CN105403329A - 一种温度传感器的响应时间标定装置 - Google Patents

一种温度传感器的响应时间标定装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及温度传感器的响应时间标定技术，具体是一种温度传感器的响应时间标定装置。本发明解决了现有温度传感器的响应时间标定方法在标定小响应时间的温度传感器时标定精度低、无法得到可靠的响应时间、在火焰温度场环境下得到的响应时间准确性低的问题。一种温度传感器的响应时间标定装置，包括纵向直线导轨、带滑轮的滑块、竖向小挡板、竖向大挡板、快速吸附片、快速弹射装置、温度传感器、补偿导线、信号采集与处理集成电路、数据传输线、数据显示装置、火焰温度源。本发明适用于在各种环境下进行温度传感器的响应时间标定，尤其适用于在火焰温度场环境下进行温度传感器的响应时间标定。

Description

一种温度传感器的响应时间标定装置
技术领域
本发明涉及温度传感器的响应时间标定技术，具体是一种温度传感器的响应时间标定装置。
背景技术
在特殊环境（如高温、高压、强电离环境）下的瞬态温度测量中，要求所用温度传感器具有动态响应特性好、热容量小和对测试环境几乎没有干扰等特点。其中备受关注的是温度传感器的动态响应特性，而温度传感器的响应时间又是反映其动态响应特性的主要指标。因此，为了实现准确地测量瞬态温度，需要对所用温度传感器的响应时间进行标定。在现有技术条件下，温度传感器的响应时间标定方法包括如下几种：热风洞法、瞬时电加热法、激波管法、迅速投掷法（热水浴法或油浴法）、激光照射法（CO2激光器法或半导体激光器法）。实践表明，现有温度传感器的响应时间标定方法由于自身原理所限，存在如下问题：其一，热风洞法和瞬时电加热法存在的主要问题是：由于热源和与之相应的低温环境温度界面模糊，使得温度输入并非为理想的阶跃信号，由此导致其在标定小响应时间的温度传感器（例如热电偶）时会产生难以估量的动态误差，从而导致标定精度低。其二，激波管法存在的主要问题是：由于温度阶跃信号的持续时间很短，导致温度传感器的响应不足以达到稳态值，由此无法得到可靠的响应时间。其三，迅速投掷法和激光照射法存在的主要问题是：在火焰温度场环境（例如爆炸环境）下进行响应时间标定时，得到的响应时间准确性低。基于此，有必要发明一种全新的温度传感器的响应时间标定装置，以解决现有温度传感器的响应时间标定方法在标定小响应时间的温度传感器时标定精度低、无法得到可靠的响应时间、在火焰温度场环境下得到的响应时间准确性低的问题。
发明内容
本发明为了解决现有温度传感器的响应时间标定方法在标定小响应时间的温度传感器时标定精度低、无法得到可靠的响应时间、在火焰温度场环境下得到的响应时间准确性低的问题，提供了一种温度传感器的响应时间标定装置。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种温度传感器的响应时间标定装置，包括纵向直线导轨、带滑轮的滑块、竖向小挡板、竖向大挡板、快速吸附片、快速弹射装置、温度传感器、补偿导线、信号采集与处理集成电路、数据传输线、数据显示装置、火焰温度源；
其中，带滑轮的滑块滑动安装于纵向直线导轨上；
竖向小挡板的后表面下部与带滑轮的滑块的前表面固定；
竖向大挡板的下表面中部与纵向直线导轨的上表面前部固定，且竖向大挡板的后表面与竖向小挡板的前表面相互平行；
快速吸附片的数目为两个；两个快速吸附片分别贴附固定于竖向小挡板的前表面下部和竖向大挡板的后表面下部，且两个快速吸附片相互正对；
快速弹射装置安装于带滑轮的滑块的后侧；
温度传感器横向固定于带滑轮的滑块的上表面，且温度传感器的输出端和测量端分别超出带滑轮的滑块的左表面和右表面；
信号采集与处理集成电路的输入端通过补偿导线与温度传感器的输出端连接；
数据显示装置的输入端通过数据传输线与信号采集与处理集成电路的输出端连接；
火焰温度源安装于温度传感器的测量端的滑动轨迹上，且火焰温度源与竖向大挡板的后表面之间的纵向距离等于温度传感器与竖向小挡板的前表面之间的纵向距离。
具体工作过程如下：首先，给信号采集与处理集成电路上电，并在数据显示装置的界面进行参数（如采样频率、数据长度、触发电平和放大倍数等）设置。然后，打开火焰温度源的开关。待火焰温度源的火焰稳定后，启动快速弹射装置，快速弹射装置由此驱动带滑轮的滑块沿着纵向直线导轨向前快速移动，带滑轮的滑块由此带动竖向小挡板和温度传感器一起向前快速移动，竖向小挡板与竖向大挡板由此发生瞬间碰撞，两个快速吸附片由此快速吸附在一起（两个快速吸附片吸附在一起能够有效地减小温度传感器的振动并使之静止不动），温度传感器的测量端由此恰好浸没在火焰温度源的火焰里。待温度传感器在火焰里浸没一定时间（该时间可根据所设置的采样频率值和数据长度值进行控制）后，关闭火焰温度源的开关，温度传感器的输出端由此输出一个温度阶跃信号。此时，信号采集与处理集成电路通过补偿导线采集温度阶跃信号，并对温度阶跃信号进行处理，然后通过数据传输线将温度阶跃信号发送至数据显示装置。数据显示装置对温度阶跃信号进行显示，如图2所示。根据显示的温度阶跃信号即可获得温度传感器的响应时间，由此完成温度传感器的响应时间标定。
基于上述过程，与现有响应时间标定方法相比，本发明所述的一种温度传感器的响应时间标定装置具有如下优点：其一，相较于热风洞法和瞬时电加热法，本发明所述的一种温度传感器的响应时间标定装置的热源和与之相应的低温环境温度界面清晰，使得温度输入为理想的温度阶跃信号，由此有效减少了在标定小响应时间的温度传感器时产生的动态误差，从而大幅提高了标定精度（可达到毫秒级）。其二，相较于激波管法，本发明所述的一种温度传感器的响应时间标定装置的温度阶跃信号的持续时间可控，使得温度传感器的响应能够很好地达到稳态值，由此能够得到可靠的响应时间。其三，相较于迅速投掷法和激光照射法，本发明所述的一种温度传感器的响应时间标定装置在火焰温度场环境（例如爆炸环境）下进行响应时间标定时，得到的响应时间准确性大幅提高。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有温度传感器的响应时间标定方法在标定小响应时间的温度传感器时标定精度低、无法得到可靠的响应时间、在火焰温度场环境下得到的响应时间准确性低的问题，适用于在各种环境下进行温度传感器的响应时间标定，尤其适用于在火焰温度场环境下进行温度传感器的响应时间标定。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的数据显示装置显示的温度阶跃信号示意图。
图中：1-纵向直线导轨，2-带滑轮的滑块，3-竖向小挡板，4-竖向大挡板，5-快速吸附片，6-快速弹射装置，7-温度传感器，8-补偿导线，9-信号采集与处理集成电路，10-数据传输线，11-数据显示装置，12-火焰温度源。
具体实施方式
实施例一
一种温度传感器的响应时间标定装置，包括纵向直线导轨1、带滑轮的滑块2、竖向小挡板3、竖向大挡板4、快速吸附片5、快速弹射装置6、温度传感器7、补偿导线8、信号采集与处理集成电路9、数据传输线10、数据显示装置11、火焰温度源12；
其中，带滑轮的滑块2滑动安装于纵向直线导轨1上；
竖向小挡板3的后表面下部与带滑轮的滑块2的前表面固定；
竖向大挡板4的下表面中部与纵向直线导轨1的上表面前部固定，且竖向大挡板4的后表面与竖向小挡板3的前表面相互平行；
快速吸附片5的数目为两个；两个快速吸附片5分别贴附固定于竖向小挡板3的前表面下部和竖向大挡板4的后表面下部，且两个快速吸附片5相互正对；
快速弹射装置6安装于带滑轮的滑块2的后侧；
温度传感器7横向固定于带滑轮的滑块2的上表面，且温度传感器7的输出端和测量端分别超出带滑轮的滑块2的左表面和右表面；
信号采集与处理集成电路9的输入端通过补偿导线8与温度传感器7的输出端连接；
数据显示装置11的输入端通过数据传输线10与信号采集与处理集成电路9的输出端连接；
火焰温度源12安装于温度传感器7的测量端的滑动轨迹上，且火焰温度源12与竖向大挡板4的后表面之间的纵向距离等于温度传感器7与竖向小挡板3的前表面之间的纵向距离。
在本实施例中，所述快速弹射装置6为固定式弹射装置；该固定式弹射装置包括两个相互对称的弹簧；两个弹簧的后端分别与纵向直线导轨1的左表面后部和右表面后部固定；两个弹簧的前端分别与带滑轮的滑块2的后表面左部和后表面右部固定。工作时，首先向后拉动带滑轮的滑块，带滑轮的滑块由此将两个弹簧压缩变形。然后松开带滑轮的滑块，两个弹簧由此推动带滑轮的滑块沿着纵向直线导轨向前快速移动。
具体实施时，所述温度传感器7为热电偶（热电偶的类型既可以为标准化分度热电偶，例如S型热电偶、R型热电偶、B型热电偶、K型热电偶、N型热电偶、J型热电偶，也可以为非标准分度热电偶，例如钨铼系热电偶、铂铑系热电偶、铱铑系热电偶。热电偶的结构既可以为带金属护套式，也可以为裸露式）。所述数据显示装置11为嵌入式系统或计算机。所述火焰温度源12为丁烷枪或酒精喷灯。
实施例二
一种温度传感器的响应时间标定装置，包括纵向直线导轨1、带滑轮的滑块2、竖向小挡板3、竖向大挡板4、快速吸附片5、快速弹射装置6、温度传感器7、补偿导线8、信号采集与处理集成电路9、数据传输线10、数据显示装置11、火焰温度源12；
其中，带滑轮的滑块2滑动安装于纵向直线导轨1上；
竖向小挡板3的后表面下部与带滑轮的滑块2的前表面固定；
竖向大挡板4的下表面中部与纵向直线导轨1的上表面前部固定，且竖向大挡板4的后表面与竖向小挡板3的前表面相互平行；
快速吸附片5的数目为两个；两个快速吸附片5分别贴附固定于竖向小挡板3的前表面下部和竖向大挡板4的后表面下部，且两个快速吸附片5相互正对；
快速弹射装置6安装于带滑轮的滑块2的后侧；
温度传感器7横向固定于带滑轮的滑块2的上表面，且温度传感器7的输出端和测量端分别超出带滑轮的滑块2的左表面和右表面；
信号采集与处理集成电路9的输入端通过补偿导线8与温度传感器7的输出端连接；
数据显示装置11的输入端通过数据传输线10与信号采集与处理集成电路9的输出端连接；
火焰温度源12安装于温度传感器7的测量端的滑动轨迹上，且火焰温度源12与竖向大挡板4的后表面之间的纵向距离等于温度传感器7与竖向小挡板3的前表面之间的纵向距离。
在本实施例中，所述快速弹射装置6为非固定式碰撞弹射装置；该非固定式碰撞弹射装置包括一个驱动滑块；驱动滑块滑动安装于纵向直线导轨1上，且驱动滑块位于带滑轮的滑块2的后侧。工作时，向前快速推动驱动滑块，驱动滑块与带滑轮的滑块由此发生快速碰撞，由此使得带滑轮的滑块沿着纵向直线导轨向前快速移动。
具体实施时，所述温度传感器7为热电偶（热电偶的类型既可以为标准化分度热电偶，例如S型热电偶、R型热电偶、B型热电偶、K型热电偶、N型热电偶、J型热电偶，也可以为非标准分度热电偶，例如钨铼系热电偶、铂铑系热电偶、铱铑系热电偶。热电偶的结构既可以为带金属护套式，也可以为裸露式）。所述数据显示装置11为嵌入式系统或计算机。所述火焰温度源12为丁烷枪或酒精喷灯。

Claims (6)

1.一种温度传感器的响应时间标定装置，其特征在于：包括纵向直线导轨（1）、带滑轮的滑块（2）、竖向小挡板（3）、竖向大挡板（4）、快速吸附片（5）、快速弹射装置（6）、温度传感器（7）、补偿导线（8）、信号采集与处理集成电路（9）、数据传输线（10）、数据显示装置（11）、火焰温度源（12）；
其中，带滑轮的滑块（2）滑动安装于纵向直线导轨（1）上；
竖向小挡板（3）的后表面下部与带滑轮的滑块（2）的前表面固定；
竖向大挡板（4）的下表面中部与纵向直线导轨（1）的上表面前部固定，且竖向大挡板（4）的后表面与竖向小挡板（3）的前表面相互平行；
快速吸附片（5）的数目为两个；两个快速吸附片（5）分别贴附固定于竖向小挡板（3）的前表面下部和竖向大挡板（4）的后表面下部，且两个快速吸附片（5）相互正对；
快速弹射装置（6）安装于带滑轮的滑块（2）的后侧；
温度传感器（7）横向固定于带滑轮的滑块（2）的上表面，且温度传感器（7）的输出端和测量端分别超出带滑轮的滑块（2）的左表面和右表面；
信号采集与处理集成电路（9）的输入端通过补偿导线（8）与温度传感器（7）的输出端连接；
数据显示装置（11）的输入端通过数据传输线（10）与信号采集与处理集成电路（9）的输出端连接；
火焰温度源（12）安装于温度传感器（7）的测量端的滑动轨迹上，且火焰温度源（12）与竖向大挡板（4）的后表面之间的纵向距离等于温度传感器（7）与竖向小挡板（3）的前表面之间的纵向距离。
2.根据权利要求1所述的一种温度传感器的响应时间标定装置，其特征在于：所述快速弹射装置（6）为固定式弹射装置；该固定式弹射装置包括两个相互对称的弹簧；两个弹簧的后端分别与纵向直线导轨（1）的左表面后部和右表面后部固定；两个弹簧的前端分别与带滑轮的滑块（2）的后表面左部和后表面右部固定。
3.根据权利要求1所述的一种温度传感器的响应时间标定装置，其特征在于：所述快速弹射装置（6）为非固定式碰撞弹射装置；该非固定式碰撞弹射装置包括一个驱动滑块；驱动滑块滑动安装于纵向直线导轨（1）上，且驱动滑块位于带滑轮的滑块（2）的后侧。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种温度传感器的响应时间标定装置，其特征在于：所述温度传感器（7）为热电偶。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种温度传感器的响应时间标定装置，其特征在于：所述数据显示装置（11）为嵌入式系统或计算机。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种温度传感器的响应时间标定装置，其特征在于：所述火焰温度源（12）为丁烷枪或酒精喷灯。
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