CN106932111A - 一种快速传导热传感器结构和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速传导热传感器结构，包括快速热响应传感器和热传导体，所述快速热响应传感器与热传导体焊接在一起，所述热传导体未与快速热响应传感器焊接的一面呈弧面圆台体结构；所述弧面圆台体结构的中心设有热传导孔；所述热传导孔在加温加压条件下通过注入金属导体与所述快速热响应传感器的感测量元件熔封为一体；所述弧面圆台体结构内还设有多个排列均匀的热流通道孔；所述热流通道孔分布在所述热传导孔的两侧。本发明还涉及上述快速传导热传感器结构的制作方法。本发明能够有效地加快传感器的热传导从而达到加速热平衡的效果。
Description
技术领域
本发明涉及温度测量技术领域，特别是涉及一种快速传导热传感器结构和方法。
背景技术
温度是反映物体冷热状态的物理参数，温度是与人类生活息息相关的物理量。在2000多年前，人类就开始为检测温度进行了各种努力，并开始使用温度传感器检测温度，人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系，工业生产自动化流程,温度测量点要占全部测量点的一半左右，因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件，在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快的传感器之一。
温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类：一类是接触式温度传感器，另一类是非接触式温度传感器。接触式温度传感器的测量元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，显示值即为被测对象的温度。这种测量方法精度比较高，并可测量物体内部的温度分布。近年来，随着工业生产效率的不断提高，自动化水平与范围的不断扩大，对温度检测技术的要求也愈来愈高，各国专家都在有针对性地竞相开发各种特殊而实用的测量技术，提升温度传感器的快速响应性能，已达到测温精准的目的。
速导热传感器通过在快速热响应传感器基础上增加热传导体的结构和方法，加速传感器的热传导和对流效果以快速达到热平衡为目的，精确测量被测介质动态温度，保证测量的准确性和有效性。
目前，常用的提高传感器热传导的方式通常有：一是在传感器测温元件与保护管之间填充氧化镁或氧化铝粉，二是在传感器测温元件与保护管之间填充导热硅脂。这两种方法通过填充物替代空气传导热有一定的导热效果，但是这种导热效果并不显著，而且由于填充工艺作业的偏差(填充物的疏密)会产生不稳定的导热指标，从而影响传感器的热响应性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种快速传导热传感器结构和方法，能够有效地加快传感器的热传导从而达到加速热平衡的效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种快速传导热传感器结构，包括快速热响应传感器和热传导体，所述快速热响应传感器与热传导体焊接在一起，所述热传导体未与快速热响应传感器焊接的一面呈弧面圆台体结构；所述弧面圆台体结构的中心设有热传导孔；所述热传导孔在加温加压条件下通过注入金属导体与所述快速热响应传感器的感测量元件熔封为一体；所述弧面圆台体结构内还设有多个排列均匀的热流通道孔；所述热流通道孔分布在所述热传导孔的两侧。
所述热传导体采用耐高温和腐蚀的金属材料制成。
所述热传导孔的孔径为Φ1.1～Φ2.1。
所述热流通道孔与水平呈15°角。
所述热传导孔在加温加压条件下通过注入金属导体与所述快速热响应传感器的感测量元件测量端的5～8mm部分熔封为一体。
所述热流通道孔的密度为2.3～2.65个/cm3。
所述热流通道孔的截面为圆形或椭圆形。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种上述快速传导热传感器结构的制作方法，在快速热响应传感器的测温端部加装热传导体，并通过激光进行焊接连接，在热传导体的热传导孔内在加温加压条件下注入金属导体将快速热响应传感器的感测量元件熔封为一体，并在热传导体上分布均匀排列的用于辅助加速热传导的热流通道孔，当被测量介质通过热传导体时，金属导体的导热性能与导热体上具有集热效果的热流通道孔加速了传感器的热传导以达到热平衡的效果。
其中，注入的金属导体为银金属导体，导热系数为429W/mK。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过在快速热响应传感器的测温端部加装热传导体，并热传导体上设置热传导孔和热流通道孔，实现了加快传感器的热传导从而达到加速热平衡的功能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明使用时的工作原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种快速传导热传感器结构，如图1所示，包括快速热响应传感器5和热传导体1，所述快速热响应传感器5与热传导体1焊接在一起，所述热传导体1未与快速热响应传感器5焊接的一面呈弧面圆台体结构；所述弧面圆台体结构的中心设有热传导孔2；所述热传导孔2在加温加压条件下通过注入金属导体与所述快速热响应传感器5的感测量元件4熔封为一体；所述弧面圆台体结构内还设有多个排列均匀的热流通道孔3；所述热流通道孔3分布在所述热传导孔2的两侧。
由此可见，本发明通过在快速热响应传感器测温端部加装热传导体的结构实现了加快传感器的热传导从而达到加速热平衡的功能。
由于速导热传感器需要在高温环境下进行工作，因此所述热传导体可采用耐高温材料制成，耐高温材料可达900℃高温。
上述快速传导热传感器结构制作方法如下：在快速热响应传感器的测温端部加装热传导体，并通过激光进行焊接连接，在热传导体的热传导孔内在加温加压条件下注入金属导体将快速热响应传感器的感测量元件熔封为一体，并在热传导体上分布均匀排列的用于辅助加速热传导的热流通道孔，当被测量介质通过热传导体时，金属导体的导热性能与导热体上具有集热效果的热流通道孔加速了传感器的热传导以达到热平衡的效果。其中，金属导体可以选用银金属导体，其导热系数为429W/mK。
为了确保热传导体具有加速传导热的功效，所述热传导孔在加温加压条件下注入银金属导体将快速热响应传感器感测量元件熔封为一体，并且由所述分布均匀的热流通道孔辅助传导热。
在使用上述的速导热传感器进行加速热传导方法时，先将快速热响应传感器与热传导体由激光焊接连接，如图2所示，当被测量介质通过所述热传导体时，所述热传导体的热传导孔内在加温加压条件下注入银金属导体将快速热响应传感器测量元件部分熔封为一体的状态下，并在所述热传导体上分布均匀的具有集热效果的热流通道孔的作用下，加速传感器的热传导从而达到快速热平衡的可靠实施。
通过实验测得，其传导热效果为：热传导快速，集热效果显著，传感器的热响应时间比现有的填充氧化镁或氧化铝粉的方法快5倍，比填充导热硅脂的方法快0.8倍。由此可见，采用现有的填充氧化镁或氧化铝粉、导热硅脂材料的方法均无法达到速导热传感器如此快速的热响应时间。
为了达到最佳的导热效果，所述热传导孔2的孔径可以为通孔Φ1.1～Φ2.1，所述热流通道孔3的密度(即单位面积的热流通道孔个数)为2.3～2.65(个/cm3)，所述热流通道孔3与水平呈15°角分布排列，且截面为圆形或椭圆形，所述热传导孔2在加温加压条件下注入银金属导体将快速热响应传感器5的感测量元件4的测量端5～8mm部分熔封为一体。
当采用上述参数的热传导体进行实验时，传感器的热响应时间比现有的填充氧化镁或氧化铝粉的方法快5.7倍，比填充导热硅脂的方法快1倍。由此可见，采用现有的填充氧化镁或氧化铝粉、导热硅脂材料的方法均无法达到速导热传感器如此快速的热响应时间。
Claims (9)
1.一种快速传导热传感器结构，包括快速热响应传感器(5)和热传导体(1)，其特征在于，所述快速热响应传感器(5)与热传导体(1)焊接在一起，所述热传导体(1)未与快速热响应传感器(5)焊接的一面呈弧面圆台体结构；所述弧面圆台体结构的中心设有热传导孔(2)；所述热传导孔(2)在加温加压条件下通过注入金属导体与所述快速热响应传感器(5)的感测量元件(4)熔封为一体；所述弧面圆台体结构内还设有多个排列均匀的热流通道孔(3)；所述热流通道孔(3)分布在所述热传导孔(2)的两侧。
2.根据权利要求1所述的快速传导热传感器结构，其特征在于，所述热传导体(1)采用耐高温和腐蚀的金属材料制成。
3.根据权利要求1所述的快速传导热传感器结构，其特征在于，所述热传导孔(2)的孔径为Φ1.1～Φ2.1。
4.根据权利要求1所述的快速传导热传感器结构，其特征在于，所述热流通道孔(3)与水平呈15°角。
5.根据权利要求1所述的快速传导热传感器结构，其特征在于，所述热传导孔(2)在加温加压条件下通过注入金属导体与所述快速热响应传感器(5)的感测量元件(4)测量端的5～8mm部分熔封为一体。
6.根据权利要求1所述的快速传导热传感器结构，其特征在于，所述热流通道孔(3)的密度为2.3～2.65个/cm3。
7.根据权利要求1所述的快速传导热传感器结构，其特征在于，所述热流通道孔(3)的截面为圆形或椭圆形。
8.一种如权利要求1-7中任一所述快速传导热传感器结构的制作方法，其特征在于，在快速热响应传感器的测温端部加装热传导体，并通过激光进行焊接连接，在热传导体的热传导孔内在加温加压条件下注入金属导体将快速热响应传感器的感测量元件熔封为一体，并在热传导体上分布均匀排列的用于辅助加速热传导的热流通道孔，当被测量介质通过热传导体时，金属导体的导热性能与导热体上具有集热效果的热流通道孔加速了传感器的热传导以达到热平衡的效果。
9.根据权利要求8所述的快速传导热传感器结构的制作方法，其特征在于，注入的金属导体为银金属导体，导热系数为429W/mK。
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