CN107806940A - 一种嵌入式热敏传感器及温度测量方法 - Google Patents

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杨道龙
王雁翔
邢邦圣
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor

Abstract

一种嵌入式热敏传感器及测量方法，包括热敏元件、温控开关、陶瓷保护罩I、隔热电池包、陶瓷保护罩II、保护电阻和耐高温电池，热敏元件和耐高温电池构成温度测量电路；耐高温电池置于隔热电池包内；陶瓷保护罩I和陶瓷保护罩II套装在隔热电池包两端；热敏元件置于陶瓷保护罩I顶端；陶瓷保护罩II顶端设置有信号输出触点。本发明将耐高温电池和热敏元件集成在一起，成为一个有源热敏传感器，信号输出采用触点方式，可直接嵌入到被测设备内部，不妨碍被测设备的正常工作，具有测量准确、使用方便等优点，可获得设备内部准确的实时温度，掌握设备工作状态下的内部温度变化规律，为提升生产安全、延长设备的使用寿命提供重要依据。

Description

一种嵌入式热敏传感器及温度测量方法
技术领域
本发明涉及一种嵌入式热敏温度传感器及温度测量方法，属于温度传感器领域。
背景技术
齿轮、截齿、钻头、刀具等机械设备工作过程中，由于零部件之间以及零部件与岩石、混凝土等材料间的相互摩擦，会产生较高温度，从而使零部件磨损加剧，影响机械设备的使用寿命。为延长机械设备的使用寿命，使其处于一个良好的工作状态，需要实时监测机械零部件工作状态下的温度变化过程。现有技术中，温度多是采用薄膜贴片或者红外监测的方式，只能获得零部件表面温度，而其内部温度却无从测量。
发明内容
本发明目的在于提供一种嵌入式热敏传感器及温度测量方法，该热敏传感器能够嵌入机械零部件内部，测量其内部温度。
为实现上述目的，本发明一种嵌入式热敏传感器，包括热敏元件、陶瓷保护罩I、隔热电池包、陶瓷保护罩II、耐高温电池和温控开关，热敏元件和耐高温电池构成温度测量电路；耐高温电池置于隔热电池包内；陶瓷保护罩I和陶瓷保护罩II套装在隔热电池包两端；热敏元件置于陶瓷保护罩I顶端；陶瓷保护罩II顶端设置有信号输出触点，所述信号输出触点包括电源正极、电源负极和测量信号。
上述嵌入式热敏传感器，其测量方法为：
第一步、在设备内部开若干测量孔81、一个数据处理单元槽82和数据连接通道83；
第二步、测量孔81和数据处理单元槽82孔底放适量导热材料；
第三步、将嵌入式热敏传感器置于测量孔中，有热敏元件1的一端置孔底；
第四步、用隔热材料填充嵌入式热敏传感器与测量孔的间隙；
第五步、安装数据采集处理单元置于数据处理单元槽82中，安装数据传输单元于数据连接通道83中。
第六步、实时采集数据，根据以下公式计算热敏元件1的阻值RT：
电压式测量法：
电流式测量法：
式中：R为保护电阻6的阻值，UR为保护电阻6的电压，UT为热敏元件1的实测电压，U为耐高温电池7的电压，IR为保护电阻6的电流，I为回路电流；
第七步、根据热敏元件1阻值RT与温度对应关系，通过数据采集处理单元获得测量温度，并存储测量温度数据。
本发明的将耐高温电池和热敏元件集成在一起，成为一个有源热敏传感器。信号输出采用触点方式，可以直接嵌入到其他设备内部。从而采集实时设备内部温度，掌握设备工作状态下的内部温度变化，为提升生产安全、延长设备的使用寿命提供重要依据。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明采用电压式测量原理图；
图3是本发明采用电流式测量原理图；
图4为本发明在设备上安装示意图。
图中：1-热敏元件；2-陶瓷保护罩I；3-隔热电池包；4-陶瓷保护罩II；5-信号输出触点；6-保护电阻；7-耐高温电池；8-温控开关；51-电源正极；52-电源负极；53-测量信号；81-测量孔；82-数据处理单元槽；83-数据连接通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种嵌入式热敏传感器，包括热敏元件1、陶瓷保护罩I2、隔热电池包3、陶瓷保护罩II4、耐高温电池7和温控开关8，热敏元件1和耐高温电池7构成温度测量电路；耐高温电池7置于隔热电池包3内；陶瓷保护罩I2和陶瓷保护罩II4套装在隔热电池包3两端；热敏元件1置于陶瓷保护罩I2顶端；陶瓷保护罩II4顶端设置有信号输出触点5，所述信号输出触点5包括电源正极51、电源负极52和测量信号53。
进一步，为保护电路安全，所述温度测量电路中还包括保护电阻6，保护电阻6与热敏元件1及温控开关8串联串联，且保护电阻6和热敏元件1的阻值远大于耐高温电池7的电池内阻。
进一步，所述温度测量电路还包括温控开关8，温控开关8与热敏元件1串联。
所述温度测量电路的热敏元件1的电阻随温度的增高而增大，温控开关8在常温或存储状态下为断路；当外界温度达到某一阀值时，温控开关8为通路，该阀值温度为40～100℃，可根据测量对象的不同设计相应的通路阀值。这样可以保证测量电路只有在温度达到一定值时才开始工作，可以节约用电，延长耐高温电池7的使用寿命。
优选的，所述温度测量电路为电压式测量电路，所述热敏元件1、耐高温电池7、保护电阻6和温控开关8组成的电路为闭环电路，所述测量信号53连接在保护电阻6与热敏元件1的串接点。该方式可以选择大阻值的保护电阻6，降低测量回路电流，降低功耗。
优选的，所述温度测量电路为电流式测量电路，所述所述热敏元件1、耐高温电池7、保护电阻6和温控开关8组成的电路为开环电路，所述测量信号53连接在电路断开点。该方式测量结果不受电池内阻变化影响，测量精度高。
进一步，所述的陶瓷保护罩I2和陶瓷保护罩II4侧面均开有通气槽。
上述嵌入式热敏传感器，其测量方法为：
第一步、在设备内部开若干测量孔81、一个数据处理单元槽82和数据连接通道83；
第二步、测量孔81和数据处理单元槽82孔底放适量导热材料；
第三步、将嵌入式热敏传感器置于测量孔中，有热敏元件1的一端置孔底；
第四步、用隔热材料填充嵌入式热敏传感器与测量孔的间隙；
第五步、安装数据采集处理单元置于数据处理单元槽82中，安装数据传输单元于数据连接通道83中。
第六步、实时采集数据，根据以下公式计算热敏元件1的阻值RT：
电压式测量法：
电流式测量法：
式中：R为保护电阻6的阻值，UR为保护电阻6的电压，UT为热敏元件1的实测电压，U为耐高温电池7的电压，IR为保护电阻6的电流，I为回路电流；
第七步、根据热敏元件1阻值RT与温度对应关系，通过数据采集处理单元获得测量温度，并存储测量温度数据。
上述嵌入式热敏传感器整体长度l为10～50mm，最大外径d为1～5mm，直接安装在设备内部，通过信号输出触点与集成在同一模块中的数据采集处理单元和数据存储单元接连。

Claims (6)

1.一种嵌入式热敏传感器，其包括热敏元件(1)，其特征在于，还包括陶瓷保护罩I(2)、隔热电池包(3)、陶瓷保护罩II(4)、保护电阻(6)和耐高温电池(7)，热敏元件(1)和耐高温电池(7)构成温度测量电路；耐高温电池(7)置于隔热电池包(3)内；陶瓷保护罩I(2)和陶瓷保护罩II(4)套装在隔热电池包(3)两端；热敏元件(1)置于陶瓷保护罩I(2)顶端；陶瓷保护罩II(4)端部设置有信号输出触点(5)，所述信号输出触点(5)包括电源正极(51)、电源负极(52)和测量信号(53)，保护电阻(6)与热敏元件(1)串联。
2.根据权利要求1所述的嵌入式热敏传感器，其特征在于，所述温度测量电路还包括温控开关(8)，温控开关(8)与热敏元件(1)串联。
3.根据权利要求1和2所述的嵌入式热敏传感器，其特征在于，所述温度测量电路为电压式测量电路，所述热敏元件(1)、耐高温电池(7)、保护电阻(6)和温控开关(8)组成的电路为闭环电路，所述测量信号(53)连接在保护电阻(6)与热敏元件(1)的串接点。
4.根据权利要求1和2所述的嵌入式热敏传感器，其特征在于，所述温度测量电路为电流式测量电路，所述热敏元件(1)、耐高温电池(7)、保护电阻(6)和温控开关(8)组成的电路为开环电路，测量信号(53)连接在电路断开点。
5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的热敏传感器，其特征在于，所述的陶瓷保护罩I(2)和陶瓷保护罩II(4)侧面均开有通气槽。
6.根据权利要求5所述的嵌入式热敏传感器，其测量方法为：
第一步、在设备内部开若干测量孔(81)、一个数据处理单元槽(82)和数据连接通道(83)；
第二步、测量孔(81)和数据处理单元槽(82)孔底放适量导热材料；
第三步、将嵌入式热敏传感器置于测量孔中，有热敏元件(1)的一端置孔底；
第四步、用隔热材料填充嵌入式热敏传感器与测量孔的间隙；
第五步、安装数据采集处理单元置于数据处理单元槽(82)中，安装数据传输单元于数据连接通道(83)中；
第六步、实时采集数据，根据以下公式计算热敏元件(1)的阻值RT：
电压式测量法：
电流式测量法：
式中：R为保护电阻(6)的阻值，UR为保护电阻(6)的电压，UT为热敏元件(1)的实测电压，U为耐高温电池(7)的电压，IR为保护电阻(6)的电流，I为回路电流；
第七步、根据热敏元件(1)阻值RT与温度对应关系，通过数据采集处理单元获得测量温度，并存储测量温度数据。
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