CN105157869B - 一种基于电涡流的高温温度传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电涡流的高温温度传感装置，包括电涡流温度传感器探头和前置器；电涡流温度传感器探头包括扁平线圈、传感器骨架、固定套、保护套、定距环、高温合金环、预压弹簧、同轴电缆和接头；传感器骨架安装于固定套的内孔中，扁平线圈绕制于传感器骨架露出固定套的一端，高温合金环位于高温线圈的前端，高温合金环与传感器骨架之间用定距环隔开，预压弹簧一端作用在高温合金环上，另一端作用在固定套上，扁平线圈的接头通过同轴电缆与外部的接头相连。本发明高温温度传感装置结构简单，使用方便，解决了一般的高温温度传感器系统复杂、价格昂贵的不足，从而使高温环境下温度的测量变得十分方便，便于工程中广泛的应用。

Description

一种基于电涡流的高温温度传感装置

技术领域

本发明属于温度测量技术领域，具体涉及一种基于电涡流的高温温度传感装置。

背景技术

目前，高温环境下温度的检测有多种方法，如热敏电阻温度传感器、热电偶温度传感器、光纤温度传感器等。如公开号为CN103698042A的中国专利提出一种高温温度传感器，包括依次设置的感温元件组件、安装套、插座、插头和尾附件；感温元件组件包括防护套和设于该防护套内部的感温元件、绝缘衬套,感温元件引线与内部导线焊接后穿入绝缘衬套；感温元件组件尾部用高温水泥密封；安装套前端设有与防护套焊接的定位卡口；感温元件检测的温度信号通过插座、插头、尾附件传送给控制器。上述高温温度测量感温元件采用铂热电阻，测量精度高，但是这些温度传感器存在的问题是信号长距离输出困难，测量精度会随着输送长度的增加下降或测量系统成本增大。

电涡流传感器由于具有非接触、灵敏度高、结构简单、长距离输送方便等众多优点，在检测领域得到了广泛的应用。电涡流传感器通过探头线圈与被测材料间的电磁耦合，将探头线圈与被测材料间的电参数，如阻抗、电感及品质因数，转变为电信号进行输出。一般由探头、高频电缆和前置器组成。

普通的电涡流传感器大都用来进行探头线圈与被测材料间间隙的测量。实际上传感器探头线圈与被测材料间的等效阻抗、电感以及品质因数不仅随着探头线圈与被测材料间的间隙发生变化，而且还随传感器探头环境温度变化。如果保持探头线圈与被测材料间的间隙恒定，那么传感器探头线圈与被测材料间的等效阻抗、电感以及品质因数就为传感器探头处温度的单值函数，可以用于温度的测量。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于电涡流的高温温度传感装置，能够用于测量高温环境下的温度且结构简单，成本低廉。

一种基于电涡流的高温温度传感装置，包括：电涡流温度传感器探头和前置器，所述的电涡流温度传感器探头通过高温同轴电缆与前置器相连；

所述的电涡流温度传感器探头用于在前置器的高频激励作用下产生高频磁场，通过感应探头导体中电涡流所产生的交变磁场对自身内部线圈的作用，以向前置器输出包含探头导体环境温度信息的等效阻抗信号、电感信号或品质因数信号；

所述的前置器用于将所述的等效阻抗信号、电感信号或品质因数信号转换为包含温度信息的电压信号，进而对该信号进行电压转换后输出。

所述的电涡流温度传感器探头包括扁平线圈、传感器骨架、固定套、保护套、定距环、高温合金环和预压弹簧；其中，所述的传感器骨架安装于固定套的内孔中，所述的扁平线圈绕制于传感器骨架露出固定套的一端，传感器骨架露出固定套的部分以及扁平线圈、高温合金环、定距环和预压弹簧均通过保护套包裹，扁平线圈与保护套之间以及传感器骨架与固定套之间均采用高温胶粘合固定，所述的高温合金环位于扁平线圈的前端且两者通过定距环隔开；所述的预压弹簧一端作用于高温合金环上，另一端作用于保护套端部内侧，所述的扁平线圈通过高温同轴电缆与前置器相连，高温合金环即为所述的探头导体。

进一步地，所述的扁平线圈、传感器骨架、定距环、高温合金环、预压弹簧、固定套、保护套和高温同轴电缆均采用耐高温材料。

进一步地，所述的保护套端部开有导热孔。

进一步地，所述的传感器骨架在扁平线圈位置处径向开设有若干个小孔，传感器骨架前端和后端轴向分别对应开有导热孔和引线孔，所述的导热孔用于将外部高温气体引入到扁平线圈和高温合金环处，所述的引线孔用于引出高温同轴电缆使偏平线圈与前置器连接。

进一步地，所述的定距环采用对温度不敏感的非金属材料制成，定距环的内外径尺寸分别对应与导热孔的尺寸和保护套的内径配合。

进一步地，所述的高温合金环采用对温度不敏感的金属材料制成，高温合金环的内外径尺寸分别对应与导热孔的尺寸和保护套的内径配合。

进一步地，所述的预压弹簧采用对温度不敏感的金属材料制成，预压弹簧的内外径尺寸分别对应与导热孔的尺寸和保护套的内径配合，预压弹簧可以为若干碟簧组成或为一个卷簧。

所述的定距环和高温合金环在所述预压弹簧的作用下在轴向能够自由运动。

所述的前置器包括高频振荡电路、变换及检测电路和输出转换电路；其中：

所述的高频振荡电路与电涡流温度传感器探头相连，其用于为电涡流温度传感器探头施加激励电流；

所述的变换及检测电路与电涡流温度传感器探头相连，其用于将电涡流温度传感器探头的等效阻抗信号、电感信号或品质因数信号转换为包含温度信息的电压信号；

所述的输出转换电路与变换及检测电路相连，其用于对上述电压信号进行电压转换后输出。

本发明高温温度传感装置结构简单，使用方便，解决了一般的高温温度传感器系统复杂、价格昂贵的不足，从而使高温环境下温度的测量变得十分方便，便于工程中广泛的应用。

附图说明

图1为本发明高温温度传感装置的结构示意图。

图2为本发明装置中电涡流温度传感器探头的内部结构示意图。

图3为本发明装置中前置器的内部结构示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明基于电涡流的高温温度传感装置，包括电涡流温度传感器探头1、前置器2及高温同轴电缆3。

如图2所示，本实施方式中的电涡流温度传感器探头1包括扁平线圈11、非金属传感器骨架12、保护套13、固定套14、同轴电缆15、传感器接头17、定距环18、高温合金环19和预压弹簧20。扁平线圈11位于非金属传感器骨架12的前端，并用胶固定，非金属传感器骨架13安装在固定套14的孔内并用胶固定，高温合金环19位于扁平线圈11的前端，两者用定距环18隔开，预压弹簧20一端作用在高温合金环18上，另一端最有在保护套13上，以便给高温合金环18施加一定的预压力，使高温合金环18与扁平线圈11之间的距离保持不变，扁平线圈11、定距环18、高温合金环19、预压弹簧20用保护套12进行保护和固定，但不限制定距环18、高温合金环19、预压弹簧20在轴向的运动，保护套12的前端中心位置开设导热孔21，在非金属传感器骨架12的扁平线圈位置开设有若干个径向小孔，在前端和后端开设有导热孔21和引线孔16，前端的通孔21将高温气体引入到传感器的扁平线圈11和高温合金环19处，同轴电缆15通过设在非金属传感器骨架12内部的引线孔16把扁平线圈11引出，经外部传感器接头17与前置器2连接，定距环18、高温合金环19在所述预压弹簧20的作用下在轴向能够自由运动。

本发明高温温度传感装置的最高工作温度由电涡流温度传感器探头1中的扁平线圈11、非金属传感器骨架12、保护套13、固定套14、同轴电缆15、定距环18、高温合金环19、预压弹簧20等材料的最高工作温度决定，所以需要按照最高测量温度来选择扁平线圈11、非金属传感器骨架12、保护套13、固定套14、同轴电缆15、定距环18、高温合金环19、预压弹簧20及固定胶的材料。

如图3所示，本发明高温温度传感装置中的前置器2，包括高频振荡电路、变换及检测电路和输出转换电路。高温电涡流温度传感器探头1通过传感器接头17与高频振荡电路及前置器2中的变换及检测电路相连；其中，高频振荡电路为电涡流温度传感器探头1施加激励电流；变换及检测电路将电涡流温度传感器探头1的等效阻抗、电感或品质因数转换为包含温度信息的电压信号；输出转换电路对该电压信号进行电压转换后输出。

本实施方式中电涡流温度传感器探头1前端的扁平线圈11在高频振荡电路的激励作用下，在扁平线圈11周围产生一个高频磁场，位于扁平线圈11附近的高温合金环19内部就会形成电涡流，被高温合金环19中的电涡流所产生的交变磁场使传感器线圈11中的等效阻抗、电感或品质因数等参数发生变化。电涡流传感器探头扁平线圈11的等效阻抗、电感或品质因数不仅与高温合金环的电阻率、磁导率以及几何形状有关，而且还与扁平线圈11的几何参数、高频振荡电路的频率及扁平线圈11被测导体间的距离有关。由于扁平线圈11与高温合金环19间的距离已经通过定距环18以及预压弹簧20的作用始终保持不变，那么扁平线圈11中的等效阻抗、电感或品质因数就成为扁平线圈11的环境温度的单值函数，且在一定的范围内具有线性关系。那么在线性范围内，用变换及检测电路就可以把扁平线圈11的环境温度的变化转化为电压的变化，最后经过输出转换电路转化为所需要的电压范围。

上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于电涡流的高温温度传感装置，包括：电涡流温度传感器探头和前置器，所述的电涡流温度传感器探头通过高温同轴电缆与前置器相连；其特征在于：

所述的电涡流温度传感器探头用于在前置器的高频激励作用下产生高频磁场，通过感应探头导体中电涡流所产生的交变磁场对自身内部线圈的作用，以向前置器输出包含探头导体环境温度信息的等效阻抗信号、电感信号或品质因数信号；

所述的前置器用于将所述的等效阻抗信号、电感信号或品质因数信号转换为包含温度信息的电压信号，进而对该信号进行电压转换后输出；

所述的电涡流温度传感器探头包括扁平线圈、传感器骨架、固定套、保护套、定距环、高温合金环和预压弹簧；其中，所述的传感器骨架安装于固定套的内孔中，所述的扁平线圈绕制于传感器骨架露出固定套的一端，传感器骨架露出固定套的部分以及扁平线圈、高温合金环、定距环和预压弹簧均通过保护套包裹，扁平线圈与保护套之间以及传感器骨架与固定套之间均采用高温胶粘合固定，所述的高温合金环位于扁平线圈的前端且两者通过定距环隔开；所述的预压弹簧一端作用于高温合金环上，另一端作用于保护套端部内侧，所述的扁平线圈通过高温同轴电缆与前置器相连，高温合金环即为所述的探头导体；

所述的传感器骨架在扁平线圈位置处径向开设有若干个小孔，传感器骨架前端和后端轴向分别对应开有导热孔和引线孔，所述的导热孔用于将外部高温气体引入到扁平线圈和高温合金环处，所述的引线孔用于引出高温同轴电缆使偏平线圈与前置器连接；

所述的保护套端部开有导热孔；所述的定距环采用对温度不敏感的非金属材料制成，定距环的内外径尺寸分别对应与导热孔的尺寸和保护套的内径配合；所述的高温合金环采用对温度不敏感的金属材料制成，高温合金环的内外径尺寸分别对应与导热孔的尺寸和保护套的内径配合；

所述的预压弹簧采用对温度不敏感的金属材料制成，预压弹簧的内外径尺寸分别对应与导热孔的尺寸和保护套的内径配合，预压弹簧为若干碟簧组成或为一个卷簧；

所述的前置器包括高频振荡电路、变换及检测电路和输出转换电路；其中：

所述的高频振荡电路与电涡流温度传感器探头相连，其用于为电涡流温度传感器探头施加激励电流；

所述的变换及检测电路与电涡流温度传感器探头相连，其用于将电涡流温度传感器探头的等效阻抗信号、电感信号或品质因数信号转换为包含温度信息的电压信号；

所述的输出转换电路与变换及检测电路相连，其用于对上述电压信号进行电压转换后输出。

2.根据权利要求1所述的高温温度传感装置，其特征在于：所述的扁平线圈、传感器骨架、定距环、高温合金环、预压弹簧、固定套、保护套和高温同轴电缆均采用耐高温材料。