率的比较(d) |
新开发的温度分布传感器片使得以传统红外热成像难以测量的方式测量温度分布成为可能。图 2 显示了测量示例。当将传感器片安装在具有狭窄的拉出式加热炉（用于焊接安装的回流设备）的装置的平台上并将其插入设定为70摄氏度的加热炉时，观察到约68摄氏度至72摄氏度的温度分布。如右图所示，即使使用红外热成像技术观察设备的相同状态，也只能显示设备外部的温度分布，而且将红外摄像机插入高度只有几厘米的狭窄内部也极其困难。新开发的传感器片的特点是能够在如此狭窄、封闭的空间内精确测量温度分布。
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图2 具有狭窄加热炉的装置内部温度分布的测量
（右边是用红外热成像观察相同条件的结果） |
开发的温度分布传感器片还可以应用于与温度密切相关的气流测量。在作为温度分布传感器的基板的树脂薄膜的背面形成电热丝，对整个片材进行加热，通过片材接受气流时散热时产生的温度分布，可以得到气流的速度分布。该片材厚度为 50 μm，因此可以将其粘贴并固定在有角的汽车模型上，如图 3 所示。在这种状态下，为模型提供模拟行驶时气流的风，并使用温度分布传感器片来测量薄膜根据流速的冷却情况，从而可以测量模型所接收到的气流的速度分布。从图3中可以看出，气流冲击装载平台的背面和顶部，但正面几乎没有气流。这种气流测量对于开发低燃料消耗的车身形状非常有效，并且也有望应用于空调和排热机构的进步。这样，新开发的高灵敏度温度分布传感器可有效实现广泛的传感器系统。
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| 图3 使用开发的温度分布传感器片进行气流测量 |
我们将广泛促进企业之间的合作，将开发的技术投入实际应用。