CN1081252A - 具有快速响应时间的温度探测器 - Google Patents

Abstract

一种温度探测器10，它测量相对其流动的流体 的温度。探测器10包括外壳14、传感器30及一或 多个叶片28。外壳14包括具有腔轴18的腔16，外 壳14沿腔轴18至少输送一部分流体。传感器30 有敏感长度，叶片28大致沿整个敏感长度与传感器 30热耦合。叶片28还大致与腔轴18对准，以促进 腔16中的流体的层流。在一较佳实施例中，传感器 30装在防护管32中，且叶片28沿叶片内缘连在管 32上。该叶片还沿叶片外缘连在包围管32的辐射 罩34上，叶片外缘比内缘短。

Description

本发明涉及温度探测器，尤其是那些测量相对其流动的流体温度的温度探测器。

在本发明中，温度探测器包括一个或多个叶片，该叶片大致沿着传感器的整个每感长度与该传感器热耦合。设置该叶片，是为了增强传感器与相对于探测器流动的流体间的对流换热，并促进流体的层流。该探测器还包括带腔的外壳，该腔具有腔轴;该外壳输送至少一部分沿腔轴流动的流体。叶片设在腔中，在一较佳实施例中与一管连接，而传感器就位于该管中。叶片通过增大传感器的有效表面积/质量比来增强对流换热，从而加快传感器对瞬变流动状态的响应时间。在一较佳实施例中，叶片沿叶片内边附到管上并有与叶片的内缘成锐角的叶片后缘。

图1是本发明的温度探测器的部分剖视侧视图;

图2是图1的温度探测器子组件的部分剖视立体图;

图3是本发明的温度探测器子组件的另一实施例的一部分的部分剖视侧视图。

图4是沿图2中4-4线取的端视图;

图5是沿图3中5-5线取的端视图;

图6是图1的温度探测器的另一实施例的示图。

在图1中，温度探测器10测量由12总括表示的流体的温度。最好，探测器10装在航空远载器上并测量空气的温度。探测器10包括外壳14，该外壳有一个大体上为圆柱形并沿着腔轴18-18对中的腔16。流体进入外壳14上的开口20，然后至少一部分流体大致沿箭头22进入腔16。另一部分流体，连同可能会有的杂质（如水滴）经孔24通过外壳。还有一部分流体流过眼26，以减小不希望的边界层效应。用于本发明的较佳外壳的这种及其他种形状在美国专利2，970，475中进行了披露;该专利在此被引作对比文件。

流体12在其速度被外壳14减小时，经历了绝热加热。加热的流体至少部分地沿腔轴18流入腔16中，并遇到包括与传感器30相热耦合的叶片28的探测器子组件50。探测器子组件50最好还包括管32和辐射罩34。在本发明的加固的实施例中，传感器30最好装在管32中，管32是封闭的以保护传感器免受腐或其他有害影响。一些加热的流体流入辐射罩34内，该罩为一与叶片28和管32相接触的端部开口的部件。该流体随后流经位于探测器子组件较低部分的孔36，并通过腔16中的孔38再经孔40流出探测器10。加热的流体的其余部分从辐射罩34和腔壁17之间流过，通过孔38再从孔40流出探测器10。

根据本发明，流体不仅直接地或经管32、而且还通过叶片28向传感器30传热。叶片28的作用是增大传感器30暴露给流体的有效表面，从而增强传感器与流体的热耦合。这种增强的热耦合改善了传感器的时间响应，并减小了如管导热（stem    conduction）或辐射传热这样的竟争热效应造成的误差。

叶片28最好由高导热性材料如铜制成，并大致沿传感器30的整个敏感长度L（见图2）与传感器30热耦合。若由铜制成，叶片28最好还包括耐腐蚀材料（如镍）的薄覆盖层，以防止铜的剥蚀。叶片28也要足够薄，以至附加的叶片质量对探测器的影响（趋向于放慢探测器时间响应）小于附加的叶片表面积的影响（趋向于加快探测器时间响应），以产生对流体温度变化的探测器时间响应的净加快。叶片28最好为大致平面状态，并与腔轴18对准，其理由将在下面讨论。

图2显示了图1的温度探测器子组件50的放大图。尽管每一叶片28沿整个叶片长度与流体接触，从流体到叶片或反之的热交换主要发生在各叶片的叶片前缘28a。相对讲，发生在叶片后缘28b的热交换相对较小。因此，叶片后缘28b最好与叶片内缘28c成锐角，而叶片28沿内缘28c附在管32上。这种角度能使叶片质量减小，但却保持了基本上沿传感器30的整个长度L从叶片前缘28a经叶片28至传感器30的热传导。

传感器30有热响应特性和敏感长度L。最好，传感器30是一种电阻性温度器件（RTD），它由绕在高阻材料（如氧化铝）的圆柱体上的一段铂丝组成。在此情况下，热响应特性为RTD的电阻，且探测器10包括把传感器经线44连到电路装置42的引线31，而装置42用于测量RTD的电阻并由此提供一个为电阻函数的输出46。表示腔16中的流体温度的输出46可被用于闭环控制系统或显示在指示器48上。在其他实施例中，如在图6中，传感器30a包括其他已知温度传感器，如热电偶或一些发光材料。

温度探测器10最好还含有包围管32和叶片28的辐射罩34。沿辐射罩34的内和外表面流动的流体，以与叶片28、管32及最终到传感器30相同的方式，对罩34进行加热或冷却。在某些场合，罩34达到的温度虽然与传感器30的温度足够相近以致罩34能有效地屏蔽热辐射，但它仍与传感器温度有偏差。

叶片28最好在叶片外缘28d与辐射罩34相连，以使传感器30免受振动。由此，叶片28起到两个作用：它们增加传感器30与流体的热耦合，且它们还为传感器30提供机械支撑。叶片外缘28d应尽可能地短，最好远远短于内缘28c，以减少传感器30和罩34间的传导热交换，从而使传感器温度更能代表流体温度。使叶片外缘28d短还能降低传感器的有效热质量（termal    mass），从而加快了时间响应。在另一实施例中，一些或全部叶片可保持不与罩相连，以进一步减少传感器与辐射罩间的传导热交换。

根据本发明，叶片28大致与腔轴18对准，以促进流体的层流，而不是湍流或涡流。传感器30和辐射罩34之间区域的流体湍流是不希望有的，因为它会通过传感器30和罩34间的流体部分的对流而增大了二者间的热耦合。由于上述的这些部件间的温差，这种增大的耦合是不希望有的。

图4显示了沿图2的4-4线取的探测器子组件50的视图。可清楚地到三个叶片28、管32、辐射罩34及多个孔36。孔36的横截面可是圆形的（如图4所示），也可是非圆形的。

图3显示了与图2的子组件相似的温度探测器子组件60的另一实施例。探测器子组件60包括沿着传感器64的整个长度L′与传感器热耦合的叶片62以及防护管66和辐射罩68。叶片62最后借助纤焊或焊接连接而沿叶片内缘62a附到管66上并沿叶片外缘62b附到辐射罩68上。如在前一实施例中那样，叶片后缘62c与叶片内缘62a成锐角。子组件60象子组件50一样，装在温度探测器外壳的腔中，从而使叶片62对准腔的轴线。图5显示了温度探测器子组件60沿图3中的5-5线取的视图。可清楚地看到四个叶片及相邻的部件。本发明的温度探测器当然也可有其他数量的叶片，如一、二或更多个。叶片数过多会增加制作温度探测器的成本，并使叶片靠得太近，使相邻叶片的表面的流体边界层相遇或接触，因而是不可取的。

已结合较佳实施例描述了本发明。但本领域中的人员应认识到，在不背离本发明的精神和原则的前提下，可进行形式和细节上的改动。

Claims (14)

1、一种温度探测器，用于测量相对该探测器流动的流体的温度，包括：

一个壳，它有一个具有腔轴的腔，并适于沿腔轴输送至少一部分流体；

一个具有热响应特性的传感器，该传感器还具有一敏感长度；

以及一个叶片，设在腔内并基本上沿着整个敏感长度与传感器热耦合；

其中叶片与传感器热耦合的程度大于叶片与外壳热耦合的程度，而且叶片基本上与腔轴相对准以促进流体的层流。

2、如权利要求1所述的探测器，还包括：

一个设在腔中并与叶片及传感器相热联系的管，传感器就设在该管中。

3、如权利要求2所述的探测器，其中叶片沿叶片内缘附在管上。

4、如权利要求3所述的探测器，其中叶片有后缘，且其中至少一部分后缘与叶片内缘成锐角。

5、如权利要求1所述的探测器，叶片包括基本上为平面的、带有防腐蚀材料覆层的铜部件。

6、一种探测器，用于测量相对于该探测器流动的流体的温度，包括：

一个带有具有腔轴的腔的外壳，该外壳适于沿腔输送至少一部分流体;

一个具有热响应特性的传感器，该传感器还有一敏感长度;

多个叶片，设在腔内并大致沿整个敏感长度与传感器热耦合;

其中叶片与传感器热耦合的程度大于叶片与外壳热耦合的程度，且叶片基本上与腔轴对准以促进流体的层流。

7、如权利要求6所述的探测器，还包括：

设在腔内并与叶片及传感器热联系的管，传感器设在该管中。

8、如权利要求7所述的探测器，其中每一叶片与传感器的热耦合是通过把各叶片沿叶片内缘附到管上来实现的。

9、如权利要求8所述的探测器，还包括设在腔内的端部开口的部件，该端部开口的部件包围了管和叶片。

10、如权利要求9所述的探测器，其中每一叶片沿叶片外缘附在端部开口的部件上，且其中叶片外缘短于叶片内缘。

11、如权利要求1、6或10中的任一项所述的探测器，还包括：

用于检测热响应特性并提供作为其函数的输出的系统装置;

用于显示该输出的显示装置。

12、如权利要求1或6所述的探测器，其中传感器包括一段绕制的铂丝。

13、如权利要求1或6所述的探测器，其中传感器包括一些发光材料。

14、一种探测器，用于测量相对于该探测器流动的流体的温度，包括：

一个外壳，该外壳有一个具有腔轴的腔，并适于沿腔轴输送至少一部分流体;

一个装在腔中并有热响应特性的传感器，该传感器还有一个敏感长度;

以及一个叶片，设在腔中并大致沿整个敏感长度与传感器机械连接;

其中至少一部分叶片边缘与外壳分开以减小其间的传导热交换，且叶片基本上与腔轴对准以促进流体的层流。

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