CN107063493B - 双功用测温加温传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种双功用测温加温传感器，旨在提供一种能对被测介质进行加温及测温，使其具有加温及测温双重功能的温度传感器，本发明通过下述技术方案予以实现：在法兰盘式基座上还固联有同侧平行所述测温元件（2）的加热器（1），该加热器管体长度大于测温元件管体长度，伸出法兰盘式基座（3）端面，加热器的出线与测温元件的出线位于同侧，且加热器出线端隔热靠近测温元件，测温元件采用测温元件外壳封装的铂电阻作为感温元件，并位于加热器的非发热段的同侧，与加热器非发热段不接触，工作时，加热器对被测介质进行加温，测温元件对加热后的被测介质进行温度测量，将感受被测介质测的温度信号通过接插件转换成可用输出的温度信号传出。

Description

双功用测温加温传感器

技术领域

本发明涉及一种具有加温及测温功能的温度传感器。

背景技术

温度是表征物体冷热程度的热学物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。自然界中的一切过程无不与温度密切相关。它不仅和我们的生活环境密切相关，在科研及生产过程中，温度的变化对实验及生产的结果也是至关重要的，所以温度传感器是使用最广，数量最多的传感器，在日常生活、工业生产等领域都扮演着十分重要的角色。测温传感器是将温度信息转换成易于传递和处理的电信号的传感器，是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。随着现代科学技术的发展，温度传感器正向高精度、单一检测向多功能和多点检测发展，从被动检测向主动进行信息处理方向发展。传感器属于信息技术的前沿尖端产品 ,尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域 ,数量高居各种传感器之首。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如温度传感器、无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与扩大。近百年来 ,温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段;(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器／控制器；(3)智能温度传感器。通常温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度相关的特性制成的。在温度传感器插入被测量场所的时候，沿着传感器的长度方向将会产生一些热流。当环境温度比较低的时候就会有热量损失。导致温度传感器与被测量介质的温度不一致从而会产生测温误差。温度传感器中接触法测温的基本原理是测温元件要跟被测对象达到一个热度的平衡。所以，在测温的时候我们需要将它们保持一定时间，才能够让两者达到一个热度平衡。而保持时间的长或短，就跟测温元件的热响应时间有关系了。而热响应时间主要取决于温度传感器的结构以及测量的条件，差别很大。因此，一般普通的温度传感器不仅跟不上被测对象的温度变化速度出现滞后，而且还会因为达不到热度平衡而产生一些测量误差。在高温下使用的温度传感器，如果被测量的介质形态为气态时，那么保护管表面沉积的一些灰尘等将烧熔在保护管的表面上，使得保护管加厚，它的热阻抗增大。如果被测介质形态是熔体的时候，在使用的过程当中会有炉渣沉积在上面，不仅增加了温度传感器的响应时间，而且还会让指示温度偏低，从而出现偏差。

温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种。温度传感器主要有四种功能单一的类型：电阻式传感器、热电偶、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。热电阻式传感器是利用导电物体的电阻率随温度而变化的效应制成的传感器。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，它分为金属热电阻和半导体热电阻两大类。常用的热电阻有铂热电阻、热敏电阻和铜热电阻。其中铂电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。金属铂具有电阻温度系数大，感应灵敏；电阻率高，元件尺寸小；电阻值随温度变化而变化基本呈线性关系；在测温范围内，物理、化学性能稳定，长期复现性好，测量精度高，是目前公认制造热电阻的最好材料。但铂在高温下，易受还原性介质的污染，使铂丝变脆并改变电阻与温度之间的线性关系，因此应装在保护套管中。用铂的物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω，电阻变化率为0 .3851Ω/℃，TCR=(R100-R0)/(R0× 100)，R0为0℃的阻值，R100为100℃的阻值，按IEC751国际标准，温度系数TCR=0 .003851，Pt100（R0=100Ω）、Pt1000（R0=1000Ω）为统一设计型铂电阻。铂热电阻的特点是物理化学性能稳定。尤其是耐氧化能力强、测量精度高、应用温度范围广，有很好的重现性，是中低温区（-200℃～650℃）最常用的一种温度检测器。测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上。

热电偶通常是由不受大小和开头的限制，外有保护套管，通过两种不同的金属丝组成的。热电偶是将两种不同的金属丝一端熔合起来，如果给它们的连结点和基准点之间提供不同的温度，就会产生电压，即热电势。这种现象叫做塞贝克效应。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势 ,因而热电偶是利用两种不同的金属丝一端熔合起来 ,构成一个闭合回路 ,在回路中形成一个大小的电流 ,这种现象称为热电效应 ,用这一效应来工作的有源传感器。它能将温度直接转换成热电势，是工业上最常用的温度检测元件之一。缺点是热响应慢，耐振动和耐冲击性差，成本高，不适合测量高温区。

IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法(见光学高温计)、辐射法(见辐射高温计)和比色法(见比色温度计)。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体(吸收全部辐射并不反射光的物体)所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难精确测量。目前，多功能的温度传感器基本局限于温压一体的类型。在某些特殊环境中，需要对被测介质进行加温，并进行实时监测，现有的温度传感器不满足该特殊需求。《电子器件》2015年03期韩晓丹、刘清惓、杨杰在“ 应用于气象探测的双加热温度传感器设计”中公开了一种双加热温度传感器，该传感器利用温度测量元件交替加热测量的方法获得不同风速及降水强度条件下沾水误差与时间常数的变化。通过拟合对应的函数关系可实现沾水误差修正和降水强度测量功能。在一定的风速及降水强度范围内 ,该传感器能使沾水引起的误差从± 0 .3℃降低至± 0 .1℃以下 ,降水强度测量误差低于± 0 .2mm/min。该双加热温度传感器具有消除沾水误差的能力,亦可初步实现降水强度的测量。但不具备加热及测温的双重功能。在地面气象站和探空仪的等探测环境中获得应用，本发明是对现有技术的温度传感器进行的进一步发展和改进。

发明内容

本发明的目的是针对一些需要具备加热及测温的双重功能特殊需求，提供一种使用方便，准确度高、响应速度快，能对被测介质进行加温及测温，使其具有对被测介质进行加温及测温双重功能的温度传感器。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：一种双功用测温加温传感器，包括：轴向固定在法兰盘式基座轴肩台阶上的测温元件，在法兰盘式基座上还固联有同侧平行所述测温元件的加热器，该加热器管体长度大于测温元件管体长度，伸出法兰盘式基座端面，加热器的出线与测温元件的出线位于同侧，且加热器出线端隔热靠近测温元件，测温元件采用测温元件外壳封装的铂电阻作为感温元件，并位于加热器的非发热段的同侧，与加热器非发热段不接触，工作时，加热器对被测介质进行加温，测温元件对加热后的被测介质进行温度测量，将感受被测介质测的温度信号通过接插件转换成可用输出的温度信号传出。

本发明相比于现有技术具有如下效果。

使用方便：本发明针对一些特殊需求的对被测介质，采用轴向固定在法兰盘式基座上的测温元件和同侧平行测温元件的加热器的结构，将被测介质的加温功能与对介质温度的测量功能集于一体，降低了使用该传感器系统的体积与重量方便了加热被测介质的温度测量。

准确度高、响应速度快：本发明采用同轴相连，封装在保护管内的发热段和非发热段，发热段通过非发热段相连加热芯线，加热芯线通过嵌入在法兰盘式基座管体内的气密导管，通过导线连接提供加热电源的接插件，减少了系统中使用的LRU数量，在不降低系统性能与精度的同时，提高了快响应速度。

能对被测介质进行加温及测温：本发明采用加热器对被测介质进行加温，测温元件对加热后的被测介质进行温度测量，将感受被测介质测的温度信号通过接插件转换成可用输出的温度信号传出，使其具备了对被测介质进行加温及测温双重功能，相比现有温度传感器，增加了加温功能。

附图说明

图1是本发明双功用测温加温传感器的构造示意图。

图2是图1显示测温元件结构的局部示意图。

图3是本发明加热器的剖视图。

图中：1加热器，1a发热段，1b非发热段，1c加热芯线，2测温元件，3法兰盘式基座，4接插件，5电缆管，6测温元件外壳，7铂电阻，8灌封胶，9保护管，10气密导管，11导线，12螺钉，13端盖。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

参阅图1，在以下描述的实施例中，种双功用测温加温传感器。包括：轴向固定在法兰盘式基座3上的加热器1、测温元件2、接插件4，其中，主要用于对被测介质进行加温的加热器1采用不锈钢外壳；主要用于对被测介质进行温度测量测温元件2采用不锈钢材料的测温元件外壳6封装，测温元件外壳6连接法兰盘式基座3。法兰盘式基座3材料采用不锈钢用于固定产品与连接其它零部件。接插件4用于提供加热电源，同时将测得信号传出，接插件4与法兰盘式基座3之间采用具有屏蔽功能的电缆管5连接。伸出法兰盘式基座3端面的加热器1管体长度大于测温元件2管体长度。

在法兰盘式基座3上还固联有同侧平行所述测温元件2的加热器1，加热器1包括同轴相连，封装在保护管9内的发热段1a和非发热段1b，发热段1a通过非发热段1b相连加热芯线1c，加热芯线1c通过嵌入在法兰盘式基座3管体内的气密导管10，通过导线11连接提供加热电源的接插件4，工作时，加热器1对被测介质进行加温，测温元件2对加热后的被测介质进行温度测量，将感受被测介质测的温度信号通过接插件4转换成可用输出的温度信号传出。为了满足加热效率，发热段1a绕制成中空螺旋弹簧圈，非发热段1b保持直线状，通过保护管9固联于法兰盘式基座3。当工作时，加热器1对被测介质进行加温，在靠近法兰盘式基座3加热器1附近的测温元件2对加热后的介质进行温度测量，通过接插件4将测得信号传出。达到对被测介质同时进行加热及测温的双重功能。

参阅图2，测温元件2采用铂电阻作为感温元件，并位于加热器1的非发热段1b的同侧，与加热器1非发热段1b不接触。加热器1的出线与测温元件2的出线位于同侧，且加热器1出线端靠近测温元件2的部分不允许加温。测温元件2通过测温元件外壳6封装，垂直通过法兰盘式基座3的管体端面，固联在法兰盘式基座3的管体内，管体内置铂电阻7。为保证铂电阻7不受外界环境影响，铂电阻7管脚连线通过封装在测温元件外壳6内灌封胶8密封固定，通过法兰盘式基座3台阶孔向下连接接插件4将测的温度信号传出，直接表示被测对象的温度。

参阅图3，加热器1包括封装在保护管9非发热段1b，伸出保护管9的发热段1a，由于加热芯线1c强度较差，保证加热器1的机械强度，使用气密导管10作为其连接器件，发热段1a的加热芯线1c通过非发热段1b的灌封胶和法兰盘式基座3内嵌气密导管10可靠连接导线11。在保证绝缘性的同时保证连接强度，法兰盘式基座3尾端通过螺钉12固联的端盖13密封法兰盘式基座3内腔台阶孔，导线11通过端盖13中心管孔并穿过电缆管5连接接插件4。加热器1两根同质对称平行的非发热段1b管体和发热段1a加热芯线1c热流导体构成。加热芯线1c热流导体的自由端可以是一根和/或两根加热芯线1c绕制成形的中空螺旋弹簧圈探头。由两根同质的加热芯线1c热流导体熔接而成的闭合回路组成热电回路，当其热电回路两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。

Claims (6)

1.一种双功用测温加温传感器，包括：轴向固定在法兰盘式基座（3）轴肩台阶上的测温元件（2），其特征在于：在法兰盘式基座（3）上还固联有同侧平行所述测温元件（2）的加热器（1），该加热器（1）管体长度大于测温元件（2）管体长度，伸出法兰盘式基座（3）端面，加热器（1）的出线与测温元件（2）的出线位于同侧，且加热器（1）出线端隔热靠近测温元件（2），测温元件（2）采用测温元件外壳（6）封装的铂电阻（7）作为感温元件，并位于加热器（1）的非发热段（1b）的同侧，与加热器（1）非发热段（1b）不接触，工作时，加热器（1）对被测介质进行加温，测温元件（2）对加热后的被测介质进行温度测量，将感受被测介质测的温度信号通过接插件（4）转换成可用输出的温度信号传出；

用于提供加热电源，同时将测得信号传出的接插件（4）与法兰盘式基座（3）之间采用具有屏蔽功能的电缆管（5）连接；加热器（1）包括同轴相连，封装在保护管（9）内的发热段（1a）和非发热段（1b），发热段（1a）通过非发热段（1b）相连加热芯线（1c），加热芯线（1c）通过嵌入在法兰盘式基座（3）管体内的气密导管（10），通过导线（11）连接提供加热电源的接插件（4）；

为保证铂电阻（7）不受外界环境影响，铂电阻（7）管脚连线通过封装在测温元件外壳（6）内灌封胶（8）密封固定，通过法兰盘式基座（3）台阶孔向下连接接插件（4）将测的温度信号传出，直接表示被测对象的温度；法兰盘式基座（3）尾端通过螺钉（12）固联的端盖（13）密封法兰盘式基座（3）内腔台阶孔，导线（11）通过端盖（13）中心管孔并穿过电缆管（5）连接接插件（4）。

2.根据权利要求1所述的双功用测温加温传感器，其特征在于，对被测介质进行温度测量测温元件（2）采用不锈钢材料的测温元件外壳（6）封装，该测温元件外壳（6）连接法兰盘式基座（3）。

3.根据权利要求1所述的双功用测温加温传感器，其特征在于，加热芯线（1c）热流导体的自由端是一根和/或两根加热芯线（1c）绕制成形的中空螺旋弹簧圈探头。

4.根据权利要求1所述的双功用测温加温传感器，其特征在于，测温元件（2）通过测温元件外壳（6）封装，垂直通过法兰盘式基座（3）的管体端面，固联在法兰盘式基座（3）的管体内，管体内置铂电阻（7）。

5.根据权利要求1所述的双功用测温加温传感器，其特征在于，加热器（1）封装在保护管（9）内，非发热段（1b）伸出保护管（9），发热段（1a）的加热芯线（1c）通过非发热段（1b）的灌封胶和法兰盘式基座（3）内嵌气密导管（10）可靠连接导线（11）。

6.根据权利要求1所述的双功用测温加温传感器，其特征在于，加热器（1）由两根同质对称平行的非发热段（1b）管体和发热段（1a）及其加热芯线（1c）的热流导体构成。