CN102062642B - 一种高精度感温探头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高精度感温探头，该感探头包括探头部分的感温丝，与感温丝连接、用于传递电信号的导线，保护套管，探头部分感温丝的外部设有探头保护层，感温丝与探头保护层之间填充感温材料；导线穿过保护套管内部；探头保护层与保护套管之间通过密封圈连接。本发明通过采用上述新型封装隔离技术，消除保护套管以及封装材料造成的感温延迟，并阻断环境温度对感温器件的传热干扰，可以确保探头只受被测流体的温度场作用，探头测量温度就是被测流体的当时准确温度，测温精度高、反应速度快。该技术特别适用于测温精度、流体温度变化快的场合，例如对行腔内流体、循环流体的温度测量。
Description
技术领域
本发明涉及温度探测技术领域，特别是适用于测温精度高、流体温度变化快的测温需求的一种高精度感温探头。
背景技术
温度是表示物体冷热程度的物理量，是工业生产和科学实验中最普遍、最重要的热工参数之一。测量温度方法有接触式测量和非接触式测量之分。接触式测量是选择某一介质与被测物体相接触，并进热交换，两者达到热平衡状态时，通过测量介质的相关物理量（例如液体的体积，热电偶的热电势，导体的电阻等），得到被测物体的物理量参数。在温度探测技术即主要为探头利用技术领域中，探头形式主要有：膨胀类、电阻类、热电类、显色类等，特别是电阻类具有非常广泛的应用。
针对温度这一重要而普遍的参数，人们做了不少探索与创新，但是很多因素制约着温度探测的准确性，例如：传统探头的金属感温探头部分嵌于保护套管内部不与外界直接接触，加之信号传递中的一些外界环境温度干扰，无可避免会产生一定的测量误差；而保护套管与测温介质温度往往不一致，保护套管就会在温差作用下散热或者吸热，从而导致了测量的延时，探测过程反应迟钝；在材料的选择上，套管材料须满足一定的硬度，密封，耐腐蚀等条件，由于材料本身特性，保护套管与感温探头不容易实现连接，连接探头与套管的材料更加挑剔，其需要导热系数小，黏结性也要满足防断裂等工艺要求。
在许多工程领域中对温度测量有较高的要求，例如在地源热泵土壤热响应测试中，地下埋管进出口水温度差可能会低于2K，此时使用传统的测温探头，精度一般在±1K左右，在很多情况下这种温度探头不能准确的测量出进出口水温差，所以这种测温探头不能满足测量要求。除此以外的很多工程领域也存在着类似的情况，所以急需一种精确而廉价的测温探头。
发明内容
本发明的目的是提供一种高精度感温探头，其通过隔离方式切断感温探头与保护套管之间的传热联系，同时使感温器件与测温介质直接接触，并同时阻隔信号传递中的干扰源，解决目前温度探测技术中保温套管影响测温精度的问题。
为了达到上述目的，本发明对现有技术中存在的问题作了进一步分析：管道中流体温度的测量，是热工测量中经常遇到的问题，例如管道中水温度的测量。如图为测量装置示意图，在管道中流过温度为tg的流体，管道周围温度为t2，如果 
，就有热量沿着感受件向外导出，这就是导热损失。由于存在导热损失，感受件的温度t2比流体温度tg要低些，即产生了导热误差
。（由于保护套管或测温管的直径不大，可假定感受件和其外面的保护套管或测温管的温度一致，都是tg）。根据传热学原理，可以得到导热误差的关系式为
其中
；
式中 α1，α2--分别为管内外介质对测温管之间的放热系数；
λ1，λ2--分别为管内外两端测温管的热导率；
U1，U2--分别为L1 和L2两段测温管的截面周长；
L1 ，L2--分别为管内外测温管的长度。
从上式可见：
1）在测温管向外散热或者从外界吸热的影响下，温度测量将会有一定的系统误差；
2）管道中的流体与管外介质的温差
越大，测温误差愈大。经计算，当流体温度为5℃管外介质温度为10℃时，测温误差为0.089℃；当流体温度为5℃，管外介质温度为20℃时，测温误差为0.311℃；当流体温度为5℃管外介质温度为30℃时，测温误差为0.533℃；当流体温度为5℃管外介质温度为50℃时，测温误差为0.755℃。可见测温误差随着管道中流体与管外介质温度差的增大而增大，如果感温器件不是粘附在保护套管上，这种误差就会不存在。
综上所述，故本发明采取的技术方案为：一种高精度感温探头，包括探头部分的感温丝，与感温丝连接、用于传递电信号的导线，保护套管，感温丝外部设有探头保护层，感温丝与探头保护层之间设有感温填充材料；导线穿过保护套管内部，导线与保护套管之间设有导线隔热填充材料；探头保护层与保护套管之间通过密封圈连接。
作为本发明的一个改进，一种高精度感温探头中，导线外围设有绝缘保护内层，用以相邻导线间的绝缘防护和信号干扰消除。
作为本发明的另一个改进，一种高精度感温探头中，保护套管和绝缘保护内层之间还设有绝缘保护外层。用以导线与保护套管之间的绝缘防护和信号干扰消除。
作为一种优选的具体实施方式，本发明的高精度感温探头，其保护套管与密封圈之间为螺纹连接。保护套管可以采用具有一定硬度、密封性、耐腐蚀性的材料，如不锈钢套管、铜管等，也可以采用非金属材料，以达到保护和便于安装的目的。
作为一种优选的具体实施方式，本发明的高精度感温探头，其探头保护层与密封圈之间为硅胶粘合剂连接。所述的密封圈要达到完好的隔热、密封、黏结性等要求，保证外界温度与内部金属导体的隔离。
作为一种优选的具体实施方式，本发明的高精度感温探头，其导线隔热填充材料为聚氨酯材料，将绝缘保护外层与保护套管之间的缝隙全部填满，也可选择其他有良好的隔热性，并能较好的固定导线的位置的导线隔热填充材料。
作为一种优选的具体实施方式，本发明的高精度感温探头，其感温填充材料为有一定的机械强度，并且热容比较小，导热系数较大的陶瓷材料，其不仅用于将感温丝固定，同时将测量点的温度迅速传递给感温金属丝，也可选用其它有一定的机械强度，并且热容比较小，导热系数较大，能快速的传递热量的材料。
本发明的有益效果为：感温丝、探头保护层与感温填充材料共同构成感温探头，感受温度并将温度转化成相应的电信号；保护套管与导线隔热填充材料保护导线避免外界环境温度干扰，同时导线为信号传递部件，将电信号传输到信号解析相应功能的设备。
在室温在21℃左右，在保证两探头在测试过程中测点非常接近，同时探头不能相互接触的基础上，基于原理：通过两个探头分别从一种温度状态到另一种稳定状态时需要的时间和温度曲线的变化趋势可判断灵敏度，第一阶段将本发明的感温探头与普通探头同时从空气放入近似达到稳态温水中（水温大概为37.4℃），待探头温度显示基本稳定，第二阶段即从温水中取出探头并迅速用布擦拭干燥，再待其温度重新达到稳定，测试这两个阶段两探头各自经历的时间。多组数据显示，本发明的感温探头具有相当优越的高灵敏度特性，保护套管对感温器件感受的温度的影响大大降低，感温探头探测的温度直接便是待测点的实际温度。
附图说明
图1为本发明的高精度感温探头结构示意图；
图2为对比测试得到的第一阶段温度响应曲线；
图3为对比测试得到的第二阶段温度响应曲线。
具体实施方式
为使本发明的内容更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对技术方案做进一步说明。
结合图1所示，本发明的高精度感温探头包括探头部分的感温丝1，与感温丝连接、用于传递电信号的导线3，保护套管2，探头部分还包括探头保护层4，感温丝1位于探头保护层4内，感温丝1与探头保护层4之间设有感温填充材料9，感温填充材料9为有一定的机械强度，并且热容比较小，导热系数较大的陶瓷材料；导线3穿过保护套管2内部，导线3外围设有绝缘保护内层7，保护套管2和绝缘保护内层7之间还设有绝缘保护外层6，保护套管2与绝缘保护外层6间设有导线隔热填充材料8，导线隔热填充材料8为聚氨酯材料，其将绝缘保护外层6与保护套管2之间的缝隙全部填满；探头保护层4与保护套管之2间通过密封圈5连接，保护套管2与密封圈5之间为螺纹连接，探头保护层4与密封圈5之间为硅胶粘合剂连接。
感温丝1、探头保护层4与感温填充材料9共同构成探头部分，感受温度并将温度转化成相应的电信号；保护套管2及导线隔热填充材料保护导线3避免受到外界环境温度干扰；导线3将电信号传输到信号解析相应功能的设备。
结合图2所示为本发明的高精度感温探头与普通探头对比实验第一阶段得出的温度曲线，根据曲线分析可以看出，A、B两点位置表示两探头从空气到水中时开始升温时的拐点，很明显A点要比B点要提前2-3秒，即本发明的感温探头要比传统探头反应快2-3秒。C、D两点分别表示两探头在温水中开始稳定的点（此时温度值和最终稳定是相差5%），可见C点要比D点快17-25秒，即本发明的感温探头要比传统探头提前17-25秒达到测温的稳定即反应灵敏性更好。
结合图３所示为本发明的高精度感温探头与普通探头对比实验第二阶段得出的温度曲线，根据曲线分析可以看出，从水中取出后，在空气中开始阶段本发明的感温探头的温度变化率更大，较早的达到了温度的稳定点A。由图可看出，A点的温度比原始探头趋于稳定点B要提前300-310秒。可见本发明的高精度感温探头的优越性更加明显。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。
Claims (4)
1.一种高精度感温探头，包括探头部分的感温丝，与感温丝连接、用于传递电信号的导线，保护套管，其特征是，探头部分还包括探头保护层（4），感温丝位于探头保护层内，感温丝（1）与探头保护层（4）之间设有感温填充材料（9）；感温填充材料（9）将感温丝（1）与探头保护层（4）之间的空隙全部填满；探头保护层（4）与保护套管之间通过密封圈连接；
感温填充材料（9）采用陶瓷材料；
导线（3）穿过保护套管内部；导线（3）外围设有绝缘保护内层（7）；保护套管（2）和绝缘保护内层（7）之间还设有绝缘保护外层（6）；保护套管（2）与绝缘保护外层（6）之间还设有导线隔热填充材料（8）。
2.根据权利要求1所述的高精度感温探头，其特征是，保护套管（2）与密封圈（5）之间为螺纹连接。
3.根据权利要求1或2所述的高精度感温探头，其特征是，探头保护层（4）与密封圈（5）之间为硅胶粘合剂连接。
4.根据权利要求1所述的高精度感温探头，其特征是，导线隔热填充材料（8）为聚氨酯材料，其将绝缘保护外层（6）与保护套管（2）之间的空隙全部填满。
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