測量氣流速度的方法和使用氣體流經固體材料進行能量轉換的方法及其所使用的測量設...的制作方法

專利名稱：測量氣流速度的方法和使用氣體流經固體材料進行能量轉換的方法及其所使用的測量設 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過氣體流經固體材料進行能量轉換的方法。本發明特別涉及一種通過氣體流經固體材料來產生電壓和電流的方法，這些固體材料包括摻雜半導體、石墨等等。此外，本發明還特別涉及一種使用塞貝克效應和伯努利定理相結合的方式，通過氣體流經固體材料進行能量轉換的方法。由于氣體沿固體材料表面流動，從而在固體材料中產生電能，為此，本發明還根據氣體當前流動方向，提出了測量氣體流速的一種方法。
背景技術：
沿氣體流動方向測量氣流速度在許多使用環境下都是非常重要的。例如，在海洋或江河上，沿氣體流動方向精確確定風速對預測潮汐形式以及可能產生的氣象變化等都是非常重要的。
在航空學上，風速的測量也至關重要，諸如在風洞中測量飛機設計時的航空動力學特性。在另一個區域里，對風速的測量也很重要，這就是機場，其特征是，精確測量風速可增加飛機起飛和降落時的安全系數。還有另一個領域，風速的測量也很重要，這就是災害控制領域。風速的精確測量對預測自然災害如臺風、龍卷風和雪崩發生的潛在可能性也非常有用。
另外，由于氣體沿固體材料流動可產生電能之緣故，測定氣流速度也有助于能量的轉換。因而，氣體的動能可以轉換為電能。這種用途在醫療儀器、度量衡學、污染檢測、汽車工業、飛機和顯微鏡學等領域都有著極大的重要性。
沿氣體流動方向測量氣流速度的技術，目前已知的就有好幾種方法。例如，一種低速流場速度測量方法，它包含了粒子成像測速法，它是由氣體中的懸浮微粒組成。在沿氣體流動的平面橫斷面上使用一種快速電荷耦合器件，以反映膠體微粒情況。小晶粒膠體微粒可使用一個激光薄板來照射。電荷耦合器件攝像機以電子的形式將粒子散射的光記錄下來。對所取得的成像進行分析可測定顆粒分離情況，進而測定了顆粒的速度，而這些顆粒則是假設沿流動通路流動的。
然而，這種方法有著幾種不利之處。主要缺點是其基本依據假設，即假設所有懸浮微粒都是沿流動方向運動。這就是說，在出現大粒度顆粒或流速非常緩慢的情況下，不一定會是這樣。如此以來，這種方法的應用就限定在流速大于每秒2厘米的流速。這樣，同樣在采用這種方法時非常重要的是，要確保顆粒粒度很小，小到能保證其可以隨氣體流動而流動，但同時又要足夠大，大到能足以有效地散射光。所需要的設備(激光、電荷耦合器件攝像機)體積也要很大。另一個缺點是該方法完全依賴成像分析，進而也就完全依賴于分析算法。由于粒子成像測速法測量的是懸浮微粒的速度，沒有相對于氣流速度的直接數字信號，因而純氣體的流動速度便得不到測量。另外，該方法不適合缺少光學通道的系統使用。另一個缺點是所要求的設備諸如激光和電荷耦合器件的價格非常昂貴。
在現有的氣流速度測量技術中，人們已知的另一個方法是多普勒測速法，它包括對來自氣體的散射光的多普勒偏移的測量。在氣體穿過兩個激光光束的交叉點時，該方法依靠的是從氣體接收的散射光強度波動。入射光和散射光之間的多普勒偏移等同于強度波動頻率，因此強度波動頻率與位于兩個激光光束平面內的氣流速度分量成正比，且垂直于兩個光束的二等分線。然而，這個方法還具有其它幾個缺點。該方法在顆粒速度大于每秒0.1厘米時可以操作使用。該方法還需要使用體積大，價格昂貴的設備，例如使用相當數量的激光器和數字計數器。該方法的另一個重大缺點是其局限在一個單點測量上。類似于粒子成像測速法，這種方法還要求顆粒粒度要小到能夠很容易地沿氣體流路流動，但又要大到能夠產生高于噪音門限的所需信號。另外，如果系統在測量體積點處缺少進入氣流通路的光學入口，那么這種方法也不能在這種系統裝置上使用。信號電平取決于檢測器的立體角。結果，盡管米氏散射強度在前向方向上非常好，但仍很難設置前向接收光學裝置，因為它必須與移動的測量體積始終保持對正。可能會出現這樣的情況，即射頻干擾情況下速度較高，產生的噪音也較大。另外，類似于峰值反向電壓(PIV)法，由于沒有對應于氣流速度的直接數字信號，結果非顆粒氣體的流速也不能測量。這種方法只適合含有氣體的懸浮微粒，而不適合純凈氣體。
美國專利(專利號3,915,572和6,141,086)介紹了一種測量物體速度或風速的激光多普勒測速儀，用來測量物體的速度或相對速度(如汽車等)或用在測風時，測量真空速或風梯度，如風的切變等。
測量流體速度的另一種已知方法是使用一種電加熱傳感器測量傳熱變化情況，這種電加熱傳感器可以是一根金屬絲或一個薄膜，通過一個電子控制電路使其保持在一個預先設定的恒定溫度上。
將加熱傳感器置于將要進行速度測量的流體中。流經傳感器的流體就會冷卻加熱傳感器，后者通過電子控制電路提高電流而得到補償。這樣，流體的流速就根據電子控制電路加到加熱器上的補償電流情況而進行測量。
但是，采用這種方法時，研究中的流體的溫度、壓力或成分的輕微變化都可能導致讀數的不正確。為了保持加熱傳感器的相對精確的測量結果，還必須使用一個復雜的補償電子器件，以便根據環境參數的變化情況對傳感器不斷地進行校準。此外，這種補償電子器件甚至也會出現錯誤。加熱傳感器一般都是在大于每秒1厘米的流體流動速度下工作，而不適合在很低的流速下使用。流體流動速度低時，氣體中常規電流則會造成傳感器故障。
美國專利(專利號6,470,471)介紹了一種使用加熱電阻絲的氣體流量傳感器，這種加熱電阻絲通常稱之為熱絲式氣流速度計。美國專利(專利號6,112,591)介紹了一種高響應、傳熱探測式流量傳感器，它是根據IC生產所使用的一種微加工技術制作的。這種傳感器通過控制兩個元件之間的氣體流動方向或使用其中流體流動特性，來改善從加熱元件到受熱(感應)元件之間的熱傳輸效率。
另外，人們為了測量差動壓力，在沿集成流體限定面上，使用若干個成對壓電電阻式壓力傳感器來計算高粘度流體的流速。但是，這種器件測量的是體積流速，而不是流動速度。再則，這種方法只適合測量小流速。
然而，還有一種測量流速的方法，該方法使用了旋轉式流速儀，該旋轉式流速儀依靠若干個渦輪工作。流經渦輪的氣體的動作使得渦輪轉動，因此，該渦輪又稱為轉輪。
轉輪的旋轉頻率取決于氣體的速度，而旋轉頻率的測量則是使用一種光電系統或通過電子感應方波脈沖來進行，這種方波脈沖是鑲嵌在渦輪葉片內的磁鐵產生的。另外，傳感器裝置的體積大小大約50立方厘米。旋轉式流速儀適合在冷卻系統中使用，不論氣體性質如何(純凈氣體還是帶顆粒的氣體)，該傳感器可以測量氣體流動方向是否為正向流動還是反向流動。
從以上介紹可以看出，目前已知的流速測量方法有多種多樣，但這些方法都具有各種不同的缺點或不利之處。粒子成像測速法和多普勒測速法都要求具備光學通路，而且使用激光器。結果，它們都不適合在生物系統等設備下使用。設備體積較大，價格昂貴。熱風力和風速測量法需要使用大體積的氣體，旨在將對流氣流降到最小，而且一般情況下只適合大速度。
因此，它不適合于某些低流速小體積流體的系統裝置。旋轉式流速儀、壓力傳感器和渦流傳感器等都不能直接測量流速，而且只能測量體積流速。
調查研究的另一個重要領域就是能量的轉換和能量轉換裝置，這些裝置經濟實用而且使用壽命長。需要能量轉換裝置的另一個領域就是供電領域，提供生活用電和工業用電。目前，全球對電能的需求是依賴三種來源核能、火力和水力發電。考慮到發生輻射泄漏的潛在可能性，核電力裝置要求采取昂貴的安全設備和措施。火力發電裝置則使用礦物燃料，隨之而來的是污染問題，同時由于礦物燃料和石油的損耗而出現供應下降的情況。水力發電則要求建設大型水壩，且完全依賴于江河或其它水源的水流。要求使用的設備既昂貴又占地方。在流速測量的各種設備和方法中，只有一種，即旋轉式流速儀，它實際上也是通過流經渦輪葉片的流體流速動作而發電。但是，就其設備的體積而言，所發出的電能幅度使其不適合作為大規模能量轉換設備使用。
另外，已知的發電技術還有風力發電，即風車，利用風的流動來轉動風車上的渦輪發電。但是，這種方法的缺點是需要很大的資本投資和空間。
《科學》雜志Ghosh等人(2999，1042(2003))和美國專利(專利申請號10/306,838)提出流體流經單壁碳納米管可以在流動方向上產生電能并可用來測量流體流速。這項發明還提出感應電壓在速度每秒10-7至10-1米的整個范圍內與流速成對數關系。人們相信這是由于納米管內自由電荷載流子的直接加力所致，而就脈動不對稱棘輪而言，這種直接加力又是因流過納米管的流體庫侖場的波動而產生。這就形成了感應電壓對低流速的亞線性依賴性。然而，這種現象是納米管內載流子的一維性所特有的，在其它固體材料如石墨或半導體中是不存在的。Kral&amp；Shapiro，Plys.Rev.Left.，86，131(2001)提出，電壓和電流的產生也可通過將動量作為聲子準動量從流動的流體分子傳輸到納米管內的聲頻聲子來進行，這反過來又阻止了納米管內的自由電荷載流子。這就在感應電流/電壓和流速之間就形成了一個線性關系。
鑒于風和其它氣體有著豐富的資源，最好是開發一種方法和裝置，進而能夠利用氣體的流動來轉換能源，不論所要求的能源規模有多大，且能進行低范圍的流速測量，也不論氣體的性質如何。

發明內容
本發明的主要目的是，根據氣體流經固體材料時產生的電能情況，提供一種沿氣體流動方向測量氣體流速的方法。
本發明的另一目的在于提供一種測量所有氣體流速的方法，不論它們的性質如何，這種方法不要求具備光學通路，甚至不論流量體積如何，仍可在低流速情況下操作使用。
本發明的另一目的在于提供一種測量所有氣流速度的方法，這種方法不要求與氣體中限定粒度的懸浮微粒進行任何外部顆粒選擇，對特定流動平面或粘度時出現的外部參數變化不敏感。
本發明的另一目的在于提供一種發電的方法，這種方法不依賴任何核能、火力或水力動力源，而是完全基于氣體流動。
本發明的再一目的在于提供一種流動傳感器，用來測量氣體流速，該裝置可在流速非常低的情況下仍能使用，測量精度高，反應時間短。
本發明的再一個目的在于提供一種流動傳感器，該裝置因結構簡單，體積小而成本低，不會在氣體流動中產生任何紊亂，從而保證了流速測量的精度，并且不會受到外部參數變化如環境溫度等的影響。
本發明的另一目的在于提供一種流動傳感器；不論氣體的性質如何(是否純凈還是渾濁，是否高粘度還是低粘度)，該流動傳感器都能使用，且測量精度高，反應時間短。
本發明的再一個目的在于提供一種流量傳感器裝置，該傳感器的操作使用不要求提供任何外部動力源。
本發明的另一目的在于提供一種流量傳感器裝置，該傳感器裝置應能作為一種能源轉換裝置使用，該裝置依靠氣體流動來發電。
本發明的再一個目的在于提供一種能量轉換裝置，該裝置因結構簡單而成本低，不會在氣體流動中產生任何紊亂，從而保證了流速測量的精度，并且不會受到外部參數變化如氣體或環境溫度等的影響。
本發明的再一個目的在于提供一種能量轉換裝置，該裝置的操作使用不要求采用任何外部動力源。
本發明之上述及其它目的通過本發明的方法來實現，本發明的方法包括使用固體材料，如石墨、半導體、單壁或多壁碳納米管和氣體具有導電特性的固體材料作為流動傳感器。本發明的兩種方法，即氣體流速測量和能量轉換，都是基于固體材料中電流/電壓的感應原理，而這種感應則是由于氣體流經材料表面并沿流動方向所產生的。
為此，本發明提供了一種氣體流速測量方法，不論氣體性質如何或氣體流速怎樣，這種方法包括在氣流中固定一個流動傳感器，所述流動傳感器又包含至少一個電導固體材料，其位置與氣體流動方向成一個角度，至少一個導電元件，該元件將所述至少一個導電材料接到電測量設備，由于流經固體材料所形成的壓力梯度，氣體流經所述至少一個固體材料，沿氣體流動方向產生電流，所述電能是由所述導電元件傳輸到所述電測量設備，該設備提供通往氣體流動方向的外部接口，從而測量隨所述氣流流速而產生的電能。
在本發明的一個實施方案中，固體材料包括一種帶高塞貝克系數的材料。在本發明的另一個實施方案中，固體材料是從摻雜半導體、石墨、單壁式碳納米管、多壁式碳納米管系列中以及具有高塞貝克系數的材料中選取。
在本發明的另一個實施方案中，摻雜半導體材料是從包括n-鍺，p-鍺，n硅和p-硅一類材料中選取。
在本發明的另一個實施方案中，金屬材料是從多晶銅、砷化鎵、碲和硒材料中選取。
在本發明的另一個實施方案中，氣體是從氮氣、氬氣、氧氣、二氧化碳和空氣等類氣體中選取。
在本發明的另一個實施方案中，流動傳感器的響應時間小于0.1秒。
在本發明的另一個實施方案中，由于氣體流動而在固體材料中感應的電壓取決于沿無粘性流體流動方向在固體材料上出現的溫度差。
在本發明的另一個實施方案中，氣流速度在1到140米/秒秒范圍內。
在本發明的再一個實施方案中，沿固體材料流動的氣體成一個角度，其范圍在20度至70度，最好45度。
本發明還提供了一個用來測量氣流速度的流動傳感器，不論該氣體流速或性質如何，所述傳感器包括至少一個氣流測量元件和至少一個導電元件，該導電元件將所述固體材料連接到一個電測量設備上。
在本發明的一個實施方案中，氣流測量元件由一個固體材料組成，該材料具有良好的導電性和很高的塞貝克系數。
在本發明的另一個實施方案中，固體材料是從摻雜半導體、石墨、單壁式碳納米管、多壁式碳納米管材料中以及具有高塞貝克系數的金屬材料中選取。
在本發明的另一個實施方案中，摻雜半導體材料是從n-鍺，p-鍺，n-硅和p-硅一類材料中選取。
在本發明的另一個實施方案中，金屬材料是從多晶銅、砷化鎵、碲和硒材料中選取。
在本發明的另一個實施方案中，氣體是從氮氣、氬氣、氧氣、二氧化碳和空氣類氣體中選取。
在本發明的再一個實施方案中，電測量設備包括一個電流計或者一個電壓計，電流計用來測量所述至少一個或多個固體材料的相對兩端產生的電流，電壓計用來測量所述一個或多個固體材料的相對兩端的電位差。
在本發明的另一個實施方案中，流動傳感器是由若干個摻雜半導體組成，這些半導體全部串連或與一個導電元件并聯，所述若干摻雜半導體的各自端部均提供有一個導電元件。
在本發明的再一個實施方案中，所述若干個摻雜半導體均采取串行連接，以便測量所述多個摻雜半導體端部產生的電位差。
在本發明的另一個實施方案中，所述若干個摻雜半導體彼此并聯，以便能夠測定各個導電元件在其端部處形成的兩個歐姆接點上產生的電流。
在本發明的另一個實施方案中，氣體流動傳感器包括一個矩陣，該矩陣由通過金屬線連接的各種固體材料組成，整個矩陣布置在一個高電阻非摻雜半導體底座上，所述半導體底座連接到一個電測量設備上。
在本發明的再一個實施方案中，電測量設備是從一個電壓計和一個電流計中選取。
在本發明的另一個實施方案中，組成矩陣的氣流測量元件和連接所述氣流測量元件的金屬線都布置在一個芯片上。
在本發明的另一個實施方案中，氣體流動傳感器是由交互條狀n和p型半導體組成，每個n和p型半導體條均通過一個非摻雜半導體的薄中間層與其緊鄰的半導體相隔開，所述交互條狀n和p型半導體通過一個導電條連接，所述交互條狀n和p型半導體帶有中間非摻雜半導體層，導電條布置在半導體底座材料上，半導體底座材料的相對兩端處提供有電接點，電接點與電測量設備連接。
在本發明的另一個實施方案中，現有的傳感器由若干個碳納米管組成，所有碳納米管均串行連接或與一個導電元件并聯，每個導電元件都位于若干碳納米管的各個端部。
在本發明的再一個實施方案中，所述若干個碳納米管都串行連接，以便測量所述若干碳納米管端部產生的電位差。
在本發明的另一個實施方案中，所述若干個納米管彼此并聯，以便能夠測定各個導電元件在其端部處形成的兩個歐姆接點上產生的電流。
在本發明的再一個實施方案中，流動傳感器位于一個絕緣底座上。
在本發明的一個實施方案中，導電元件由一根金屬絲組成。
在本發明的再一個實施方案中，導電元件由一個電極組成。
在本發明的再一個實施方案中，導電元件由一根金屬絲與一個電極相連接而組成。
本發明還涉及一種使用能量轉換裝置產生電能的方法，該能量轉換裝置包括至少一個能量轉換設備，至少一個連接所述能量轉換設備到儲電或用電設備的導電元件，氣體流經能量轉換設備引起塞貝克電壓的產生，而塞貝克電壓又是沿氣體流動方向在每個能量轉換設備內產生，因此產生電能，所述電能通過導電元件再輸送到儲能或用電設備上。
在本發明的一個實施方案中，能量轉換設備由一個具有良好導電性和高塞貝克系數的固體材料組成。
在本發明的另一個實施方案中，固體材料是從摻雜半導體、石墨、單壁式碳納米管、多壁式碳納米管類材料中以及具有高塞貝克系數的金屬材料中選取。
在本發明的另一個實施方案中，摻雜半導體材料是從由n-鍺、p-鍺、n-硅、p-硅組成的材料中選取。
在本發明的另一個實施方案中，金屬材料是從多晶銅、砷化鎵、碲和硒材料中選取。
在本發明的另一個實施方案中，氣體是從氮氣、氬氣、氧氣、二氧化碳和空氣等氣體中選取。
在本發明的另一個實施方案中，流動傳感器是由若干個摻雜半導體組成，這些半導體全部串連或與一個導電元件并聯，所述若干摻雜半導體的各自端部均提供有一個導電元件。
在本發明的另一個實施方案中，所述若干個摻雜半導體采取串行連接。
在本發明的再一個實施方案中，所述若干個摻雜半導體均采取并行連接。
在本發明的另一個實施方案中，能量轉換裝置包括一個矩陣，該矩陣由若干個氣流測量元件組成，這些元件又由通過金屬線連接的固體材料組成，整個矩陣布置在一個高電阻非摻雜半導體底座上，所述半導體底座則連接到一個儲電或用電設備上。
在本發明的另一個實施方案中，組成矩陣的氣流測量元件和連接所述氣流測量元件的金屬線都布置在一個芯片上。
在本發明的另一個實施方案中，能量轉換裝置是由交互條狀n和p型半導體組成，每個n和p型半導體條均通過一個非摻雜半導體的薄中間層與其緊鄰的半導體相隔開，所述交互條狀n和p型半導體通過一個導電條連接，所述交互條狀n和p型半導體帶有中間非摻雜半導體層，導電條布置在半導體底座材料上，半導體底座材料的相對兩端處提供有電接點，電接點與儲電或用電設備相連接。
在本發明的另一個實施方案中，能量轉換裝置由若干個碳納米管組成，所有納米管均串行連接或與一個導電元件并聯，每個導電元件都位于若干個碳納米管的各個端部處。
在本發明的再一個實施方案中，所述若干個碳納米管采取串行連接。
在本發明的又一個實施方案中，所述若干個碳納米管均采取并行連接。
在本發明的另一個實施方案中，能量轉換裝置位于一個絕緣底座上。
在本發明的一個實施方案中，導電元件由一根金屬絲組成。
在本發明的再一個實施方案中，導電元件由一個電極組成。
在本發明的另一個實施方案中，導電元件由一根金屬絲與一個電極相連接而組成。
在本發明的另一個實施方案中，能量儲存設備是一個蓄電池。
在本發明的另一個實施方案中，流動傳感器的響應時間小于0.1秒。
在本發明的另一個實施方案中，由于氣體流動在固體材料中的感應電壓取決于沿無粘性流體流動方向在固體材料上出現的溫度差。
在本發明的再一個實施方案中，氣流速度在1到140米/秒范圍內。
在本發明的再一個具體實施方案中，流經固體材料的氣體成一個角度，其范圍在20度至70度，最好45度。
本發明還涉及一種能量轉換裝置，該能量轉換裝置包括至少一個能量產生設備，由至少一個或多個能量轉換設備組成，所述一個或多個能量轉換設備又由至少一個具有高塞貝克系數的固體材料組成，至少一個將所述至少一個能量轉換設備連接到儲電或用電裝置的導電元件，儲存或使用由于氣體流經能量轉換設備而在所述一個或多個能量轉換設備內產生的電能。
在本發明的另一個實施方案中，固體材料是從摻雜半導體、石墨、單壁式碳納米管、多壁式碳納米管等材料中以及具有高塞貝克系數的金屬材料中選取。
在本發明的另一個實施方案中，摻雜半導體材料是從由rr-鍺、p-鍺、n-硅、p-硅組成的一組材料中選取。
在本發明的另一個實施方案中，金屬材料是從多晶銅、砷化鎵、碲和硒材料中選取。
在本發明的另一個實施方案中，氣體是從氮氣、氬氣、氧氣、二氧化碳和空氣等氣體中選取。
在本發明的再一個實施方案中，提供有一個電測量設備，通過所述導電元件接到一個或多個能量轉換設備，電測量設備由一個電流計或一個電壓計組成，電流計用來測量穿過所述至少一個或多個固體材料相對兩端時所產生的電流；電壓計用來測量穿過所述一個或多個固體材料相對兩端時的電位差。
在本發明的另一個實施方案中，能量轉換設備由若干個摻雜半導體組成，所有摻雜半導體均串行連接或與一個導電元件并聯，每個導電元件都位于所述若干個摻雜半導體的各個端部。
在本發明的再一個具體實施方案中，所述若干個摻雜半導體采取串行連接。在本發明的又一個實施方案中，所述若干個摻雜半導體采取并行連接。
在本發明的另一個實施方案中，能量轉換裝置包括一個矩陣，該矩陣由若干個能量轉換設備組成，這些設備又由通過金屬線連接的固體材料組成，整個矩陣提供有一個高電阻非摻雜半導體底座，所述半導體底座連接到一個儲電或用電設備上。在本發明的另一個實施方案中，組成矩陣的能量轉換設備和連接所述能量轉換設備的金屬線都布置在一個芯片上。
在本發明的另一個具體實施方案中，能量轉換設備交互條狀n和p型半導體組成，每個n和p型半導體條均通過一個非摻雜半導體的薄中間層與其緊鄰的半導體條相隔開，所述交互條狀n和p型半導體通過一個導電條連接，所述交互條狀n和p型半導體與中間非摻雜半導體層相連接，導電條布置在半導體底座材料上，半導體底座材料的相對兩端處提供有電接點，電接點與儲電或用電設備。成，所有納米管均串行連接或與一個導電元件并聯，每個導電元件都位于碳納米管的各個端部。
在本發明的再一個實施方案中，所述若干個碳納米管采取串行連接。
在本發明的又一個實施方案中，所述若干個碳納米管采取并行連接。
在本發明的另一個實施方案中，能量轉換裝置位于一個絕緣底座上。
在本發明的一個實施方案中，導電元件由一根金屬絲組成。
在本發明的再一個實施方案中，導電元件由一個電極組成。
在本發明的另一個實施方案中，導電元件由一根金屬絲與一個電極相連接而組成。
在本發明的另一個實施方案中，能量儲存設備是一個蓄電池。
正如在本發明上述技術背景中所介紹的那樣，Ghosh等人在《科學》雜志(2999，1042(2003))和美國專利(專利申請號10/306,838)提出，流體在沿單壁碳納米管流動時可以在流動方向上產生電能并可用來測量流體流速。這項發明還提出感應電壓在速度每秒10-7至10-1米的整個范圍內與流速成對數關系。人們相信這是由于納米管內自由電荷載流子的直接加力之原因，但從脈動不對稱棘輪方面考慮，這又是因流過納米管流體庫侖場的波動所致。
這就形成了感應電壓對低流速的亞線性依賴性。然而，這種現象是納米管內載流子的一維性所特有的，在其它固體材料如石墨或半導體中是不存在的。
另外，人們還注意到，在將碳納米管以與流動方向成0度布置在流體流動中時，盡管流體流動會在單壁碳納米管內發電，但在碳納米管的角度與流動方向成0度時，在氣體流動中卻不會獲得類似的結果。這樣，很顯然，沿納米管的流體流動中所述的庫侖互作用在沿納米管的氣體流動情況下并不是主要的。然而，人們觀察到當納米管的角度從0度改變時，沿電壓計的端部則會感應到電壓，盡管該電壓很弱。通過氣流與其它固體材料如石墨、半導體、鉑和其它金屬材料以及多壁碳納米管等的進一步實驗，結果發現在某些情況下也會產生同樣的結果，即當固體材料角度處于0度不會產生電壓，當固體材料的角度相對于氣體流動方向大于0度和90度時，則會產生電壓。令人意想不到的是，當固體材料以大于0度的角度布置在氣流中時，卻發現會產生電壓，而且在某些情況下還會產生良好的電壓。這就清楚地表明，電壓的產生并不是因為流體流動和固體材料自由電荷之間的庫侖互作用的結果，正如流體流動情況一樣。進一步實驗說明，電壓的產生是伯努利定理和塞貝克效應相互作用的結果。沿氣體流線的壓力差引起穿過固體材料的溫度差，進而產生測定電壓。電信號成平方地取決于馬赫數M，其中M＝11/C，其中1z是氣體流速，c是氣體中的聲速。在甚至很低的速度由于氣體流動在各種固體材料如單壁和多壁碳<BR><BR><BR><BR><BR><BR>納米管、石墨、摻雜半導體、具有高塞貝克系數的金屬材料上都會看到可測量電壓和電流的直接產生。例如，塞貝克系數接近0的鉑就沒有呈現可產生電壓的情況。
因此，本發明提供了一種通過不同氣體諸如氮氣、氬氣、氧氣等流經各種固體材料而產生電能的方法和裝置。這些固體材料實際上都是良好的導電體，可從諸如金屬材料、半導體、石墨、納米管等材料中選擇。主要要求就是這些材料應具有良好的塞貝克系數。
發明的所有具體實施方式
都是基于氣體流經固體材料而在其內感應電能的原理，從而在固體材料中產生塞貝克電壓。這種情況不考慮氣體流動速度，也不考慮氣體性質，即是純凈氣體還是渾濁氣體，測量點上的氣體流動體積，或外部參數如壓力或密度等的任何變化的影響。
下面結合附圖對本發明作進一步描述，這些附圖對本發明作了解釋說明，但本發明的實施方式不限于此。
圖1(a)是按照本發明所述方法的氣流速度流動測量所使用裝置示意圖。在所述實施方案中，圖中所示的唯一一個流動測量元件諸如n摻雜鍺半導體(1)為夾心結構，位于半導體每一端的兩個金屬電極(2，2’)之間。金屬電極(2，2’)組成了該半導體(1)的歐姆接點。半導體(1)和金屬電極(2，2’)結合在一起，被支撐在一個絕緣材料底座(圖中未示)上，該底座由非摻雜半導體材料或任何絕緣材料如聚四氟乙烯等制成。帶有半導體(1)和金屬電極(2，2’)的絕緣底座與擬測速度的氣流(3)水平軸線成45度的角度。氣流穿過一個管子(4)。該管子可用于不同的流速的不同氣體。
金屬電極(2，2’)通過導線(6，6’)與電測量設備(5)連接，如電壓計。電測量設備(5)提供有與管子(4)相接的外部接口。圖1(a)中氣體流動的方向由箭頭標示，氣體流經管子(4)，繼續流過流量測量元件(1)。
圖1(b)是本發明的流動傳感器示意圖，其特征在于，導電元件非常清晰地得到顯示，說明與氣體流動的水平軸線成45度角度。也可使用20度至70度之間的角度范圍。在圖1(b)中，流動測量元件(1)在兩個金屬電極(2，2’)之間呈夾心結構，兩個金屬電極然后又通過導線(4)接到電測量設備(3)的各個接線端子上。連續箭頭表示氣體加速流動的方向。d表示與流動方向軸線成45度角度的傳感器的有效作用部分。圖1(b)示意圖可以用在下面的實施方案3中，實施方案3進一步解釋了專門結構和獲得的結果。
圖1(c)示出了圖1(b)所示傳感器在使用時所取得的典型響應示意圖，其中流動測量元件是n型摻雜鍺材料。
圖1(d)是本發明流動傳感器的一個實施方案的示意圖，該流動傳感器用來在其固體材料上實現校準氣流速度。本發明的流動傳感器包括一個流量測量元件(1)，其每一端分別連接到兩個導電元件(2)上，所述導電元件又連接到電測量設備如電壓計(3)的正負接線端子上。流量測量元件(1)與氣源(4)氣流水平軸線成45度角度，其氣源(4)可以是壓縮空氣瓶，通過管子(5)輸送。管子(5)出口處的流量可使用旋轉式流量計(7)從管子(5)內側口(6)處所測流量中推算得出。
本發明首次提出了諸如氬氣、氮氣和氧氣流經諸如摻雜半導體材料、石墨、單壁碳納米管、多壁碳納米管等具有高塞貝克系數的材料時可直接產生電壓。所使用的氣流速度在1到140米/秒范圍內。本發明還說明，電壓和電流成平方地取決于流動速度，電壓的幅度和特征取決于固體材料的特性。例如，流速為11米/秒時的氬氣對于n型鍺來講可產生-16.4X的電壓，但對單壁碳納米管來講卻只能產生5.9auLT。
從表面上看，氣體流動可以產生電壓的現象與流體流經碳納米管產生電壓的類似作用不相關，后者是Ghosh等人在《科學》雜志299，1042(2003)[1]中和美國專利(專利申請號10/306,838)所提出的。在這些文件中，感應電壓在10-7至10-1米/秒速度的整個范圍內都與流速成對數關系。流體流動產生電壓在一維情況下電荷載流子遷移性質所特有，正如SWNT中所反映的那樣，且在石墨中是不存在的。在氣流感應電壓m固體材料的情況下，也不是這樣，因為此時它取決于沿無粘性流體流動方向固體物質上產生的溫度差。很顯然，這不適合于粘性阻力起支配作用的流體的流動情況。通過對流體(水)和氣體(氮)流動時在S\FNTT內產生的信號的比較，結果發現u＝10-2m/s(水)時V#3mV，ra＝15mus(氮氣)時V＝15μV。
本發明還示范了測量氣體流速的傳感器可以根據所產生的電信號來制作。本發明的傳感器是指可以對氣流做出直接電氣響應的有效傳感器。
我們應該將這個與廣泛使用的氣體流動傳感器進行比較，后者基于熱風力和風速測量法，其特征是，通過測量處于流體中的小型電加熱傳感器(金屬絲或薄膜)的熱傳輸變化情況來感應流體速度。熱風力和風速測量法是依據熱平衡方程，因此溫度、壓力或氣體成分等的任何微小變化都會造成讀數不準確。這種影響在本發明所述情況下是不存在的或微不足道的，但即使在目前，在傳感器材料中基于直接產生氣流感應電壓或電流的傳感器中，也得考慮這種影響。
雖然本發明只包含了幾種固體材料的試驗結果，但其作用不僅僅限于這些材料。選擇固體材料的指導原則就是其高塞貝克系數。因此，諸如硒(S~900，u/K)、碲(S#500V/K)、砷化鎵和稀土過渡金屬氧化物也都可以使用。在帶？-10的低摻雜半導體材料的情況下，氣體流動產生的電壓是微不足道的，這表明該固體材料的電阻系數并不是很高。電壓和電流的幅度通過使用一個串行和并行連接相結合的感應元件來很容易地按比例得出，如附圖5所示，若干個氣流測量元件(51，51’，51″，...)通過金屬絲(52)將它們相互連接在一起，形成一個矩陣。整個矩陣是在一個高電阻非摻雜半導體底座(53)上形成的。由于氣體(54)流經這個矩陣，所以這種組成可作為一個能量轉換裝置使用。所獲得的電信號首先加以處理，然后使用一個電壓計/電流計(55)來進行測量。測量元件和連接金屬絲可制作在一個芯片上。
按照Allison等人的“傳感器與制動器”(A，104，32，2003)和羅的CRC“熱電學手冊”(Boca Raton，FL，CRC Press，1，995)，所提出的一種具體實施方式
就是很好地利用n和p型硅或鍺的逆塞貝克系數。圖6介紹了這種實施方式，其特征是，n和p型半導體條(61)是相互交替的。
n和p型半導體條(61)采用粒子注入技術制成。非摻雜半導體材料條(62)在n和p型半導體條(61)之間成夾心結構。n和p型半導體條(61)通過一個導電材料(63)串行電氣連接，以便在試樣處于氣流(64)中時，可以加上各個塞貝克電壓。整個組件安裝在一個半導體底座(65)上，并與電壓計/電流計(66)連接。所獲得的結果表明氣體流動能量可直接轉換成電信號，而不需要進行部件移動，這樣就在發電用途上提供了極大的潛力。
本發明的流動傳感器的另一個重大優點是，其工作不需要任何外部動力源。相反，本發明的裝置可以發電。氣體流過固體材料的動作就產生電流I。與接點一起的材料帶有電阻R，因而在經過傳感器時就可以形成電壓。
現結合下面的實施方案對本發明作進一步描述，這些實施方案只是代表性的，本發明的實施范圍并不限于此。


圖1(a)為本發明方法中所使用的流動傳感器示意圖。
圖1(b)為本發明流動傳感器示意圖，其特征在于，導電元件非常清晰地得到顯示，說明與氣流的水平軸線成45度角度。也可使用20度至70度范圍之間的角度。
圖1(c)為傳感器所獲得的典型響應圖，其特征在于，流動測量元件是一個n型摻雜鍺元件，流動氣體為氬氣，流速7米/秒。
圖1(d)為本發明之流動傳感器的另一個示意圖，其特征在于，提供了一個實驗設置，在流動傳感器上實現校準氣流速度(u)。
圖2是V信號對氮氣流速依賴關系示意圖，用于(從下往上)n-硅(實心三角形)、n-鍺(星狀)、石墨(空心正方形)、鉑金屬(加號)、SWNT(空心圓)、MWNT(空心三角形)和p-硅(實心三角形)等材料。
圖2中的小圖是n-鍺的V隨流速固定值(％)的有效長度d變化的關系示意圖。實線適合公式V＝a1+a2{(1+d/x1)2/3-1}，其中a1和a2都是配合參數，x＝0.5毫米(來自試樣幾何)。
圖3是氮氣流動的V與馬赫數平方示意圖(M＝它的，其中c是氣體中的聲速)。數據和符號與圖2相同。
圖4是氬氣流動(實心正方形)和氮氣(空心圓)的V與M2關系圖。內中小圖為I部分的展開關系詳圖。
圖5是根據本發明一個具體實施方案而提供的流量傳感器示意圖，示出了通過金屬絲連接的矩陣形式各種氣體流動傳感器元件，這些元件布置在一個高電阻和非摻雜半導體襯底上。
圖6是本發明之傳感器導另一個實施方案的示意圖，介紹了交互條狀n和p型半導體材料并帶有穿插層非摻雜半導體材料，交互n和p型半導體材料通過一個導電條連接，整個組件布置在一個半導體底座上，底座上提供由兩個電氣接點，用來同電能儲存或電測量設備連接。
具體實施例實施例1圖1(d)為實施例1中使用的實驗布置示意圖，以實現本發明流動傳感器中的校準氣流速度。所使用的流動傳感器沿氣體流動方向為3×10-3米，并垂直于氣體流動方向1×10-3米。流量測量元件是用n型鍺(摻雜銻，p＝0.01#cm)，n-硅(p＝0.01#cm)，p-硅(p＝0.01#cm)，單壁碳納米管，多壁碳納米管，石墨和多晶銅制成。電氣接點由125×10-6m直徑的銅導線組成，使用銀感光乳膠制成(圖1(b)中陰影區所示部分)流動傳感器的暴露部分并沒有用銀感光乳膠覆蓋，尺寸沿流動方向為大約2×10-3米，并與氣體流動方向成垂直1×10-3米。由單壁碳納米管、多壁納米管和石墨組成的測量元件采用將粉末密集填充在兩個電極之間而制成。有效固體材料的尺寸大約是沿流動方向大約1×10-3m米，2×10-3米寬和2×10-4米厚。圖1(c)示出了一個以n型鍺半導體為基礎的流動測量元件上的電壓情況，在這里，氣流速度是ra＝7米/秒，而且是采用接通、斷開的形式。圖2給出了氮氣流過p-硅、n-硅、n-鍺、SONT、MONT和石墨時的結果。同電流一樣，電壓V在u的廣大范圍內隨u2而變化，圖中未示出。如圖2所示，雖然在低流速時，氣體是不可壓縮的，但如果按熱速度(即聲速)進行衡量可給出V與圖3所示馬赫數M平方的關系圖。M＝n/c，其中，c是氣體的聲速，(在300K時，對于氮氣，c＝353米/秒，氬氣時，c＝323米/秒，)。圖2示出了與V＝du2的匹配情況，其中D是一個配合參數，如表1給出的12，圖3中的實線適合于V＝AM2，其中A是配合參數，表1同樣也給出了這個參數。
以最大壓力150巴從壓縮氣瓶中釋放出的氣體以給定壓力送入直徑7×103米的管子中。在截面積(Q)的管子的端部，平均流速u是從所測量的流量Q乘以v＝推算出來的。流動傳感器相對于水平軸線成a＝45°的角度。
這樣就產生了最佳信號。oc＝0°的角度不會帶來影響，因為壓力梯度是0，與此同時，因為對稱性，a＝90°的角度也不會帶來影響。
實施例2
與實施例1的設置相同，除了流量測量元件的距離距出口點2×10-2米或在管子外部1×10-2米。所獲得的結果與實施例1的結果相似。
實施例3重復進行了實施例1的同樣實驗，除了正在研究的材料是一張固體多晶銅板，其A的斜率很小。
試驗結果見表1。
經過對所獲得各種實驗結果比較，發現p型硅和硒的信號與n-型硅、n-型鍺、石墨和銅的信號相反。SWNT試樣通常無意間進行了p-摻雜(見霍恩等人，物理學，修訂版.Lett.，80，1042，1998[4]；和科林斯等人，科學，287，1801，2000)[3]。這說明流動感應電壓的跡象與SWNT和p-硅的情況一樣。圖3中的小圖示出了所使用固體材料的斜率A與塞貝克系數(5)的關系圖。系數24線性地取決于小圖中配合線所示情況，斜率＝60K。
實施例4本發明的方法在試驗時使用了兩種不同的氣體，即氮氣和氬氣，以測量在n-型鍺上Mv值較大時產生的電壓V。
圖4給出了試驗結果。圖4中的小圖清楚地說明，與氮氣相比(圖4中的實心方塊)，M7 &lt；O.OD(以下簡稱區域1)的斜率t1要高于氬氣(圖4中的實線)。斜率A之比率(氬氣)/24(氮氣)＝1.2。通過分析氣體流經固體物質時產生感應電信號的機制，決定建立兩個M2區域。
對于一種氣體的絕熱穩定無粘性流，伯努利方程給出了沿流線的壓力差，就馬赫數M而言，其中y＝Cp/Cv；Cp(Cv)是恒定壓力(容積)時的比熱。氬氣和氮氣的值分別是1.667和1.4-04。在方程I中，流線上Po是速度為零處的最大壓力。這個點就是流量測量元件氣體流經表面上的前沿，并稱之為臨界點。對于圖1(b)所示之幾何形狀而言，暴露于氣流(沒有電極)中試樣兩端之壓力差見下面方程2。
方程2中的下標L和R表示氣體從左向右流動時傳感器有效工作部分的左右兩端。輕微的溫度差LST/T與壓力差AP/P和密度差Ap/p有關，因為AT/T＝AP/P-Ap/p。當M＜＜1時，氣體密度的變化是忽略不計的，即流體是不可壓縮的，因此AT/T＝AP/P。因而，對于M＜＜l(又稱區域1)的不可壓縮流體來講，下面方程3給出了距離d隔離的兩點之間沿一個流線的溫度差，其中AT＝TL-TR＞0。流過流量測量元件的氣體保持在一個相對于水平軸線的角度，對應于加速流，因此MR＞ML。外流u的速度的切向分量取決于沿平邊界測量的流線距離x，如下面方程4所示。在本發明傳感器情況下，a＝W/4，因此，u a X1/3。
對于非稀薄氣體來講，固體材料表面的邊界情況是，氣體和固體材料的溫度是相等的。這樣，在氣流中沿流線的溫度差將引起流動方向固體材料中的溫度差。該溫度差反過來又產生電壓差，由于下面方程5所述塞貝克效應而定義的VL-VR，即S是固體材料的塞貝克系數，因為是大多數，所以也是p-型的正極，而e使用的是n-型材料。系數k取決于氣體和固體材料表面之間的特定相互作用以及固體材料和氣體之間溫度差的邊界情況。
在Al的某個值之外，(-0.2)，稱之為區域II，氣體的密度需要滿足。這通過下面的方程6來解決，因此，上述方程就可在實施例1到實施例4所介紹的實驗中得到驗證。
從方程4中可以看出，很明顯ML2#x12/3和MR2#(x1+d)2/3。因此，MR2-ML2#M2，式中M是有效平均馬赫數。所以，方程5和方程7預示，在區域I和區域II中，感應電壓與M2成正比，V＝AM2。這與圖2至圖4所示結果一致。在區域I(方程5)，斜率A線性取決于S∶A＝kToSy/2。按照圖3中的小圖，對于不同材料(表1)來講，這也是S已知值上A(實心圓)觀測值圖形所示情況。使用斜率(＝60K)的配合值以及y＝1.404和To＝300K，k結果是0.28.(iii)。方程5預示出氬氣和氮氣in &gamma；(氬氣)/&gamma；(氮氣)＝1.2在區域I的斜率比，A，與所觀測到的比率是一致的(圖4中的小圖)。
方程5和方程7表明在圖4的區域I和區域II中，斜率的比率應該是y/(y1)。這個可完全與氬氣(實心方塊)的觀測值3.44相比較。圖2中的小圖示出了對于n-型鍺和流速n＝10米/秒時在試樣長度d上所測V的關系。該數據完全與方程V＝a1+a2{(1+d/x1)2/3-1}相配合，式中a1和a2時配合參數，x1＝0.5A(根據試樣幾何學)。該機制證明對d的依賴關系從方程4中，對于a＝45°，？g2 ocd2/3-。因此，V#[(x1+d)2/3-x]。對于&alpha來講；＝0°和90°，它是obs 2/3’，說明電壓不是因氣流產生的，對1a＞900，信號改變了特征。從方程4可以弄明白這個發現，該方程說明在ct＝0°時，UL＝gR，在oc＝900時，它是直角臨界點，在cs &lt；0°時，是減速流。所建議機制的另一個結果是氣體在鉑金屬上流動時所產生的電壓是微不足道的，因為對于鉑來講，S#0。確實，通過實驗也展示了這個情況(參見圖2和圖3中的加號符號)。
表1.具有不同塞貝克系數的材料的斜率A與鉑試樣的對比

權利要求
1.一種測量氣流速度的方法，不論氣體性質如何或氣流速度如何，所述方法包括將一個流量傳感器固定在氣流中，所述流動傳感器又包含至少一個與氣流成一個角度布置的導電固體材料，至少一個將所述至少一個導電材料連接到一個電測量設備上的導電元件，氣體流經至少一個固體材料，在固體材料上產生的壓力梯度的作用下，該固體材料沿氣體流動方向產生電流，所述電能由所述導電元件傳輸到所述電測量設備，該設備提供有一個通向氣流方向的外部接口，從而測量所述流體流動時產生的電能。
2.根據權利要求1所述的一種方法，其特征在于所述固體材料由一個具有高塞貝克系數的材料組成。
3.根據權利要求1所述的一種方法，其特征在于固體材料是從摻雜半導體、石墨、單壁式碳納米管、多壁式碳納米管系列材料中和具有高塞貝克系數的金屬材料中選取。
4.根據權利要求3所述的一種方法，其特征在于摻雜半導體材料是從包括-鍺、p-鍺、n-硅、p-硅在內的一組材料中選取。
5.根據權利要求3所述的一種方法，其特征在于金屬材料是從多晶銅、砷化鎵、碲和硒材料中選取。
6.根據權利要求1所述的一種方法，其特征在于氣體是從氮氣、氬氣、氧氣、二氧化碳和空氣等氣體中選取。
7.根據權利要求1所述的一種方法，其特征在于該方法的響應時間＜0.1秒。
8.根據權利要求1所述的一種方法，其特征在于氣體流動時作用在固體材料上的感應電壓取決于沿非粘性流體流動方向在固體材料上產生的溫度差。
9.根據權利要求1所述的一種方法，其特征在于氣流速度在1到140米/秒范圍內。
10.根據權利要求1所述的一種方法，其特征在于流經固體材料的氣體角度在20至70度范圍內，最好45度。
11.一種用來測量氣流速度的流動傳感器，不論氣體性質如何，所述傳感器包括至少一個氣流測量元件和至少一個將所述氣流測量元件與電測量設備相連接的導電元件。
12.根據權利要求11所述的一種流動傳感器，其特征在于氣體流量測量元件是一種具有良好導電性和高塞貝克系數的固體材料。
13.根據權利要求12所述的一種流動傳感器，其特征在于固體材料是從摻雜半導體、石墨、單壁式碳納米管、多壁式碳納米管材料中和具有高塞貝克系數的金屬材料中選取。
14.根據權利要求13所述的一種流動傳感器，其特征在于摻雜半導體材料是從包括n-鍺、p-鍺、n-硅、p-硅在內的一組材料中選取。
15.根據權利要求13所述的一種流動傳感器，其特征在于金屬材料是從多晶銅、砷化鎵、碲和硒材料中選取。
16.根據權利要求11所述的一種流動傳感器，其特征在于氣體是從氮氣、氬氣、氧氣、二氧化碳和空氣等氣體中選取。
17.根據權利要求11所述的一種流動傳感器，其特征在于電測量設備包括一個電流計或者一個電壓計，電流計用來測量所述至少一個或多個氣流測量元件相對兩端產生的電流，電壓計用來測量所述一個或多個氣流測量元件相對兩端的電位差。
18.根據權利要求11所述的一種流動傳感器，其特征在于流量測量元件由若干個摻雜半導體組成，所有摻雜半導體均串行連接或與一個導電元件并聯，每個導電元件都位于所述若干個摻雜半導體的端部。
19.根據權利要求18所述的一種流動傳感器，其特征在于所述若干個摻雜半導體串行連接，以便測量所述若干個摻雜半導體端部產生的電位差。
20.根據權利要求18所述的一種流動傳感器，其特征在于所述若干個摻雜半導體彼此并行連接在一起，以便能夠測定兩個歐姆接點上產生的電流，這些歐姆接點位于各個導電元件的端部。
21.根據權利要求11所述的一種流動傳感器，其特征在于氣體流動傳感器包括一個矩陣，該矩陣由若干個氣流測量元件組成，這些元件又由通過金屬線連接的固體材料組成，整個矩陣布置在一個高電阻非摻雜半導體底座上，所述測量材料矩陣則連接到一個電測量設備上。
22.根據權利要求11所述的一種流動傳感器，其特征在于電測量設備是從一個電壓計和電流計中選擇。
23.根據權利要求21所述的一種流動傳感器，其特征在于組成矩陣的氣流測量元件和連接所述氣流測量元件的金屬線都布置在一個芯片上。
24.根據權利要求11所述的一種流動傳感器，其特征在于氣流傳感器是由交互條狀n型和p型半導體組成，每個n型和p型半導體條均通過一個非摻雜半導體的薄中間層與其緊鄰的半導體條相隔開，所述交互條狀n型和p型半導體通過一個導電條連接，所述交互條狀n型和p型半導體與中間非摻雜半導體層相連接，導電條布置在半導體底座材料上，半導體底座材料的相對兩端處提供有電接點，電接點與電測量設備相連接。
25.根據權利要求11所述的一種流動傳感器，其特征在于一個或多個氣流測量元件由若干個碳納米管組成，所有碳納米管均串行連接或與一個導電元件并行連接，每個導電元件都位于所述若干個碳納米管的端部。
26.根據權利要求25所述的一種流動傳感器，其特征在于所述若干個碳納米管采取串行連接，以便測量所述若干個碳納米管端部處產生的電位差之和。
27.根據權利要求25所述的一種流動傳感器，其特征在于所述若干個納米管彼此并行連接在一起，以便增強兩個歐姆接點處產生的電流，兩個歐姆接點位于各個導電元件的端部。
28.根據權利要求11所述的一種流動傳感器，其特征在于一個或多個氣流測量元件位于一個絕緣底座上。
29.根據權利要求11所述的一種流動傳感器，其特征在于導電元件由一根金屬絲組成。
30.根據權利要求11所述的一種流動傳感器，其特征在于導電元件由一個電極組成。
31.根據權利要求11所述的一種流動傳感器，其特征在于導電元件由一根金屬絲與一個電極相連接而組成。
32.一種使用能量轉換裝置產生電能的方法，能量轉換裝置包括至少一個能量轉換設備，至少一個將所述能量轉換設備接到儲電或用電設備上的導電元件，氣體流經能量轉換設備引起塞貝克電壓的產生，塞貝克電壓是沿氣流方向在每個能量轉換設備內產生，因而產生電能，所述電能通過所述導電元件送到儲能裝置或用電設備。
33.根據權利要求32所述的一種方法，其特征在于能量轉換設備由一個具有良好導電性能和高塞貝克系數的固體材料組成。
34.根據權利要求33所述的一種方法，其特征在于固體材料是從摻雜半導體、石墨、單壁式碳納米管、多壁式碳納米管材料中和具有高塞貝克系數的金屬材料中選取。
35.根據權利要求34所述的一種方法，其特征在于摻雜半導體材料是從包括n-鍺、p-鍺、n-硅、p-硅在內的一組材料中選取。
36.根據權利要求34所述的一種方法，其特征在于金屬材料是從多晶銅、砷化鎵、碲和硒材料中選取。
37.根據權利要求32所述的一種方法，其特征在于氣體是從氮氣、氧氣、二氧化碳、氬氣和空氣氣體中選取。
38.根據權利要求32所述的一種方法，其特征在于能量轉換裝置由若干個摻雜半導體組成，所有這些摻雜半導體均串行連接或與一個導電元件并行連接，每個導電元件都位于所述若干個摻雜半導體的端部。
39.根據權利要求38所述的一種方法，其特征在于所述若干個摻雜半導體串行連接在一起。
40.根據權利要求38所述的一種方法，其特征在于所述若干個摻雜半導體彼此并行連接在一起，以便能夠測量穿過兩個歐姆接點時產生的電流，這兩個歐姆接點位于各個導電元件的端部。
41.根據權利要求32所述的一種方法，其特征在于能量轉換設備包括一個矩陣，該矩陣由若干個氣流測量元件組成，這些元件又由通過金屬線連接的固體材料組成，整個矩陣布置在一個高電阻非摻雜半導體底座上，所述半導體底座連接到一個電儲存設備上。
42.根據權利要求41所述的一種方法，其特征在于組成矩陣的氣流測量元件和連接所述氣流測量元件的金屬線都布置在一個芯片上。
43.根據權利要求32所述的一種方法，其特征在于氣體流動傳感器是由交互條狀n型和p型半導體組成，每個n型和p型半導體條均通過一個非摻雜半導體的薄中間層與其緊鄰的半導體條相隔開，所述交互條狀n型和p型半導體通過一個導電條連接，所述交互條狀n型和p型半導體帶有若干個中間非摻雜半導體層，另外，導電條布置在一個半導體底座材料上，該半導體底座材料的相對兩端處提供有電接點，電接點與電儲存設備相連接。
44.根據權利要求32所述的一種方法，其特征在于能量轉換設備由若干個碳納米管組成，所有碳納米管均串行連接或與一個導電元件并行連接，每個導電元件都位于所述若干個碳納米管的端部。
45.根據權利要求44所述的一種方法，其特征在于若干個碳納米管均串行連接在一起。
46.根據權利要求44所述的一種方法，其特征在于若干個碳納米管均并行連接在一起。
47.根據權利要求32所述的一種方法，其特征在于能量轉換設備位于一個絕緣底座上。
48.根據權利要求32所述的一種方法，其特征在于導電元件是一根金屬絲。
49.根據權利要求32所述的一種方法，其特征在于導電元件是一個電極。
50.根據權利要求32所述的一種方法，其特征在于導電元件是一根金屬絲與一個電極相連接而組成。
51.根據權利要求32所述的一種方法，其特征在于能量轉換設備是一個蓄電池。
52.一種能量轉換裝置，該能量轉換裝置包括個能量產生設備組成，包括至少一個或多個能量轉換手段，所述一個或多個能量轉換設備都由至少一個具有高塞貝克系數的固體材料組成，至少一個將所述至少一個能量轉換設備接到儲電或用電設備上的導電元件，以便存儲或使用氣體流經能量轉換設備在所述一個或多個能量轉換設備內產生的電能。
53.根據權利要求52所述的一種能量轉換裝置，其特征在于固體材料是從摻雜半導體、石墨、單壁式碳納米管、多壁式碳納米管材料中和具有高塞貝克系數的金屬材料中選取。
54.根據權利要求53所述的一種能量轉換裝置，其特征在于摻雜半導體材料是從包括n-鍺、p-鍺、n-硅、p-硅等在內的一組材料中選取。
55.根據權利要求53所述的一種能量轉換裝置，其特征在于金屬材料是從多晶銅、砷化鎵、碲和硒等材料中選取。
56.根據權利要求52所述的一種能量轉換裝置，其特征在于氣體是從氮氣、氬氣、氧氣、二氧化碳和空氣等氣體中選取。
57.根據權利要求52所述的一種能量轉換裝置，其特征在于電測量設備通過導電元件接到一個或多個能量轉換設備上，包括一個電流計或者一個電壓計，電流計用來測量至少一個或多個固體材料相對兩端產生的電流；電壓計用來測量所述一個或多個固體材料相對兩端的電位差。
58.根據權利要求52所述的一種能量轉換裝置，其特征在于能量轉換設備由若干個摻雜半導體組成，所有摻雜半導體均串行連接或與一個導電元件并行連接，每個導電元件都位于所述若干個摻雜半導體的端部。
59.根據權利要求58所述的一種能量轉換裝置，其特征在于所述若干個摻雜半導體串行連接，以便測量所述若干個摻雜半導體端部處產生的電位差。
60.根據權利要求58所述的一種能量轉換裝置，其特征在于所述若干個摻雜半導體彼此并行連接在一起，以便能夠測定兩個歐姆接點時產生的電流，這些歐姆接點位于導電元件的端部。
61.根據權利要求52所述的一種能量轉換裝置，其特征在于能量轉換裝置包括一個矩陣，該矩陣由若干個能量轉換設備組成，這些能量轉換設備又由通過金屬線連接的若干固體材料組成，整個矩陣布置在一個高電阻非摻雜半導體底座上，所述半導體底座連接到一個電儲存設備上。
62.根據權利要求52所述的一種能量轉換裝置，其特征在于組成矩陣的能量轉換設備和連接所述能量轉換設備的金屬線都布置在一個芯片上。
63.根據權利要求52所述的一種能量轉換裝置，其特征在于能量轉換設備是由交互條狀n型和p型半導體組成，每個n型和p型半導體條均通過一個非摻雜半導體的薄中間層與其緊鄰的半導體條相隔開，所述交互條狀n型和p型半導體通過一個導電條連接，所述交互條狀n型和p型半導體帶有中間非摻雜半導體層，導電條布置在一個半導體底座材料上，半導體底座材料的相對兩端處提供有電接點，電接點與電儲存設備相連接。
64.根據權利要求52所述的一種能量轉換裝置，其特征在于能量轉換設備由若干個碳納米管組成，所有這些碳納米管均串行連接或與一個導電元件并行連接，每個導電元件都位于所述若干個碳納米管的端部。
65.根據權利要求64所述的一種能量轉換裝置，其特征在于若干個碳納米管均串行連接在一起，以便測量所述若干個碳納米管端部產生的電位差。
66.根據權利要求64所述的一種能量轉換裝置，其特征在于所述若干個納米管彼此并行連接在一起，以便能夠測定兩個歐姆接點處產生的電流，這些歐姆接點位于各個導電元件的端部。
67.根據權利要求52所述的一種能量轉換裝置，其特征在于該能量轉換裝置位于一個絕緣底座上。
68.根據權利要求52所述的一種能量轉換裝置，其特征在于導電元件是一根金屬線。
69.根據權利要求52所述的一種能量轉換裝置，其特征在于導電元件是一個電極。
70.根據權利要求52所述的一種能量轉換裝置，其特征在于導電元件是一根金屬線與一個電極相連接而組成。
71.根據權利要求52所述的一種能量轉換裝置，其特征在于電能儲存設備由一個蓄電池組成。
全文摘要
本發明涉及一種通過氣體流經固體材料進行能量轉換的方法。本發明特別涉及一種通過氣體流經固體材料來產生電壓和電流的方法，這些固體材料包括摻雜半導體、石墨等等。此外，本發明還特別涉及一種使用塞貝克效應和伯努利定理相結合的方式，通過氣體流經固體材料進行能量轉換的方法。由于氣體沿固體材料表面流動，從而在固體材料中產生電能，為此，本發明還根據氣體當前流動方向，提出了測量氣體流速的一種方法。
文檔編號H02N11/00GK1739004SQ03825913
公開日2006年2月22日 申請日期2003年8月26日 優先權日2003年2月3日
發明者阿賈伊·庫馬爾·索德, 尚卡爾·高希 申請人:印度科學院