CN101493359B - 一种柔性温度测量与过温报警电缆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性温度测量与过温报警电缆及其制备方法，包括护套层、屏蔽层、绝缘纸、芯线、热敏材料，所述芯线为两条，芯线外部都包敷有玻纤网管，芯线、玻纤网管上都附着有热敏材料氧化锰粉体，在玻纤网管的外部依次为绝缘纸、屏蔽层和护套层。制备方法包括以下步骤：在芯线上紧密编织玻纤管；将它们置入硝酸锰溶液中浸泡；置入恒温试验箱中分解；再包裹绝缘纸、屏蔽层和护套层；干燥、热压封装。本发明公开了柔性温度测量与过温报警电缆正负极间热电势的测量方法。本发明克服了温度报警电缆在较低温度下无法使用，以及对温度变化不能实时监控等的不足，它不仅可以用作过温报警，更可以实时测量其沿线上存在的最高温度。

Description

一种柔性温度测量与过温报警电缆及其制备方法

技术领域  本发明涉及一种温度传感器，特别涉及一种柔性温度测量与过温报警电缆及其制备方法。

背景技术  温度测量与过温报警电缆作为“线温”和“面温”的测量与过温报警，具有其它温度传感器无法比拟的优点，目前已广泛用于各行各业温度异常的探测与报警，如电缆桥架、电缆沟、储油罐、隧道、通讯机房、仓库等。早期的过温报警电缆是金属铠装的电阻型或融盐型温度报警电缆。电阻型温度报警电缆只能检测是否过热，无法区分一段长的不太高的温升和一段短的较高的温升这两种截然不同的情况。融盐型温度报警电缆报警点精度较高，但它只能判明温度是否越过报警点，不能了解报警前后温度变化趋势。上述两种类型的温度报警电缆一般只用于100℃以上的范围，共同的致命弱点是单支电缆不能太长，否则误差太大，失去实用意义。很多情况下，人们不仅需要对温度变化过程进行实时监控和过温报警，而且要监测的“线”很长，“面”很大。针对这些问题，本专利的解决方案是报警电缆的芯线采用双芯、填充材料用半导体热敏粉、护套采用耐高温塑料。目前国内还未曾见到能成功研发此类温度报警电缆的相关报道。

发明内容  本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种为了克服国内的温度报警电缆在较低温度下无法使用以及对温度变化不能实时监控等的不足，测温范围是室温至200℃，不仅可以用作过温报警，更可以实时测量其沿线上存在的最高温度的柔性温度测量与过温报警电缆及其制备方法，以及柔性温度测量与过温报警电缆正负极间热电势的测量方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种柔性温度测量与过温报警电缆，包括护套层、屏蔽层、绝缘纸、芯线、热敏材料，所述芯线为两条，正极芯线和负极芯线，正极芯线和负极芯线外部都包敷有第一玻纤网管，包敷有玻纤网管的正极芯线和负极芯线并行或对铰放置，在并行或对铰放置的正极芯线和负极芯线外包敷有第二玻纤网管；在正极芯线、负极芯线、玻纤网管上都附着有热敏材料，在第二玻纤网管的外部依次为绝缘纸、屏蔽层和护套层；所述的热敏材料为氧化锰粉体；正极芯线的两端超出所有外包层50mm～100mm形成正极芯线引出端；负极芯线的两端超出所有外包层50mm～100mm形成负极芯线引出端；所述的两引出端的正极芯线引出端与另一端的正极芯线引出端连接；负极芯线引出端与另一端的负极芯线引出端连接。

两芯线间填充有热敏粉，热敏粉均匀附着在载体上，载体玻纤网管有两部分，里面玻纤网管部分将两芯线隔开，外面玻纤网管部分是使里面的芯线和热敏粉紧密接触，载体玻纤网管外是绝缘纸，外面是屏蔽层和护套层。所有部分的直径或密度或厚度均匀。芯线可以是任何在测温范围内具有良好热电性能的金属、非金属或合金对，特别是塞贝克系数较稳定的金属、非金属或合金对。两芯线对铰，铰合节距均匀。载体可以是任何具有良好吸附性的绝缘管网，且可以是重叠的多层。本发明屏蔽采用常用的屏蔽方法：铝箔或铜网外加镀锡金属丝。理论上热敏材料是具有负温度系数的化合物，特别是B值较大的氧化物，如氧化铁、氧化镍、氧化锰、氧化钴等。在本发明中优选的热敏材料为氧化锰。

电缆有两个信号引出端，使用时将两端的正极与正极、负极与负极并联。它的目的是当电缆芯线中间某点断裂时，电缆仍可正常使用，即使有两个以上的断点，引出端至最近的断点之间的部分仍可使用。

当报警电缆沿线上某一点A(也可以是同温度的多点或一段)的温度T1超过电缆线其余部分的温度时，该点的正极芯线和负极芯线间电阻会降低，从而在A点形成一个“临时”热端。“临时”热端起着和普通单接点热电偶的热端相同的作用，此时电缆的两热电极之间产生一个和温度T1相对应的热电动势。如果电缆线上第二个点B出现更高的温度T2(T2＞T1)，该点的正极芯线和负极芯线间电阻会降的比A点更低，则B点两热电极之间形成更为有效的电连接，一个新的“临时”热端在B点产生了，同时热电极之间又输出一个和温度T2相对应的热电动势。电缆输出的热电动势总是和电缆线上存在的最高温度相对应。通过测量电缆的热电动势，即可实现报警，且知道电缆线上的最高温度。

优选的，在绝缘纸和屏蔽层之间设有一条导线，贯穿于整条柔性温度测量与过温报警电缆。导线便于电缆接地。

优选的，所述正极芯线和负极芯线均为标准热电偶丝中K型、N型、E型、S型、R型中的一种。

进一步优选的，所述的正极芯线和负极芯线为K型热电偶丝，即正极为镍铬合金，负极为镍硅合金的热电偶丝，正极芯线和负极芯线的直径为Φ0.3mm～Φ1.0mm。本发明优先选用K型偶丝，与其它可以用做芯线的金属、非金属或合金相比，K型偶丝的塞贝克系数较稳定且廉价。

优选的，所述的绝缘纸为聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯薄膜、特氟龙耐温胶带中的一种。绝缘纸要求其耐温性、绝缘性、机械性、化学稳定性、阻燃性等性能优良，如聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯薄膜、特氟龙耐温胶带等，它的作用是将热敏材料与屏蔽层隔开，消除相互影响，减少分流误差，最好选用聚四氟乙烯薄膜和特氟龙耐温胶带。

优选的，所述的护套层为聚四氟乙烯护套层或氟塑料护套层中的一种。护套层选用柔韧性好且不易破损的耐温绝缘材料，它将屏蔽层以内的部分密封，防止热敏粉由于受潮而影响温度报警电缆的测量精度。

优选的，所述第一玻纤网管和第二玻纤网管均为用直径8±2μm的无碱无钠耐高温玻璃纤维丝编织而成的玻纤网管。

以上所述柔性温度测量与过温报警电缆的制备方法，包括以下步骤：

a)、先分别在正极芯线和负极芯线上紧密编织第一玻纤网管一层或多层；

b)、将它们并行或对铰放置，再在其上紧密编织一层或多层第二玻纤网管；

c)、将它们置入用于形成热敏材料的浓度为45～60％硝酸锰溶液中浸泡3～30小时；

d)、整体置入恒温试验箱中分解，恒温试验箱的升温速率为5～8℃/分钟，分解条件为230±5℃×5～10分钟；

e)、再依次包裹绝缘纸、屏蔽层和护套层；

f)、将加工好的电缆放入温度为120～150℃真空干燥箱或红外干燥箱内干燥，时间不少于10小时；

g)、干燥后将电缆的两端热压封装，封装时电缆两端芯线正极、负极各预留超出所有外包层50mm～100mm，形成正极芯线引出端、负极芯线引出端，即得柔性温度测量与过温报警电缆。

优选的，步骤e中在绝缘纸和屏蔽层之间预先设有导线。

所述柔性温度测量与过温报警电缆正负极间热电势的测量方法，包括以下步骤：

参考端温度为0℃，将电缆除芯线正极芯线引出端、负极芯线引出端外的所有部分置入精度为±0.5℃的高温试验箱中，正极芯线引出端的正极两端并联，负极芯线引出端的负极两端并联，再用K型热电偶丝延长线分别与并联后的正极芯线引出端、负极芯线引出端连接，将K型热电偶丝延长线引入装有冰水混合物的冰瓶中，使参考端温度为0℃，再用普通信号线将正、负极从冰瓶引出，用精度足够高的直流电压表分别测量在25℃、30℃、40℃、50℃、75℃、100℃、150℃、175℃、200℃温度下正、负极间的热电势，不同的热电势即对应柔性温度测量与过温报警电缆所测得的不同的温度。

本发明柔性温度测量与过温报警电缆及其制备方法的有益效果是，克服了国内的温度报警电缆在较低温度下无法使用，以及对温度变化不能实时监控等的不足，本发明柔性温度测量与过温报警电缆的测温范围是室温至200℃，它不仅可以用作过温报警，更可以实时测量其沿线上存在的最高温度。本发明柔性温度测量与过温报警电缆的制备方法科学、合理、新颖，制备的电缆性能稳定，通过测量电缆的热电动势，即可实现报警，且知道电缆线上的最高温度。

附图说明  图1是本发明柔性温度测量与过温报警电缆的截面结构示意图；

图2是本发明柔性温度测量与过温报警电缆的内部结构示意图；

图3是本发明柔性温度测量与过温报警电缆的结构示意图；

图4是本发明柔性温度测量与过温报警电缆正负极间热电势测量

装置的结构示意图；

具体实施方式  下面结合附图对本发明作进一步的说明，如图1、图2、图3所示：

实施例1

一种柔性温度测量与过温报警电缆，包括护套层1、屏蔽层3、绝缘纸4、芯线、热敏材料6，所述芯线为两条，正极芯线51和负极芯线52，正极芯线51和负极芯线52外部都包敷有第一玻纤网管7，包敷有第一玻纤网管7的正极芯线51和负极芯线52并行或对铰放置，在并行或对铰放置的正极芯线51和负极芯线52外包敷有第二玻纤网管8；在正极芯线51、负极芯线52、第一玻纤网管7和第二玻纤网管8上都附着有热敏材料6，在第二玻纤网管8的外部依次为绝缘纸4、屏蔽层3和护套层1；所述的热敏材料6为氧化锰粉体；正极芯线51的两端超出所有外包层50mm～100mm形成正极芯线引出端511；负极芯线52的两端超出所有外包层50mm～100mm形成负极芯线引出端521；所述电缆一端的正极芯线引出端511与电缆另一端的正极芯引出端511线连接；电缆一端的负极芯线引出端521与电缆另一端的负极芯线引出端521连接。

在绝缘纸4和屏蔽层3之间设有一条导线2，贯穿于整条柔性温度测量与过温报警电缆。

所述的芯线5为K型热电偶丝，既正极为镍铬合金，负极为镍硅合金的热电偶丝，芯线5的直径为Φ0.3mm～Φ1.0mm。

所述的绝缘纸4为聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯薄膜、特氟龙耐温胶带中的一种。

所述的护套层1为聚四氟乙烯护套层或氟塑料护套层中的一种。

所述第一玻纤网管7和第二玻纤网管8均为用直径8±2μm的无碱无钠耐高温玻璃纤维丝编织而成的玻纤网管。

实施例2

柔性温度测量与过温报警电缆的制备方法，包括以下步骤：

a)、先分别在正极芯线51和负极芯线52上用24梭普通编织机紧密编织两层第一玻纤网管7，第一玻纤网管7为用直径8±2μm的无碱无钠耐高温玻璃纤维丝编织而成的；

b)、将它们并行或对铰放置，再在其上用24梭普通编织机紧密编织一层第二玻纤网管8，第二玻纤网管8为用直径8±2μm的无碱无钠耐高温玻璃纤维丝编织而成的；

c)、将它们置入50％硝酸锰溶液中浸泡20小时；

d)、整体置入恒温试验箱中分解，恒温试验箱的升温速率为6℃/分钟，分解条件为230±5℃×10分钟；

e)、再依次包裹聚四氟乙烯薄膜缘纸4、屏蔽层3和聚四氟乙烯护套层1；

f)、将加工好的电缆放入温度为120～150℃真空干燥箱或红外干燥箱内干燥，时间11小时；

g)、干燥后将电缆的两端热压封装，封装时电缆两端正极芯线51、负极芯线52各预留超出所有外包层50mm～100mm，形成正极芯线引出端511、负极芯线引出端521，即得柔性温度测量与过温报警电缆。

实施例3

柔性温度测量与过温报警电缆的制备方法，包括以下步骤：

a)、先分别在正极芯线51和负极芯线52上用24梭普通编织机紧密编织一层第一玻纤网管7，第一玻纤网管7为用直径8±2μm的无碱无钠耐高温玻璃纤维丝编织而成的；

b)、将它们并行或对铰放置，再在其上用24梭普通编织机紧密编织三层第二玻纤网管8，第二玻纤网管8为用直径8±2μm的无碱无钠耐高温玻璃纤维丝编织而成的；

c)、将它们置入60％硝酸锰溶液中浸泡11小时；

d)、整体置入恒温试验箱中分解，恒温试验箱的升温速率为8℃/分钟，分解条件为230×5分钟；

e)、再依次包裹特氟龙耐温胶带绝缘纸4、屏蔽层3和氟塑料护套层1；在绝缘纸4和屏蔽层3之间预先设有导线2；

f)、将加工好的电缆放入温度为120～150℃真空干燥箱或红外干燥箱内干燥，时间20小时；

g)、干燥后将电缆的两端热压封装，封装时电缆两端正极芯线51、负极芯线52各预留超出所有外包层50mm～100mm，形成正极芯线引出端511、负极芯线引出端521，即得柔性温度测量与过温报警电缆。

实施例4

所述柔性温度测量与过温报警电缆正负极间热电势的测量方法，包括以下步骤：

参考端温度为0℃，将电缆除芯线正极芯线引出端511、负极芯线引出端521外的所有部分置入精度为±0.5℃的高温试验箱21中，正极芯线引出端511的正极两端并联，负极芯线引出端521的负极两端并联，再用K型热电偶丝延长线24分别与并联后的正极芯线引出端511、负极芯线引出端521连接，将K型热电偶丝延长线24引入装有冰水混合物的冰瓶22中，使参考端温度为0℃，再用普通信号线25将正、负极从冰瓶22引出，用精度足够高的直流电压表23分别测量在25℃、30℃、40℃、50℃、75℃、100℃、150℃、175℃、200℃温度下正负极间的热电势，不同的热电势即对应柔性温度测量与过温报警电缆所测得的不同的温度，测量结果见下表。

温度℃	25	30	40	50	75	100	150	175	200
										热电势	0.879	1.081	1.489	1.899	2.934	3.972	6.017	7.021	8.418
mV

Claims (9)

1.一种柔性温度测量与过温报警电缆，包括护套层(1)、屏蔽层(3)、绝缘纸(4)、芯线、热敏材料(6)，其特征在于：所述芯线为两条，正极芯线(51)和负极芯线(52)，正极芯线(51)和负极芯线(52)外部都包敷有第一玻纤网管(7)，包敷有第一玻纤网管(7)的正极芯线(51)和负极芯线(52)并行或对铰放置，在并行或对铰放置的正极芯线(51)和负极芯线(52)外包敷有第二玻纤网管(8)；在正极芯线(51)、负极芯线(52)、第一玻纤网管(7)和第二玻纤网管(8)上都附着有热敏材料(6)，在第二玻纤网管(8)的外部依次为绝缘纸(4)、屏蔽层(3)和护套层(1)；所述的热敏材料(6)为氧化锰粉体；正极芯线(51)的两端超出所有外包层50mm～100mm形成正极芯线引出端(511)；负极芯线(52)的两端超出所有外包层50mm～100mm形成负极芯线引出端(521)；所述电缆一端的正极芯线引出端(511)与电缆另一端的正极芯线引出端(511)线连接；电缆一端的负极芯线引出端(521)与电缆另一端的负极芯线引出端(521)连接。

2.根据权利要求1所述的柔性温度测量与过温报警电缆，其特征在于：在绝缘纸(4)和屏蔽层(3)之间设有一条导线(2)，贯穿于整条柔性温度测量与过温报警电缆。

3.根据权利要求1所述的柔性温度测量与过温报警电缆，其特征在于：所述正极芯线(51)和负极芯线(52)均为标准热电偶丝中K型、N型、E型、S型、R型中的一种。

4.根据权利要求3所述的柔性温度测量与过温报警电缆，其特征在于：所述的正极芯线(51)和负极芯线(52)为K型热电偶丝，即正极为镍铬合金，负极为镍硅合金的热电偶丝，正极芯线(51)和负极芯线(52)的直径为Ф0.3mm～Ф1.0mm。

5.根据权利要求1所述的柔性温度测量与过温报警电缆，其特征在于：所述的绝缘纸(4)为聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯薄膜、特氟龙耐温胶带中的一种。

6.根据权利要求1所述的柔性温度测量与过温报警电缆，其特征在于：所述的护套层(1)为聚四氟乙烯护套层或氟塑料护套层中的一种。

7.根据权利要求1所述的柔性温度测量与过温报警电缆，其特征在于：所述第一玻纤网管(7)和第二玻纤网管(8)均为用直径8±2μm的无碱无钠耐高温玻璃纤维丝编织而成的玻纤网管。

8.权利要求1所述柔性温度测量与过温报警电缆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a)、先分别在正极芯线(51)和负极芯线(52)上紧密编织第一玻纤网管(7)一层或多层；

b)、将它们并行或对铰放置，再在其上紧密编织一层或多层第二玻纤网管(8)；

c)、将它们置入用于形成热敏材料(6)的浓度为45～60％硝酸锰溶液中浸泡3～30小时；

d)、整体置入恒温试验箱中分解，恒温试验箱的升温速率为5～8℃/分钟，分解条件为230±5℃×5～10分钟；

e)、再依次包裹绝缘纸(4)、屏蔽层(3)和护套层(1)；

f)、将加工好的电缆放入温度为120～150℃真空干燥箱或红外干燥箱内干燥，时间不少于10小时；

g)、干燥后将电缆的两端热压封装，封装时电缆两端正极芯线(51)、负极芯线(52)各预留超出所有外包层50mm～100mm，形成正极芯线引出端(511)、负极芯线引出端(521)，即得柔性温度测量与过温报警电缆。

9.根据权利要求8所述的柔性温度测量与过温报警电缆的制备方法：其特征在于：步骤e中在绝缘纸(4)和屏蔽层(3)之间预先设有导线(2)。

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