CN111220290A - 一种设备腔室内升温速率的测量装置 - Google Patents

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    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations

Abstract

本发明涉及一种设备腔室内升温速率的测量装置，将测量元件置于设备腔室内，测温元件在设备腔室内受热时沿着第一固定杆移动方向形变，测温元件产生的形变量经第一固定杆推动导电探棒移动，使导电探棒去切割磁铁的磁感线，基于电磁感应原理所产生的电动势变化经导电探棒由电压表得到；与此同时，测距传感器将所测定的导电探棒的移动距离发给上位机；上位机根据电压表所测定电动势随时间变化的函数、导电探棒移动距离随时间变化的函数及第一固定杆自身形变量与温度间的固有属性函数关系做处理，准确得到设备腔室内的升温速率。因测温元件本身位于设备腔室内，测温元件可实时、直接受到设备腔室内温度的变化影响，这样得到的设备腔室内升温速率更加准确。

Description

一种设备腔室内升温速率的测量装置
技术领域
本发明涉及温度测量领域，尤其涉及一种设备腔室内升温速率的测量装置。
背景技术
当前，诸如烤箱、蒸箱等需要加热的设备逐渐成为生活中的重要厨电器具，人们越来越喜欢利用这些设备做出各式各样的美食。
针对这些设备的试验测试过程中，通常需要对设备处于工作时的腔室内升温速率做出准确的测量，以验证设备的各项性能指标。目前，针对设备的腔室内升温速率测量主要采用接触式测量法和非接触式测量法。接触式测量法最主要包含了电量式测温、光电测温、热色测温等方法；非接触式测温方法包含了辐射式测温、光谱法测温等方法。
在采用接触式测量法去测量设备工作时所对应腔室内升温速率时，由于设备工作时，整个腔室为密封环境，导致接触式测量方法难以直接准确地获取到设备腔室内的实际温度，并且因腔室内温度较高，会致使现有接触式测量装置的量程也难以满足腔室内温度的测量需要，进而也就无法得到腔室内的真实升温速率情况。
在采用非接触式测量法去测量设备工作时所对应的腔室内升温速率时，由于测量元件没有直接位于腔室内，这将导致测量元件所测得的温度与设备腔室内的实际温度存在很大的误差，温度测量结果不准确，进而难以得到腔室内的真实升温速率情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种设备腔室内升温速率的测量装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种设备腔室内升温速率的测量装置，其特征在于，包括有：
具备热胀冷缩特性的测温元件，在测温状态下该测温元件至少其第一端放置在设备腔室内；
磁铁，位于设备腔室的外部；
第一固定杆，其第一端连接有位于设备腔室外部且能沿该第一固定杆延伸方向移动以切割磁铁的磁感线的导电探棒，第一固定杆的第二端与测温元件的第二端相连；
电压表，位于设备腔室的外部，其分别连接导电探棒的两端；
测定导电探棒移动距离的测距传感器，位于设备腔室的外部；
上位机，位于设备腔室的外部，其分别连接电压表和测距传感器。
改进地，在所述设备腔室内升温速率的测量装置中，所述测温元件的第一端通过第二固定杆固定在设备腔室内。
再改进地，在所述设备腔室内升温速率的测量装置中，所述磁铁放置在支撑物上。
优选地，在所述设备腔室内升温速率的测量装置中，所述测距传感器与所述导电探棒正对设置。
进一步地，所述磁铁为U型永磁铁，所述测距传感器和第一固定杆均位于该U型永磁铁的中心线上。
改进地，在所述设备腔室内升温速率的测量装置中，所述磁铁为电磁铁。
再改进地，在所述设备腔室内升温速率的测量装置中，所述测温元件整体位于设备腔室内，并且还包括有局部包覆在所述测温元件外侧壁的固定套，而所述测温元件的第一端、第二端均未被所述的固定套包覆。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
首先，在测量设备腔室内升温速率时，本发明将测量元件置于设备腔室内，使得测温元件在设备腔室内受热时发生沿着第一固定杆移动方向上的形变，然后利用测温元件受热膨胀时产生的形变量经第一固定杆推动导电探棒移动，使得导电探棒去切割磁铁的磁感线，从而基于电磁感应原理所产生的电动势变化会经导电探棒由电压表得到；与此同时，测距传感器也会将所测定的导电探棒的移动距离发送给上位机；最后，上位机根据电压表所测定电动势随时间变化的函数、导电探棒移动距离随时间变化的函数以及第一固定杆自身形变量与温度之间的固有属性函数关系做处理，准确得到设备腔室内的升温速率。由于测温元件本身是位于设备腔室内，测温元件可以实时、直接地受到设备腔室内温度的变化影响，这样所得到的设备腔室内温度更加准确，计算到的设备腔室内升温速率也同样更加准确；
不仅如此，本发明还通过固定套局部包覆在测温元件的外侧壁上，且使得测温元件的两端均未被该固定套包覆，以进一步保证测温元件在第一固定杆移动方向上的移动稳定性，提高后续的升温速率测量准确度；
其次，由于测温元件在受热膨胀时所产生的形变会通过导电探棒的移动距离变现出来，一旦设备腔室内升温较快，导电探棒的移动距离就会更加明显增加，从而能够利用导电探棒的移动变化来更加直观地反映设备腔室内的升温速率情况；
再次，本发明中的测量装置还可以应用到其他的密闭式腔室温度测量中，极大地拓展了该测量装置的应用范围；
另外，只要通过设置足够长度的第一固定杆，就可以满足针对具有更大温度变化范围的腔室内升温速率测量需要，有效地增大了该测量装置的测量量程；
最后，由于该测量装置所采用的各部件价格便宜，整个测量过程简单易操纵，而且测量数据准确，从而也极大地提高了针对设备腔室内升温速率测量时的性价比。
附图说明
图1为本发明实施例中的测量装置与烤箱之间的设置示意图；
图2为本实施例中的测量装置启动针对烤箱腔室内升温速率测量时的状态示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例以烤箱腔室内的升温速率测量作为例子，对本发明中升温速率的测量装置做出说明。具体地，该实施例中的测量装置包括有：
具备热胀冷缩特性的测温元件1，在测温状态下该测温元件1至少其第一端放置在烤箱腔室内；
磁铁2，位于烤箱腔室的外部；其中，本实施例通过将磁铁放置在一个支撑物10的方式，确保磁铁放置时的稳定性；
第一固定杆3，其第一端连接有位于烤箱腔室外部且能沿该第一固定杆延伸方向移动以切割磁铁2的磁感线的导电探棒4，第一固定杆3的第二端与测温元件1的第二端相连；
电压表5，位于烤箱腔室的外部，其分别连接导电探棒4的两端；
测定导电探棒移动距离的测距传感器6，位于烤箱腔室的外部；其中，出于提高测距传感器对导电探棒移动距离的准确测量需要，此处的测距传感器6与导电探棒4正对设置；
上位机7，位于烤箱腔室的外部，其分别连接电压表5和测距传感器6。
当然，为了使得测温元件可以牢固地放置在烤箱腔室内，该测温元件1的第一端通过第二固定杆9固定在烤箱腔室内。
为了满足导电探棒可以在磁铁内自由移动，以切割该磁铁所形成磁场的磁感线，本实施例中的磁铁2采用U型永磁铁，测距传感器6和第一固定杆3均位于该U型永磁铁的中心线上。由于U型永磁体本身具有一个带有开口的腔体，这样导电探棒就可以在该腔体内做无阻碍的移动。
当然，本实施例中的磁铁2不仅可以选用永磁铁，当然也可以选择采用电磁铁。在选用的该电磁铁产生稳定的磁场后，导电探棒4就可以去切割该磁场的磁感线，这样也同样可以达到在导电探棒上产生电动势变化的效果。
当然，本实施例中的测温元件1可以整体位于烤箱腔室内，并且还包括有局部包覆在该测温元件外侧壁的固定套11，而该测温元件1的第一端、第二端均未被固定套11包覆。由此，可以进一步保证测温元件1在第一固定杆移动方向上的移动稳定性，提高后续针对烤箱腔室内升温速率的测量准确度。
以下结合图1和图2，对利用本实施例中测量装置测量烤箱腔室内升温速率的工作原理做出说明：
当烤箱正常工作时，烤箱腔室内的温度上升至稳定状态后，烤箱腔室内的测温元件1会因为温度升高而发生膨胀；
受热膨胀后的测温元件1会在沿着第一固定杆3的方向产生形变，进而膨胀的测温元件1通过第一固定杆6产生推力，以推动烤箱腔室外部的导电探棒4在第一固定杆的延伸方向上且朝着远离烤箱腔室的方向做移动；
由于磁铁本身会形成磁场，移动的导电探棒4就会随着移动而切割磁铁所形成磁场的磁感线；根据电磁感应原理，磁场的磁感线因导电探棒切割所形成的电动势变化会通过连接导电探棒的电压表所测得，电压表将实时测得的电动势传给上位机7，从而上位机7就可以根据接收的电动势以及对应时间之间的规律，形成表征导电探棒4上的电压随时间变化的函数E(t)；
由于导电探棒4在移动过程中的移动距离也会被测距传感器6所测量得到，然后测距传感器6会把导电探棒的移动距离传给上位机7，从而上位机7可以根据接收的移动距离以及对应时间之间的规律，形成表征导电探棒4的移动距离随时间变化的函数L(t)；
假设导电探棒4的长度为S，磁铁2所形成磁场的磁感应强度为B(属于一个常量)，导电探棒4因第一固定杆带动而产生的移动速度为v：
设定导电探棒4上的电动势标记为E(t)，因导电探棒可以切割磁铁内的磁感应线，所以导电探棒4与磁感应线相互垂直，根据电磁感应原理，可得导电探棒4上的电动势E(t)＝BSv；
由于电动势值E(t)可以由电压表测得，假设电压表测得电压数值为V，则V＝E(t)，S为导电探棒4的已知长度，v可以由测距传感器测定得到，所以可以计算直到磁铁2所形成磁场的磁感应强度
Figure BDA0001881106300000041
且磁铁2所形成磁场的该磁感应强度B为固定常量；
设定导电探棒4的移动距离为L(t)，则L(t)＝vt；
根据公式E(t)＝BSv和L(t)＝vt可得，
Figure BDA0001881106300000042
假设随着时间的变化，烤箱腔室内在时刻t的升温速率标记为ρ(t)：
Figure BDA0001881106300000051
其中，△T表示测温元件1在时间间隔△t内的升温值，△L表示测温元件1升温△T时所对应的膨胀形变量，该膨胀形变量△L与导电探棒在时间间隔△t内的移动距离相等；T(L)表示测温元件的温度随着其膨胀形变量变化的函数，该函数T(L)为测温元件本身的固有属性函数；
而根据前述函数公式
Figure BDA0001881106300000052
可以的得到
Figure BDA0001881106300000053
因此，烤箱腔室内的升温速率
Figure BDA0001881106300000054
其中，函数E(t)为已知函数，B和S均为固定常量，即已知量，T(L)也是测温元件1的固有属性函数，即也是已知的。由此可以知道，只要知道时间t，然后代入公式
Figure BDA0001881106300000055
就能够得到在时刻t时的烤箱腔室内的升温速率。
当然，本实施例中的该测量装置还可以应用到诸如蒸箱等其他需要测量腔室内升温速率的设备中。

Claims (7)

1.一种设备腔室内升温速率的测量装置，其特征在于，包括有：
具备热胀冷缩特性的测温元件(1)，在测温状态下该测温元件(1)至少其第一端放置在设备腔室(8)内；
磁铁(2)，位于设备腔室(8)的外部；
第一固定杆(3)，其第一端连接有位于设备腔室外部且能沿该第一固定杆延伸方向移动以切割磁铁(2)的磁感线的导电探棒(4)，第一固定杆(3)的第二端与测温元件(1)的第二端相连；
电压表(5)，位于设备腔室(8)的外部，其分别连接导电探棒(4)的两端；
测定导电探棒移动距离的测距传感器(6)，位于设备腔室(8)的外部；
上位机(7)，位于设备腔室(8)的外部，其分别连接电压表(5)和测距传感器(6)。
2.根据权利要求1所述设备腔室内升温速率的测量装置，其特征在于，所述测温元件(1)的第一端通过第二固定杆(9)固定在设备腔室(8)内。
3.根据权利要求1所述设备腔室内升温速率的测量装置，其特征在于，所述磁铁(2)放置在支撑物(10)上。
4.根据权利要求1所述设备腔室内升温速率的测量装置，其特征在于，所述测距传感器(6)与所述导电探棒(4)正对设置。
5.根据权利要求4所述设备腔室内升温速率的测量装置，其特征在于，所述磁铁(2)为U型永磁铁，所述测距传感器(6)和第一固定杆(3)均位于该U型永磁铁的中心线上。
6.根据权利要求1所述设备腔室内升温速率的测量装置，其特征在于，所述磁铁(2)为电磁铁。
7.根据权利要求1～6任一项所述设备腔室内升温速率的测量装置，其特征在于，所述测温元件(1)整体位于设备腔室内，并且还包括有局部包覆在所述测温元件外侧壁的固定套(11)，而所述测温元件(1)的第一端、第二端均未被所述的固定套(11)包覆。
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