CN106768420A - 一种陶瓷温度传感器及其控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷温度传感器及其控制装置，包括硼化物复合陶瓷感温元件、硼化物复合陶瓷保护管以及引线体，硼化物复合陶瓷感温元件设置在硼化物复合陶瓷保护管内，在硼化物复合陶瓷感温元件与硼化物复合陶瓷保护管内壁之间填充耐高温绝缘材料，硼化物复合陶瓷感温元件一端通过引线体引出。本发明不仅可以在氧化气氛下(空气中) 使用到2000℃，而且，在真空和惰性气体条件下，使用温度理论上可以达到2800℃。

Description

一种陶瓷温度传感器及其控制装置
技术领域
本发明涉及一种温度传感器，具体是一种陶瓷温度传感器及其控制装置。
背景技术
二硼化锆复合陶瓷材料是指以二硼化锆作为复合陶瓷的基体材料和碳化硅等添加材料，通过2000℃以上热压烧结或者常压烧结的方法，制作而成的二硼化锆复合陶瓷材料。研究文献可以发现超高温陶瓷材料是一类具有较高熔点(＞3000℃)以及其他优良性能的过渡金属的硼化物和碳化物陶瓷材料。二硼化锆作为超高温陶瓷材料的一种，它具有高熔点、高硬度、良好的导电性、导热性等诸多优点，广泛应用于高温结构陶瓷材料、耐火材料、电极材料以及核控制材料等领域中。但其脆性大，弯曲强度不高，高温下易氧化等缺点，制约了其应用范围。为此，人们采用多种改进手段开发不同类型的ZrB2基复合陶瓷；ZrB2-SiC复合陶瓷作为超高温陶瓷材料的一种，它的耐氧化性得到了一定的提高，而且，已经应用于国防科技领域，取得了较好的抗氧化效果，基于ZrB2-SiC复合陶瓷材料具有高熔点、高硬度、良好的导电性、导热性的特点。现已有报道，ZrB2-SiC复合陶瓷材料，可以通过多种成型的方式来实现，可以在真空条件和气氛条件下烧结而成。工业用铂铑-铂铑热电偶(B型)的在空气中的最高使用温度为1800℃，虽然，钨铼热电偶在真空或者惰性气体下的使用温度可以达到2200℃以上，但是，由于钨铼材料的抗氧化性较差，对氧含量较为敏感，试验中观察到，当惰性气体有微量的氧气，即使氧含量在(1～2)×10-6时，钨铼热电偶也会发生漂移。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷温度传感器及其控制装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种陶瓷温度传感器及其控制装置，包括硼化物复合陶瓷感温元件、硼化物复合陶瓷保护管以及引线体，硼化物复合陶瓷感温元件设置在硼化物复合陶瓷保护管内，在硼化物复合陶瓷感温元件与硼化物复合陶瓷保护管内壁之间填充耐高温绝缘材料，硼化物复合陶瓷感温元件一端通过引线体引出，在引线体一端的硼化物复合陶瓷保护管端部设置有接线盒；所述控制装置包括芯片U1、电阻R1、开关S1、继电器K、熔断器FU、电容C1和恒温控制器ST1，所述熔断器FU一端连接220V交流电一端，220V交流电另一端连接开关S1，开关S1另一端连接电阻R2，电阻R2另一端分别连接继电器K触点K-1、整流桥Q引脚1和加热器H2，继电器K触点K-1另一端连接加热器H1，加热器H1另一端分别连接加热器H2另一端、电阻R1、电容C1和恒温控制器ST1，恒温控制器ST1另一端连接熔断器FU另一端，所述电阻R1另一端分别连接电容C1另一端和整流桥Q引脚1，整流桥Q引脚2分别连接电容C2、二极管D1负极、开关S2、电阻R3、二极管D3负极、芯片U1引脚8、继电器K线圈、芯片U1引脚4和电阻R6，整流桥Q引脚4连接电阻R7，电阻R7另一端分别连接电容C2另一端、二极管D1正极、电阻R4、电容C3、芯片U1引脚1、电容C4和发光二极管D5负极，电容C3另一端分别连接电阻R4、电阻R5和二极管D2负极，二极管D2正极分别连接开关S2另一端、恒温控制器ST2和芯片U1引脚6，恒温控制器ST2另一端连接电阻R3另一端，芯片U1引脚7分别连接二极管D3正极和继电器K线圈另一端，芯片U1引脚2连接电阻R5另一端，所述电阻R6另一端连接发光二极管D4正极，发生光二极管D4负极分别连接电阻R8和芯片U1引脚3，所述芯片U1型号为NE555。
作为本发明进一步的方案：所述硼化物复合陶瓷感温元件(6)为“U”形结构。
作为本发明进一步的方案：所述硼化物复合陶瓷感温元件为直棒形结构。
作为本发明进一步的方案：所述的硼化物复合陶瓷感温元件(6)由二硼化锆复合陶瓷材料制成。
作为本发明进一步的方案：所述的硼化物复合陶瓷感温元件由二氧化锆基材料制成。
作为本发明进一步的方案：所述的硼化物复合陶瓷保护管(2)的材料由二硼化锆复合陶瓷材料制成。
作为本发明再进一步的方案：所述的硼化物复合陶瓷保护管(2)的材料由二氧化锆基材料制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明不仅可以在氧化气氛下 ( 空气中) 使用到2000℃，而且，在真空和惰性气体条件下，使用温度理论上可以达到2800℃。
附图说明
图1为陶瓷温度传感器的结构示意图。
图2为陶瓷温度传感器及其控制装置中控制装置的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种陶瓷温度传感器及其控制装置，包括硼化物复合陶瓷感温元件6、硼化物复合陶瓷保护管2以及引线体5，硼化物复合陶瓷感温元件6设置在硼化物复合陶瓷保护管2内，在硼化物复合陶瓷感温元件6与硼化物复合陶瓷保护管2内壁之间填充耐高温绝缘材料1，硼化物复合陶瓷感温元件6一端通过引线体引5出，在引线体5一端的硼化物复合陶瓷保护管2端部设置有接线盒3；所述控制装置包括芯片U1、电阻R1、开关S1、继电器K、熔断器FU、电容C1和恒温控制器ST1，所述熔断器FU一端连接220V交流电一端，220V交流电另一端连接开关S1，开关S1另一端连接电阻R2，电阻R2另一端分别连接继电器K触点K-1、整流桥Q引脚1和加热器H2，继电器K触点K-1另一端连接加热器H1，加热器H1另一端分别连接加热器H2另一端、电阻R1、电容C1和恒温控制器ST1，恒温控制器ST1另一端连接熔断器FU另一端，所述电阻R1另一端分别连接电容C1另一端和整流桥Q引脚1，整流桥Q引脚2分别连接电容C2、二极管D1负极、开关S2、电阻R3、二极管D3负极、芯片U1引脚8、继电器K线圈、芯片U1引脚4和电阻R6，整流桥Q引脚4连接电阻R7，电阻R7另一端分别连接电容C2另一端、二极管D1正极、电阻R4、电容C3、芯片U1引脚1、电容C4和发光二极管D5负极，电容C3另一端分别连接电阻R4、电阻R5和二极管D2负极，二极管D2正极分别连接开关S2另一端、恒温控制器ST2和芯片U1引脚6，恒温控制器ST2另一端连接电阻R3另一端，芯片U1引脚7分别连接二极管D3正极和继电器K线圈另一端，芯片U1引脚2连接电阻R5另一端，所述电阻R6另一端连接发光二极管D4正极，发生光二极管D4负极分别连接电阻R8和芯片U1引脚3，所述芯片U1型号为NE555。所述硼化物复合陶瓷感温元件6为“U”形结构。所述硼化物复合陶瓷感温元件为直棒形结构。所述的硼化物复合陶瓷感温元件6由二硼化锆复合陶瓷材料制成。所述的硼化物复合陶瓷感温元件由二氧化锆基材料制成。所述的硼化物复合陶瓷保护管2的材料由二硼化锆复合陶瓷材料制成。所述的硼化物复合陶瓷保护管2的材料由二氧化锆基材料制成。
本发明主要包括硼化物复合陶瓷感温元件6、硼化物复合陶瓷保护管2以及引线体5，硼化物复合陶瓷感温元件6设置在硼化物复合陶瓷保护管2内，在硼化物复合陶瓷感温元件与硼化物复合陶瓷保护管内壁之间填充耐高温绝缘材料1，硼化物复合陶瓷感温元件6一端通过引线体5引出，在引线体5一端的硼化物复合陶瓷保护管端部设置有接线盒3及引线柱4。所述的硼化物复合陶瓷感温元件为“U”形或直棒形结构，本实施例采用“U”形结构。本发明所述的硼化物复合陶瓷感温元件6可由二硼化锆复合陶瓷材料制成，也可用二氧化锆基材料制成。本实施例采用二硼化锆复合陶瓷材料制成。所述的硼化物复合陶瓷保护管的材料由二硼化锆复合陶瓷材料制成，也可由二氧化锆基材料制成。本实施例采用二硼化锆复合陶瓷材制成。所述的引线体5为铂铑丝，也可以为其他导电陶瓷。
制作方法：以二硼化锆复合陶瓷材为例，首先把二硼化锆复合陶瓷材料制作成“U”形感温器，“U”形感温器的长度可以根据用户需要制作，“U”形感温器的两根柱可以是圆形也可以是方形，两根柱之间宽度为3-10mm，两根柱底部的半球状或者方柱体连接在一起，连接的方式可以是螺丝型连接，也可以固化在一起。“U”形感温器的顶端制作一个螺丝孔，引线体焊接在同种材质的螺丝上，引线体通过螺丝和螺丝孔固定相连，或者通过焊接相连，引线体上穿上陶瓷珠和感温器一起放置在保护管内，感温器和保护管之间填充耐高温绝缘填充材料并封好保护管口，保护管可以直接和接线盒相连，也可以用其他陶瓷管增加长度后在和接线盒相连，两根引线体5的另一端接在接线柱4上，二硼化锆复合陶瓷温度传感器和热电信号转换器相接。
本发明电路原理如下：接通220V交流电源电压后，主要经电阻R1、电容C1降压，电阻R2限流，整流桥Q整流，电容C1滤波，以及二极管D1稳压，形成12V直流电压，加到NE555的8脚与1脚上，为单时基集成电路NE555提供直流工作电压。同时，12V电压经串联的电阻R3、恒温控制器ST2、二极管D2和电阻R4分压后，分别加到NE555的5脚与2脚，使NE555的6脚与2脚为高电压，于是控制NE555输出端的3脚和放电端7脚为低电压，NE555的7脚的低电压使继电器K线圈加上12V电源电压，继电器K线圈得电后触点K-1吸合，又将220V电源电压加到加热器H1上，使热水器加热烧水，同时，因NE555的3脚为低电压，又使红色发光管D4正向导通点亮，指示热水器工作在烧水状态。当热水器内水温升高到100℃时，100℃的KSD201型恒温控制器ST2的内阻自动变为很大，相当于一个开关自动断开，于是NE555的2脚、6脚失去电压，又使NE555内电路翻转，NE5553脚、7脚便由原来输出的低电压转变为高电压，这时继电器K线圈就无电流通过，其触点K-1端口，加热器H1便失去了220V电源电压而停止加热。这时的热水器就靠加热器H2继续给水加热，以维持水的温度。当NE555的3脚输出为高电压时，红色发光二极管4就失去电压而截止，绿色发光二极管D5则通过电阻R7正偏得电，于是绿色发光二极管D5点亮发出绿光，指示热水器工作在保温的状态。如果需要，在水温降低后还可按一下再烧水(再沸腾)开关S2，即可人工启动电路再烧水，使水温又升高。这时，12V电源便通过二极管D2向电容C3进行瞬间充电，同时使NE555的2脚、5脚再次为高电压，NE555内部电路又翻转使其3脚、7脚再次输出低电压，继电器K线圈也再次得电使其触点K-1吸合。在进行人工控制后，又给热水器内加热器H1再次加热，与此同时，电容C3通过电阻R4放电，使NE555的2脚电压下降，约经过50秒钟(放电时间取决于C3和R4)，在NE555的2脚电压下降到电源电压的三分之一时，NE555内部电路再次翻转，其3脚、7脚又转变为输出高电压，继电器K触点K-1，加热器H1停止加热。在热水器中加热器H1间断得电加热时，加热器H2始终通电加热。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种陶瓷温度传感器及其控制装置，包括硼化物复合陶瓷感温元件(6)、硼化物复合陶瓷保护管(2)以及引线体(5)，其特征在于，硼化物复合陶瓷感温元件(6)设置在硼化物复合陶瓷保护管(2)内，在硼化物复合陶瓷感温元件(6)与硼化物复合陶瓷保护管(2)内壁之间填充耐高温绝缘材料(1)，硼化物复合陶瓷感温元件(6)一端通过引线体引(5)出，在引线体(5)一端的硼化物复合陶瓷保护管(2)端部设置有接线盒(3)；所述控制装置包括芯片U1、电阻R1、开关S1、继电器K、熔断器FU、电容C1和恒温控制器ST1，所述熔断器FU一端连接220V交流电一端，220V交流电另一端连接开关S1，开关S1另一端连接电阻R2，电阻R2另一端分别连接继电器K触点K-1、整流桥Q引脚1和加热器H2，继电器K触点K-1另一端连接加热器H1，加热器H1另一端分别连接加热器H2另一端、电阻R1、电容C1和恒温控制器ST1，恒温控制器ST1另一端连接熔断器FU另一端，所述电阻R1另一端分别连接电容C1另一端和整流桥Q引脚1，整流桥Q引脚2分别连接电容C2、二极管D1负极、开关S2、电阻R3、二极管D3负极、芯片U1引脚8、继电器K线圈、芯片U1引脚4和电阻R6，整流桥Q引脚4连接电阻R7，电阻R7另一端分别连接电容C2另一端、二极管D1正极、电阻R4、电容C3、芯片U1引脚1、电容C4和发光二极管D5负极，电容C3另一端分别连接电阻R4、电阻R5和二极管D2负极，二极管D2正极分别连接开关S2另一端、恒温控制器ST2和芯片U1引脚6，恒温控制器ST2另一端连接电阻R3另一端，芯片U1引脚7分别连接二极管D3正极和继电器K线圈另一端，芯片U1引脚2连接电阻R5另一端，所述电阻R6另一端连接发光二极管D4正极，发生光二极管D4负极分别连接电阻R8和芯片U1引脚3，所述芯片U1型号为NE555。
2.根据权利要求1所述的陶瓷温度传感器及其控制装置，其特征在于，所述硼化物复合陶瓷感温元件(6)为“U”形结构。
3.根据权利要求1所述的陶瓷温度传感器及其控制装置，其特征在于，所述硼化物复合陶瓷感温元件为直棒形结构。
4.根据权利要求1所述的陶瓷温度传感器及其控制装置，其特征在于，所述的硼化物复合陶瓷感温元件(6)由二硼化锆复合陶瓷材料制成。
5.根据权利要求1所述的陶瓷温度传感器及其控制装置，其特征在于，所述的硼化物复合陶瓷感温元件由二氧化锆基材料制成。
6.根据权利要求1所述的陶瓷温度传感器及其控制装置，其特征在于，所述的硼化物复合陶瓷保护管(2)的材料由二硼化锆复合陶瓷材料制成。
7.根据权利要求1所述的陶瓷温度传感器及其控制装置，其特征在于，所述的硼化物复合陶瓷保护管(2)的材料由二氧化锆基材料制成。
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