CN110657902A - 一种用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置，包括：夹具本体，夹具本体由内圆锥形套筒和外圆锥形半圆套筒扣合而成，内圆锥形套筒和外圆锥形半圆套筒之间设有传感器卡槽，传感器卡槽右侧设置有刻度标尺；内圆锥形套筒前端开设有螺纹孔，利用长紧定螺钉将待测片状薄膜热电偶传感器压紧。内圆锥形套筒内设置有与之相配合的引线夹具工装，采用机械夹紧法，采用短紧定螺钉将热电偶正极补偿导线和热电偶负极补偿导线分别压紧于对应的薄膜热电极处。本发明装置解决了高温环境下片状薄膜热电偶引线端易断路的问题，可安装于立式、卧式等多种干式计量炉炉口处，减少了标定过程中炉膛热量的散失，提高了实验结果的准确性。

Description

一种用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置

技术领域

本发明涉及热电偶检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置。

背景技术

温差热电偶(简称热电偶)传感器是目前温度测量中应用最广泛的温度传感元件之一，是以热电效应为基础的测温仪表。它用热电偶作为传感器，把被测的温度信号转换成电势信号，经连接导线再配以测量毫伏级电压信号的显示仪表来实现温度的测量。其中，片状薄膜热电偶结构小巧、制作方便、价格低廉、测温范围宽、热惯性小、准确度较高，可良好的贴合于被测物体表面进行实时稳定测温，实现了集中控制和自动测试。流体、固体及其表面温度均可用其完成测量，所以在工业生产和科学研究、空调与燃气工程中应用广泛。

虽然每个传感器都有一定的规格和电气参数，但不能保证任意两个热电偶是完全一致的，其参数变化曲线与温度真实值之间不一定完全匹配。为了保证使用时能实现对温度的精确检测，就需要用标准温度对整套测温系统进行标定(或者称为调标)，使系统测量后显示的温度与温度真实值尽量相符，减少测温系统的误差。

由于受到片状薄膜热电偶传感器的形状影响，很难在标定过程中对其进行夹持，片状薄膜热电偶尺寸较小，无法引入标定炉的预定位置，导致实验误差较大；此外，为使测温信号稳定输出至仪表，标定计量炉并非全封闭状态，从而造成严重的热量损失，影响测温实验结果。一般地，采用石棉布或耐高温材料将炉口进行封堵，但在进行多次标定实验时，封堵过程显得十分繁琐，且很难达到理想效果；热电偶在多次标定实验后，绝缘基底和接线板上的污垢或杂质过多致使热电偶电极与炉壁间绝缘不良，在高温下更为严重，这不仅会引起热电势的损耗而且还会引入干扰，由此引起的误差有时可达上百度；片状薄膜热电偶多采用导电胶体将补偿导线与热电极引脚进行粘结，但在高温或震动环境下易发生脱胶现象，从而导致热电偶传感器断路失效。以上实验测量问题都会对标定过程的稳定性和精确性造成较大干扰。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置。本发明装置具有安装方便、结构简单、实现热电偶冷热端分离、可稳定夹固热电偶引线等优点，可解决片状薄膜热电偶在标定过程中存在的多种测量问题。

本发明采用的技术手段如下：

一种用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置，包括：夹具本体，夹具本体由内圆锥形套筒和外圆锥形半圆套筒扣合而成，所述内圆锥形套筒与所述外圆锥形半圆套筒可按照公差尺寸进行装配；

所述内圆锥形套筒和外圆锥形半圆套筒之间设有传感器卡槽，用于放置待测片状薄膜热电偶传感器，传感器卡槽右侧设置有刻度标尺；所述内圆锥形套筒前端开设有螺纹孔利用长紧定螺钉将待测片状薄膜热电偶传感器压紧。

所述内圆锥形套筒内设置有与之相配合的引线夹具工装，引线夹具工装采用机械夹紧法，采用短紧定螺钉将热电偶正极补偿导线和热电偶负极补偿导线分别压紧于对应的薄膜热电极处。

进一步地，所述内圆锥形套筒前端设置有两个圆柱销，所述外圆锥形半圆套筒前端设置有两个圆柱销孔，内圆锥形套筒和外圆锥形半圆套筒配合时可将圆柱销插入到圆柱销孔中。

进一步地，所述内圆锥形套筒的尾部设置有板筋槽，所述引线夹具工装的尾部设置有方形板筋，引线夹具工装与内圆锥形套筒配合时，可将方形板筋插入板筋槽中。

进一步地，所述内圆锥形套筒、长紧定螺钉、外圆锥形半圆套筒、引线夹具工装和短紧定螺钉的材料均为耐高温且隔热的氧化锆陶瓷材料。

进一步地，所述传感器卡槽的空隙处采用耐高温且隔热的石棉材料进行填充。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置，解决了片状热电偶在标定过程中的夹持问题，且可利用装置前端的刻度标尺实现传感器测温位置可控，减少了由于测温点不同而带来的实验误差。

2、本发明提供的用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置，采用耐高温氧化锆隔热材料，有效地将热电偶传感器冷热端隔离开来，使得标定结果更加准确可靠。

3、本发明提供的用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置，可在标定时封闭炉口起到保温作用，解决了多次标定时十分繁琐的炉膛封堵过程，减少了由于热量损失而带来的实验误差。

4、本发明提供的用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置，有效的在标定过程中对热电偶传感器进行保护，避免在多次标定实验后，由于绝缘基底污垢或杂质过多而导致的热电偶电极与炉壁间绝缘不良的现象，减少了高温下热电势的损耗，减少了由于外界环境干扰而带来的实验误差。

5、本发明提供的用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置，引线连接方式采用了机械夹紧法，代替了以往导电胶体粘结方式，使得引线连接处不再受到测温环境限制，提高了标定实验的可靠性，使测温信号得以在高温环境下稳定输出。

基于上述理由本发明可在片状薄膜热电偶标定等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明夹持装置整体结构示意图。

图2为本发明夹持装置主视图。

图3为本发明夹持装置左视图。

图4为本发明夹持装置俯视图。

图5为本发明夹持装置外圆锥形半圆套筒三维示意图。

图6为本发明夹持装置内圆锥形套筒三维示意图。

图7为本发明夹持装置引线夹具工装三维示意图。

图8为本发明实施例提供的片状薄膜热电偶传感器三维示意图。

图中：1、内圆锥形套筒；1-1、刻度标尺；1-2、传感器卡槽；1-3、圆柱销；1-4、螺纹孔；1-5、内圆锥形套筒外表面；1-6、内圆锥形套筒卡环；1-7、板筋槽；1-8、内圆锥形套筒内表面；2、长紧定螺钉；3、外圆锥形半圆套筒；3-1、圆柱形销孔；3-2、石棉条；3-3、外圆锥形半圆套筒内表面；3-4、外圆锥形半圆套筒卡环；3-5、外圆锥形半圆套筒尾部端面；4、引线夹具工装；4-1、夹具工装卡环；4-2、方形板筋；4-3、夹具外表面；4-4、夹具螺纹孔；4-5、热电偶卡槽；5、短紧定螺钉；6、片状薄膜热电偶传感器；6-1、热端；6-2、薄膜热电极一；6-3、薄膜热电极二；6-4、冷端；6-5、补偿导线一；6-6、补偿导线二；6-7、绝缘基底。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-4所示，本发明提供了一种用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置，包括：夹具本体，夹具本体由内圆锥形套筒1和外圆锥形半圆套筒3扣合而成，内圆锥形套筒1的外径尺寸与所述外圆锥形半圆套筒3的内径尺寸相同；二者相互配合，保证装置的密封性，减少在实验过程中的热量损失；内圆锥形套筒1和外圆锥形半圆套筒3之间设有传感器卡槽1-2，待测片状薄膜热电偶传感器6放置于传感器卡槽1-2中，将内套筒插入外套筒中，利用石棉条3-2封堵传感器卡槽1-2部位所留空隙。传感器卡槽1-2右侧设置有刻度标尺1-1；由于标定时不同位置处温度略有不同，为使得薄膜热电偶传感器测温端在多次标定时位置固定且位置可控，可利用刻度标尺1-1来确定片状薄膜热电偶传感器插入炉膛内的深度，减少测温偏差；内圆锥形套筒1前端开设有螺纹孔1-4，利用长紧定螺钉2将待测片状薄膜热电偶传感器6压紧，防止其在测温过程中发生晃动而导致测温不准确；内圆锥形套筒1内设置有与之相配合的引线夹具工装4，引线夹具工装4采用机械夹紧法，采用短紧定螺钉5将热电偶正极补偿导线6-5和热电偶负极补偿导线6-6分别压紧于对应的薄膜热电极一6-2和薄膜热电极二6-3处。相对于常用的导电银胶粘结法更加稳定可靠，避免在高温或恶劣环境下引线端发生脱胶断路现象。引线夹紧机构和内圆锥形套筒、内圆锥形套筒和外圆锥形半圆套筒之间均可相互配合，保证了装置整体的密封性。

如图5、6所示，内圆锥形套筒1前端设置有两个圆柱销1-3，外圆锥形半圆套筒3前端设置有两个圆柱销孔3-1，内圆锥形套筒1和外圆锥形半圆套筒3配合时可将圆柱销1-3插入到圆柱销孔3-1中，其作用在于防止两套筒相对位置发生左右转动或前后窜动。内圆锥形套筒1的尾部设置有板筋槽1-7，引线夹具工装4的尾部设置有方形板筋4-2，引线夹具工装4与内圆锥形套筒1配合时，可将方形板筋4-2插入板筋槽1-7中，可有效防止在实验过程中引线装置转动，避免引线连接松动或补偿导线断裂。

作为本发明优选的实施方式，内圆锥形套筒1、长紧定螺钉2、外圆锥形半圆套筒3、引线夹具工装4和短紧定螺钉5的材料均为耐高温且隔热的氧化锆陶瓷材料。传感器卡槽1-2的空隙处采用耐高温且隔热的石棉材料进行填充。

作为本发明优选的实施方式，如图1所示，内圆锥形套筒1外径与外圆锥形半圆套筒3内径可依靠公差相互配合，二者扣合时仅顶部留有放置片状薄膜热电偶传感器的传感器卡槽1-2，其余部位均紧密贴合，保证了装置整体的密封性，并且很好的保护了热电偶结构，使得热电极与炉壁分隔开来，减少了热电势的损耗，避免了热电极与炉壁间绝缘不良现象的发生。同时，外圆锥形半圆套筒3外径与炉膛直径相等，利用外套筒卡环3-4抵住炉口，可简单快捷的完成炉口封堵操作，减少了在标定过程中不必要的能量散失，提高了标定结果的准确性。

作为本发明优选的实施方式，所述的引线夹具工装4采用机械夹紧法，利用4个长度、直径相同的长紧定螺钉2将热电偶补偿导线压紧在热电极引脚部位，完成热电信号导通，并将测温信号稳定输出至仪表。薄膜热电偶基体依靠内圆锥形套筒1和外圆锥形半圆套筒3扣合压紧作用完成自身固定，为保证测温稳定性，将长紧定螺钉2穿过内套筒螺纹孔1-4，使薄膜热电偶传感器6压紧在圆锥形半圆套筒尾部端面3-5上，其余空隙由石棉条进行填充，提高了测量系统的封闭性及可靠性。

作为本发明优选的实施方式，内圆锥形套筒1和外圆锥形半圆套筒3之间利用直径为3mm、长度为3mm的圆柱销1-3进行位置限定，防止二者在标定过程中发生相对位置转动或窜动；同样的，引线夹具工装4与内圆锥形套筒1之间利用3mm×2mm×2mm的方形板筋4-2进行位置限定，防止在标定过程中引线扭转或拉扯而导致测量信号中断。

实施例1

片状薄膜热电偶传感器夹持定位：

如图8所示，片状薄膜热电偶传感器6主要由热接点6-1(测温端/热端)、薄膜热电极一6-2、薄膜热电极二6-3、冷接点(补偿端/冷端)6-4、补偿导线一6-5、补偿导线二6-6和绝缘基底6-7组成。标定时将片状薄膜热电偶传感器6放入内圆锥形套筒1前端传感器卡槽1-2处，利用传感器卡槽1-2右端刻度标尺1-1进行定位，确保传感器在多次标定实验过程中测温点相同，或者根据需要调整传感器安装位置，使其插入到炉膛指定位置处进行测温。位置确定后将内圆锥形套筒外表面1-5与外圆锥形半圆套筒内表面3-3紧密贴合，并使内套筒前端两圆柱销1-3插入外套筒圆柱销孔3-1中，直至内圆锥形套筒卡环1-6贴紧外圆锥形半圆套筒尾部端面3-5，确保了二者在标定过程中不发生相对位置转动或窜动。传感器安装位置处所留空隙由石棉条3-2进行填充，保证了装置的密封性，减少了标定过程中热量散失。为保证测温过程的稳定性，可将长紧定螺钉2穿过内套筒螺纹孔1-4，使热电偶传感器压紧在外套筒端面上，提高了测量系统的可靠性。

实施例2

为使薄膜热电偶传感器测温更加准确，首先应保证标定炉温的恒定，该装置整体直径尺寸与炉膛内径尺寸一致，标定时只需将装配好的夹具装置插入炉口，使外圆锥形半圆套筒外表面紧贴炉壁，插入深度直至外圆锥形半圆套筒卡环3-4与炉口贴合，简单方便的实现了炉膛保温工作，使得热电偶测温端所处环境温度为理想所需测量温度，减少了由于热量损失而带来的实验误差。此外，为避免热电偶传感器冷端(补偿端)6-4受到炉膛的热辐射影响，需要在测温时将传感器热端(即测温端)6-1与冷端6-4分隔开来，可在安装传感器时将其热端6-1伸出至夹持装置外部，使内外套筒扣合位置保持在薄膜热电偶冷热端之间，完成冷热端分离，且该装置采用耐高温的氧化锆隔热材料，有效隔绝炉膛温度，避免热量扩散至补偿导线处，保证冷端处于恒定室温状态。

该夹具装置利用内外套筒相互扣合结构，对片状薄膜热电偶传感器起到了良好的保护作用，使得热电偶在多次标定实验过程中，避免受到污垢或杂质的影响而导致热电极短路，避免了热电极与炉壁间绝缘不良现象发生，减少高温下热电势的损耗，减少了外界环境干扰带来的实验误差。

实施例3

传感器补偿导线连接：

如图7所示，为传感器引线夹具工装的三维示意图，采用机械夹紧法安装固定片状薄膜热电偶传感器6的补偿导线，将热电偶放置于夹具工装的热电偶卡槽4-5中，将4枚长度、直径相同的短紧定螺钉5穿过夹具螺纹孔4-4，使补偿导线一6-5和补偿导线二6-6分别压紧在对应热电极的引脚6-5表面上，完成引线连接，使测温信号能够稳定输出至仪表。随后，将夹具外表面4-3沿着内圆锥形套筒内表面1-8插入套筒，为防止二者在标定过程中产生相对位移，可将方形板筋4-2插入内圆锥形套筒尾部板筋槽1-7中，按压夹具尾部端面直至夹具工装卡环4-1与内圆锥形套筒尾部端面贴合。该方法相比于导电银胶粘结法更加牢固可靠，不受测温环境限制，避免在标定过程中热电偶引线端发生脱胶而导致传感器失效。夹持装置整体采用耐高温氧化锆陶瓷材料，防止在标定过程中由于环境温度过高而导致形变。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置，其特征在于，包括：夹具本体，夹具本体由内圆锥形套筒(1)和外圆锥形半圆套筒(3)扣合而成，所述内圆锥形套筒(1)的外径尺寸与所述外圆锥形半圆套筒(3)的内径尺寸相同；

所述内圆锥形套筒(1)和外圆锥形半圆套筒(3)之间设有传感器卡槽(1-2)，用于放置待测片状薄膜热电偶传感器(6)，传感器卡槽(1-2)右侧设置有刻度标尺(1-1)；所述内圆锥形套筒(1)前端开设有螺纹孔(1-4)利用长紧定螺钉(2)将待测片状薄膜热电偶传感器(6)压紧。

所述内圆锥形套筒(1)内设置有与之相配合的引线夹具工装(4)，引线夹具工装(4)采用机械夹紧法，采用短紧定螺钉(5)将热电偶正极补偿导线(6-5)和热电偶负极补偿导线(6-6)分别压紧于对应的薄膜热电极(6-2)和薄膜热电极(6-3)二处。

2.根据权利要求1所述的用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置，其特征在于，所述内圆锥形套筒(1)前端设置有两个圆柱销(1-3)，所述外圆锥形半圆套筒(3)前端设置有两个圆柱销孔(3-1)，内圆锥形套筒(1)和外圆锥形半圆套筒(3)配合时可将圆柱销(1-3)插入到圆柱销孔(3-1)中。

3.根据权利要求1所述的用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置，其特征在于，所述内圆锥形套筒(1)的尾部设置有板筋槽(1-7)，所述引线夹具工装(4)的尾部设置有方形板筋(4-2)，引线夹具工装(4)与内圆锥形套筒(1)配合时，可将方形板筋(4-2)插入板筋槽(1-7)中。

4.根据权利要求1所述的用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置，其特征在于，所述内圆锥形套筒(1)、长紧定螺钉(2)、外圆锥形半圆套筒(3)、引线夹具工装(4)和短紧定螺钉(5)的材料均为耐高温且隔热的氧化锆陶瓷材料。

5.根据权利要求1所述的用于片状薄膜热电偶传感器标定的多功能夹持装置，其特征在于，所述传感器卡槽(1-2)的空隙处采用耐高温且隔热的石棉材料进行填充。

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