CN101608956A - 短型温度传感器校准用热管恒温槽 - Google Patents

短型温度传感器校准用热管恒温槽 Download PDF

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徐军
洪国祥
刘彦成
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Taian Panran Measurement & Control Sci-Tech Co Ltd
AVIC Jincheng Nanjing Engineering Institute of Aircraft Systems
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Taian Panran Measurement & Control Sci-Tech Co Ltd
AVIC Jincheng Nanjing Engineering Institute of Aircraft Systems
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Abstract

本发明公开了一种短型温度传感器校准用热管恒温槽，其包括热管冷凝器、热管管芯、设在热管管芯内的传感器插管，并且热管冷凝器所处位置高于热管管芯上端，其特征在于所述热管管芯上端通过管路连通热管冷凝器的下端。本发明这种改进的结构与以前的弯管连通结构(连接于热管冷凝器的中部或上部)相比，增加了热管的传输功率，提高了热管的动力性能，减小了测试插孔上端面附近部位与热管恒温区的温度差，改善了这个区域的带负载能力。温场测试结果也表明，结构的改进使各传感器测试孔上部温差明显减小，温度分布更加均匀，更有利于短型传感器的校准/测试。

Description

短型温度传感器校准用热管恒温槽
技术领域
本发明属于温度校准/测试领域，涉及一种基于热管技术的便携式恒温装置，主要用于短型温度传感器的校准/测试。
背景技术
本文所称“短型温度传感器”，系指传感部分长度≤180mm的温度传感器，这些温度传感器的感温元件可以是铂电阻、热电偶、半导体、各种膨胀材料，温度测量范围通常限于-40℃～+300℃之间。有的短型温度传感器带有供安装、固定用的不锈钢法兰盘。
短型温度传感器的主要问题在于沿传感器轴向，从感温头到外部环境相对较小的尺度范围内有较大的温度梯度，并带动着沿轴向的热传导(传热)和被测介质到传感器感温部位的热交换(换热)。换热过程的持续是以传感器感温部位与被测介质之间保持一定的温差作为代价的，这是短型温度传感器测量误差大、校准/测试困难的根本原因。传感器越短，传热和换热越严重，测量误差越大，校准/测试也越困难。
短型温度传感器的上述特点使得其无法使用常规的校准设备来进行校准。常规的恒温油槽、恒温水槽因其液体介质的挥发、烟雾甚至燃烧而受到限制，其温度范围也不能覆盖测试要求；我们曾经尝试使用干体炉作为恒温设备来校准短型温度传感器，实验证明，干体炉的不能满足垂直温场指标，特别是不能满足插孔上部温场指标而不能使用。因此，研制、发明短型温度传感器校准/测试专用恒温装置(温度源)，是解决上述问题的根本办法，也是当务之急。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的缺陷而提供一种短型温度传感器校准用热管恒温槽，该恒温槽可在-40℃～+300℃的温度范围内，在插入深度从40mm到180mm的有效工作区域，提供最大不超过0.1℃的均匀温场，是校准/测试短型温度传感器的理想温度源。
其技术解决方案如下：
短型温度传感器校准用热管恒温槽，其包括热管冷凝器、热管管芯、设在热管管芯内的传感器插管，并且热管冷凝器所处位置高于热管管芯上端，其特征在于所述热管管芯上端通过管路连通热管冷凝器的下端。
申请人通过大量实验表明，热管冷凝器的有效工作部位应位于高于横向联通管的部分，低于横向联通管的部分作用很小。这种改进的结构与以前的弯管连通结构(连接于热管冷凝器的中部或上部)相比，增加了热管的传输功率，提高了热管的动力性能，减小了测试插孔上端面附近部位与热管恒温区的温度差，改善了这个区域的带负载能力(以带法兰盘的短型温度传感器测试、比较最为明显)。温场测试结果也表明，结构的改进使各传感器测试孔上部温差明显减小，温度分布更加均匀，更有利于短型传感器的校准/测试。
作为本发明的改进，热管管芯上端盖上至少有一个传感器插孔上端周围有与被测温度传感器法兰盘配合良好的金属平面。借助该平面与被测温度传感器法兰平面良好的面接触，向被测传感器法兰盘传送热量(或冷量)，尽可能减小法兰盘与传感器测试杆之间的温度差，从而减小短型温度传感器的热传导，减小测试误差(测量结果不确定度)。
作为本发明的另一方面改进，本发明还包括金属导热衬套，该金属导热衬套的内径与传感器测温杆的外径相适应，外径与热管传感器插管的内径相适应。
在将短型温度传感器插入热管恒温槽的被校插孔之前，应在传感器的测温杆上套上配合良好的金属导热衬套。衬套的外径应与热管恒温槽的被测传感器专用插孔有良好配合，配合间隙不超过0.5mm。校准不同形状、不同尺寸的温度传感器，应配以不同的金属衬套。这些金属衬套一方面与热管恒温槽上的被测传感器插孔有较好的热接触，另一方面于被测传感器的测温杆有较好的热接触，起到了传递热量、消除因传感器与测试孔尺寸不匹配、空气阻隔所带来的测试误差。
作为本发明的进一步改进，对于使用温度范围在40℃～300℃之间的热管恒温槽，在管芯上部靠近上端盖处，装有辅助电热圈，在上端盖中插有辅助控温传感器，可通过辅助控温仪表设定热管管芯上端盖的温度。在辅助加热不起作用的情况下，通常该温度稍低于热管管芯的内部温度。通过对辅助加热仪表的设定，可使上端盖温度等于或适当高于管芯温度，从而控制在何种程度上弥补因热管管芯上部外露、被测短传感器尺寸限制(所带来的热传导)等因素对测试结果的影响。
作为本发明的进一步改进，使用温度范围在-40℃～+50℃之间的热管恒温槽，在热管冷凝器外部装有制冷装置或制冷部件。以保证管芯能达到所要求的低温温度。
作为本发明的更进一步改进，所述制冷装置为由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器、电磁阀顺序联接组成的制冷回路，其中蒸发器由热管冷凝器外侧盘管、热管上端盖夹缝、热管管芯外侧盘管组成，从毛细管流出的制冷剂依次经过热管冷凝器外侧盘管、热管上端盖夹缝、热管管芯外侧盘管完成蒸发过程；所述上端盖夹缝为热管管芯上端分隔出的一段管体。按照上述设计，由于制冷剂自热管冷凝器外壳盘管开始蒸发膨胀，因此冷凝器温度最低，有利于热管内工质的冷凝、循环；上端盖夹缝温度稍高于热管冷凝器但低于其下部管芯温度，保证了上端盖部位的热交换能力(上端盖部位应保证吸收传感器法兰盘及外界大气环境传来的热能的同时，温度不高于下部管芯温度)。正常工况下，上端盖比管芯低0.5℃～3.5℃。
附图说明
图1本发明一种实施方式的整体结构示意图；
图2为本发明另一种实施方式的整体结构示意图；
图3为本发明温度传感器插入热管管芯时的示意图；
图4为本发明制冷装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明短型温度传感器校准用热管恒温槽，其包括热管冷凝器1、热管管芯2、设在热管管芯2内的传感器插管3，热管冷凝器1所处位置高于热管管芯2的上端，并且热管管芯2的上端通过管路5连通热管冷凝器1的下端。上述管路5可为直管，也可根据布置需要做成适宜的形状。
如图3所示，本发明热管管芯2上端盖传感器插孔周围，有与被测温度传感器6的法兰盘61配合良好的金属平面8。在将短型温度传感器6插入传感器插管3之前，应在传感器6的测温杆62上套上配合良好的金属导热衬套7。导热衬套7可为多段或多个，其的下端可为开放式或封闭式。衬套7的外径应与传感器插管3有良好配合，配合间隙不超过0.5mm。校准不同形状、不同尺寸的温度传感器，应配以不同规格的金属衬套。这些金属衬套一方面与热管恒温槽上的被测传感器插孔有较好的热接触，另一方面于被测传感器的测温杆有较好的热接触，起到了传递热量、消除因传感器与测试孔尺寸不匹配、空气阻隔所带来的测试误差。
对于使用温度范围在40℃～300℃之间的热管恒温槽，在管芯上部靠近上端盖处，装有辅助电热圈，在上端盖中插有辅助控温传感器，可通过辅助控温仪表设定热管管芯上端盖的温度。如图2所示，对于使用温度范围在-40℃～+50℃之间的热管恒温槽，在热管冷凝器1外部装有制冷装置。所述制冷装置为由压缩机8、冷凝器9、毛细管10、蒸发器11、电磁阀12顺序联接组成的制冷回路，如图2所示，其中蒸发器11由热管冷凝器外侧盘管13、热管上端盖夹缝14、热管管芯外侧盘管15组成，从毛细管10流出的制冷剂依次经过热管冷凝器外侧盘管13、热管上端盖夹缝14、热管管芯外侧盘管15完成蒸发过程。所述上端盖夹缝14为热管管芯上端分隔出的一段管体，其高度一般在5毫米以内。
本发明包括但不仅限于以上的实施方式，其在实际使用中还可有其他显而易见的适应性变化。

Claims (8)

1、短型温度传感器校准用热管恒温槽，其包括热管冷凝器、热管管芯、设在热管管芯内的传感器插管，并且热管冷凝器所处位置高于热管管芯上端，其特征在于所述热管管芯上端通过管路连通热管冷凝器的下端。
2、根据权利要求1所述的短型温度传感器校准用热管恒温槽，其特征在于：热管管芯上端盖上至少有一个传感器插孔上端周围有与被测温度传感器法兰盘配合良好的金属平面。
3、根据权利要求1或2所述的短型温度传感器校准用热管恒温槽，其特征在于：本发明还包括金属导热衬套，该金属导热衬套的内径与传感器测温杆的外径相适应，外径与热管传感器插管的内径相适应。
4、根据权利要求1或2所述的短型温度传感器校准用热管恒温槽，其特征在于：对于使用温度范围在50℃～300℃之间的热管恒温槽，在管芯上部靠近上端盖处，装有辅助电热圈，在上端盖中插有辅助控温传感器，可通过辅助控温仪表设定热管管芯上端盖的温度。
5、根据权利要求3所述的短型温度传感器校准用热管恒温槽，其特征在于：对于使用温度范围在50℃～300℃之间的热管恒温槽，在管芯上部靠近上端盖处，装有辅助电热圈，在上端盖中插有辅助控温传感器，可通过辅助控温仪表设定热管管芯上端盖的温度。
6、根据权利要求1或2所述的短型温度传感器校准用热管恒温槽，其特征在于：对于使用温度范围在-40℃～+50℃之间的热管恒温槽，在热管冷凝器外部装有制冷装置。
7、根据权利要求3所述的短型温度传感器校准用热管恒温槽，其特征在于：对于使用温度范围在-40℃～+50℃之间的热管恒温槽，在热管冷凝器外部装有制冷装置。
8、根据权利要求7所述的短型温度传感器校准用热管恒温槽，其特征在于：所述制冷装置为由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器、电磁阀顺序联接组成的制冷回路，其中蒸发器由热管冷凝器外侧盘管、热管上端盖夹缝、热管管芯外侧盘管组成，从毛细管流出的制冷剂依次经过热管冷凝器外侧盘管、热管上端盖夹缝、热管管芯外侧盘管完成蒸发过程；所述上端盖夹缝为热管管芯上端分隔出的一段管体。
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