CN105758540A - 一种温度检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度检测装置及检测方法，所述装置其具有：感温部件，该感温部件用于将待测物的热量传导至感温部件内部并将所获得的热量转化为对应的压力后传导至压电转换部件；压电转换部件，该压电转换部件连接所述感温部件，用于将所述感温部件传导的压力转化为对应的电流信号后发送至电流检测单元；电流检测单元，该电流检测单元连接所述压电转换部件，用于测量并显示所述电流信号。本发明能够实现物质温度的实时测量及显示，有效提高了温度测量的准确度、灵敏度以及便携度；且价格低廉，特别适用于高灵敏度、低温大量程和恶劣环境下的温度测量使用。

Description

一种温度检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于涉及温度测量领域，具体的说是涉及一种新型的温度检测装置及温度检测方法。

背景技术

温度是物质的一个重要状态参数，其测量对于人们的日常生活、工业生产以及科学研究等各个领域都有着十分重要的意义，因此，温度测量装置和方法也一直被人们广为关注，其应用也已经从生活和一般工业生产领域扩展到了船舶与海洋工程、航空航天、石油、化工等环境复杂的特种应用领域。

目前，用于测量温度的方法主要有以下几种形式：

1)膨胀式：该方法是利用物质的热胀冷缩原理即根据物体体积或几何形变与温度的关系进行温度测量；其中典型的膨胀式温度检测装置，如热胀冷缩式温度计包括玻璃液体温度计、双金属膨胀式温度计和压力式温度计等；其优点为结构简单，价格低廉，可直接读数，使用方便，非电量测量方式，适用于防爆场合；缺点是准确度比较低，不易实现自动化，而且容易损坏。

2)热敏电阻式：该方法是利用热敏电阻阻值随温度变化会造成大的阻值改变进行温度测量。其优点是原理简单，生产成本低，在船舶上获得了较为普遍的应用。但其缺点是很不结实，大电流会造成自热，造成自热误差；此外，如果热敏电阻暴露在高热中，将导致永久性的损坏。

3)热电偶式：该方法是利用“热电效应”：两种不同的导体组成一个回路，连接两结点处的温度不同将导致回路中产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关；其缺点是灵敏度低，对污染非常敏感，价格昂贵。

4)红外式：在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时，由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波，其中就包含了波段位于0.75～100μm的红外线，红外温度传感器就是利用这一原理制作而成的；该方法为非接触式测温，但其准确度不高，容易受环境因素干扰。

5)光电式：该方法通过接触被测对象,将温度变化引起的热辐射或其他光电信号引出，通过光电转换器件检测该信号，从而获得测温结果。这种方法不像电量式测量方法容易受到电磁的干扰，可以在电磁环境下进行温度测量；缺点是会干扰被测对象的温度，带来接触式测温方法引起的一些误差。

综上所述，目前应用的温度测量装置及其温度测量方法都具有一定的局限性，不能很好的适用于高灵敏度、低温大量程和恶劣环境下的温度测量需求。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种新型的温度检测装置，该装置有效提高了温度测量的准确度、灵敏度，其适用于高灵敏度、低温大量程和恶劣环境下的温度测量使用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种温度检测装置，其特征在于：

具有

感温部件，该感温部件用于将待测物的热量传导至感温部件内部并将所获得的热量转化为对应的压力后传导至压电转换部件；

压电转换部件，该压电转换部件连接所述感温部件，用于将所述感温部件传导的压力转化为对应的电流信号后发送至电流检测单元；

电流检测单元，该电流检测单元连接所述压电转换部件，用于测量并显示所述电流信号。

进一步的，所述感温部件具有：

用于与待测物进行热量传导的感温探头，且该感温探头内部充装有制冷剂；

一端连通所述感温探头，另一端连通所述压电转换部件的压力传导管；

所述感温探头接触待测物进行热量传导时，感温探头内部充装的制冷剂蒸发产生的气态制冷剂经由所述压力传导管将各自对应的压力传导至压电转换部件，且内部充装的制冷剂能够因当前待测物测量的温度不同进行不同程度的蒸发。

优选的，所述感温探头、压力传导管选用铜质材料，所述制冷剂选用制冷剂R-134a。

进一步的，所述压电转换部件为微流控芯片，其具有：

底片以及与所述底片封接为一体的刻有微通道的有机玻璃芯片，其包括

两端分别通过储液孔A、储液孔B与所述电流检测单元构成检测回路的主通道；

以及通过储液孔C与所述压力传导管连接的检测通道，且所述检测通道与所述主通道垂直相连通于所述主通道中间位置处，以构成用于进行电流信号检测的检测区域；

其中，所述检测通道内充装有油液，储液孔A、储液孔B、主通道以及检测区域内均充装有PBS溶液。

优选的，所述储液孔C与所述压力传导管通过螺纹接头连接，所述螺纹接头包括：

用于与所述压力传导管螺纹连接的连接部；

以及与所述储液孔C过盈配合连接的基座。

进一步的，所述电流检测单元具有：

与所述储液孔A连接，用于为检测回路提供回路电压的直流电源；

与所述储液孔B连接，用于测量并显示当前检测回路的电流值的电流检测元件；

以及分别与所述直流电源、电流检测元件连接的可变电阻元件。

优选的，所述电流检测元件采用皮安表。

本发明的目的是还要提供一种新型的温度检测方法，其包括

S1、利用感温部件将待测物的热量传导至感温部件内部并将所获得的热量转化为对应的压力后传导至压电转换部件；

S2、将所述感温部件传导的压力转化为对应的电流信号后发送至电流检测单元；

S3、测量并显示所述电流信号，以获得与所述电流信号对应的温度值。

进一步的，所述感温部件具有：

用于与待测物进行热量传导的感温探头，且该感温探头内部充装有制冷剂；

一端连通所述感温探头，另一端连通所述压电转换部件的压力传导管；

所述感温探头接触待测物进行热量传导时，感温探头内部充装的制冷剂蒸发产生的气态制冷剂经由所述压力传导管将各自对应的压力传导至压电转换部件，且内部充装的制冷剂能够因当前待测物测量的温度不同进行不同程度的蒸发。

优选的，所述感温探头、压力传导管选用铜质材料，所述制冷剂选用制冷剂R-134a。

进一步的，所述压电转换部件为微流控芯片，其具有：

底片以及与所述底片封接为一体的刻有微通道的有机玻璃芯片，其包括

两端分别通过储液孔A、储液孔B与所述电流检测单元构成检测回路的主通道；

以及通过储液孔C与所述压力传导管连接的检测通道，且所述检测通道与所述主通道垂直相连通于所述主通道中间位置处，以构成用于进行电流信号检测的检测区域；

其中，所述检测通道内充装有油液，储液孔A、储液孔B、主通道以及检测区域内均充装有PBS溶液。

优选的，所述储液孔C与所述压力传导管通过螺纹接头连接，所述螺纹接头包括：

用于与所述压力传导管螺纹连接的连接部；

以及与所述储液孔C过盈配合连接的基座。

进一步的，所述电流检测单元具有：

与所述储液孔A连接，用于为检测回路提供回路电压的直流电源；

与所述储液孔B连接，用于测量并显示当前检测回路的电流值的电流检测元件；

以及分别与所述直流电源、电流检测元件连接的可变电阻元件。

优选的，所述电流检测元件采用皮安表。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明能够实现物质温度的实时测量及显示，有效提高了温度测量的准确度、灵敏度以及便携度；且价格低廉，特别适用于高灵敏度、低温大量程和恶劣环境下的温度测量使用。

附图说明

图1为本发明所述温度检测装置的结构示意图；

图2为本发明所述温度检测装置的感温部件结构示意图；

图3为本发明所述温度检测装置的压电转换部件结构示意图；

图4为本发明所述温度检测装置的螺纹接头结构示意图。

图中：1、感温部件，11、感温探头，12、压力传导管，13、制冷剂，2、压电转换部件，21、主通道，22、检测区域，23、检测通道，24、连接部，25、基座，3、电流检测单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，一种温度检测装置，其具有感温部件1、压电转换部件2以及电流检测单元3；

感温部件1用于将待测物的热量传导至感温部件内部并将所获得的热量转化为对应的压力后传导至压电转换部件2；

压电转换部件2连接所述感温部件1，用于将所述感温部件传导的压力转化为对应的电流信号并发送至电流检测单元3；

电流检测单元3连接所述压电转换部件2，用于测量并显示所述电流信号。

进一步的，如图2，所述感温部件1具有：

用于与待测物进行热量传导的感温探头11，且该感温探头内部充装有制冷剂13(该制冷剂能够因当前待测物测量的温度不同进行不同程度的蒸发，从而使得当该感温探头检测的物质的温度不同时，气态制冷剂经压力传导管传导给所述压电转换部件检测通道的压力不同)，所述感温探头接触待测物时，两者进行热量传导，感温探头内部充装的制冷剂受到所传导的热量影响部分转化为气态制冷剂；同时优选的，所述感温探头采用空心圆柱体结构；需要说明的是本发明所述装置存在一定的温度检测范围，不能应用于检测温度过高的物质。

以及一端连通所述感温探头11，另一端连通所述压电转换部件的压力传导管12；

所述压力传导管12将制冷剂蒸发产生的气态制冷剂传导至压电转换部件，对与其连接的压电转换部件产生对应的压力。

优选的，所述感温探头11、压力传导管12选用铜质材料，所述制冷剂选用制冷剂R-134a。

进一步的，如图3所示，所述压电转换部件为微流控芯片，其具有：

底片以及与所述底片封接为一体的刻有微通道的有机玻璃芯片，其包括

两端分别通过储液孔A、储液孔B与所述电流检测单元构成检测回路的主通道21；以及通过储液孔C与所述压力传导管连接的检测通道23，且所述检测通道23与所述主通道21垂直相连通于所述主通道中间位置处，以构成用于进行电流信号检测的检测区域22；即所述检测区域左右两侧连通主通道，下侧则与检测通道连通，从而构成了一个“T”形检测结构且该“T”形检测结构的三个端点分别与充装有PBS溶液的储液孔A、充装有PBS溶液的储液孔B以及储液孔C连接；同时主通道以及检测区域内也充装有PBS溶液；而所述检测通道内则充装有油液且其内的油液尽量延伸至储液孔C，以保证承接压力传导管传导的压力，在压力进行变化时，对检测通道内的油液产生影响即当压力传导管传导过来的气态制冷剂压力作用在检测通道的油液上时，油水交界面发生移动，从而改变了检测区域的等效电阻，在回路电压不变的情况下进而改变了回路电流。依据此原理，只要测量出回路电流大小就可以求得所测物质温度大小。

由于压电转换部件内的各个通道和检测区域尺寸都是微米级的，因此在实验过程中发现，当检测回路的电压为20V时，检测区域油水界面每移动1μm，则对应的回路电流就会变化0.11μA，因此可以说有效提高了检测温度的灵敏度。

优选的，如图4所示，所述储液孔C与所述压力传导管通过螺纹接头连接，所述螺纹接头包括：

用于与所述压力传导管螺纹连接的连接部24；

以及与所述储液孔C过盈配合连接的基座25。

进一步的，所述电流检测单元3具有：

与所述储液孔A连接，用于为检测回路提供定值回路电压的直流电源；

与所述储液孔B连接，用于测量并显示当前检测回路的电流值的电流检测元件；

以及分别与所述直流电源、电流检测元件连接的用于保护回路的可变电阻元件。

优选的，所述电流检测元件采用皮安表。

具体工作过程为：可将本发明放置于物质表面或内部，以测量物质的温度；即首先利用感温部件将待测物的热量传导至感温部件内部并将所获得的热量转化为对应的压力后传导至压电转换部件；再次将所述感温部件传导的压力转化为对应的电流信号后发送至电流检测单元；最后测量并显示所述电流信号，以获得与所述电流信号对应的温度值。

本发明有如下两种工作状态：

一、当外界温度下降时，感温部件的感温探头内的制冷剂蒸发量减少，从而导致经压力传导管传导的气态制冷剂压力下降，进而导致检测区域油水交界面向检测通道侧发生移动，因此压电转换部件内的检测区域等效电阻减小，最后在检测回路电压不变的情况下，导致检测回路电流增大；通过皮安表即可进行对应的温度检测及显示。

二、当外界温度升高时，感温部件的感温探头内的制冷剂蒸发量增加，从而导致经压力传导管传导的气态制冷剂压力增大，进而导致检测区域油水交界面向检测区域侧发生移动，因此压电转换部件的检测区域等效电阻增大，最后在检测回路电压不变的情况下，导致检测回路电流减小；通过皮安表即可进行对应的温度检测及显示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温度检测装置，其特征在于：具有

感温部件，该感温部件用于将待测物的热量传导至感温部件内部并将所获得的热量转化为对应的压力后传导至压电转换部件；

压电转换部件，该压电转换部件连接所述感温部件，用于将所述感温部件传导的压力转化为对应的电流信号后发送至电流检测单元；

电流检测单元，该电流检测单元连接所述压电转换部件，用于测量并显示所述电流信号。

2.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于：

所述感温部件具有：

用于与待测物进行热量传导的感温探头，且该感温探头内部充装有制冷剂；

一端连通所述感温探头，另一端连通所述压电转换部件的压力传导管。

3.根据权利要求2所述的温度检测装置，其特征在于：

所述感温探头及压力传导管选用铜质材料，所述制冷剂选用制冷剂R-134a。

4.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于：

所述压电转换部件为微流控芯片，其具有：

底片以及与所述底片封接为一体的刻有微通道的有机玻璃芯片，该有机玻璃芯片包括

两端分别通过储液孔A、储液孔B与所述电流检测单元构成检测回路的主通道；

以及通过储液孔C与所述压力传导管连接的检测通道，且所述检测通道与所述主通道垂直相连通于所述主通道中间位置处，以构成用于进行电流信号检测的检测区域；

其中，所述检测通道内充装有油液，储液孔A、储液孔B、主通道以及检测区域内均充装有PBS溶液。

5.根据权利要求4所述的温度检测装置，其特征在于：

所述储液孔C与所述压力传导管通过螺纹接头连接，所述螺纹接头包括：

用于与所述压力传导管螺纹连接的连接部；

以及与所述储液孔C过盈配合连接的基座。

6.根据权利要求4所述的温度检测装置，其特征在于：

所述电流检测单元具有：

与所述储液孔A连接，用于为检测回路提供回路电压的直流电源；

与所述储液孔B连接，用于测量并显示当前检测回路的电流值的电流检测元件；

以及分别与所述直流电源、电流检测元件连接的可变电阻元件。

7.根据权利要求6所述的温度检测装置，其特征在于：

所述电流检测元件采用皮安表。

8.一种温度检测方法，其特征在于：包括

S1、利用感温部件将待测物的热量传导至感温部件内部并将所获得的热量转化为对应的压力后传导至压电转换部件；

S2、将所述感温部件传导的压力转化为对应的电流信号后发送至电流检测单元；

S3、测量并显示所述电流信号，以获得与所述电流信号对应的温度值。

9.根据权利要求8所述的温度检测方法，其特征在于：

所述感温部件具有：

用于与待测物进行热量传导的感温探头，且该感温探头内部充装有制冷剂；

一端连通所述感温探头，另一端连通所述压电转换部件的压力传导管。

10.根据权利要求8所述的温度检测方法，其特征在于：

所述压电转换部件为微流控芯片，其具有：

底片以及与所述底片封接为一体的刻有微通道的有机玻璃芯片，该有机玻璃芯片包括

两端分别通过储液孔A、储液孔B与所述电流检测单元构成检测回路的主通道；

以及通过储液孔C与所述压力传导管连接的检测通道，且所述检测通道与所述主通道垂直相连通于所述主通道中间位置处，以构成用于进行电流信号检测的检测区域；

其中，所述检测通道内充装有油液，储液孔A、储液孔B、主通道以及检测区域内均充装有PBS溶液。