CN111220292A - 热电偶及具有其的热电偶传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热电偶及具有其的热电偶传感器，其中，热电偶包括：第一热电偶丝、第二热电偶丝和保护套管，所述第一热电偶丝上套设有第一绝缘套管；所述第二热电偶丝上套设有第二绝缘套管，所述第二热电偶丝的一端和所述第一热电偶丝的一端焊接形成偶丝结点；所述保护套管包括依次相连的第一直线段套管、曲线段套管和第二直线段套管，所述保护套管包覆所述第一热电偶丝和所述第二热电偶丝，并且所述第一直线段套管靠近所述偶丝结点且所述偶丝结点与所述第一直线段套管端部内壁相连，所述第二直线段套管的管壁具有接地引线。由此，采用该热电偶可以有效减小测温过程的随机误差，并且由随机误差造成的测温精度误差小于0.01％，提高采集数据的准确性。

Description

热电偶及具有其的热电偶传感器
技术领域
本发明属于测温领域，具体涉及一种热电偶及具有其的热电偶传感器。
背景技术
温度是工业生产和科学实验中非常重要的参数，很多物理现象和化学性质都和温度有关，许多生产过程只有在特定的温度范围内才能进行，因而在现代生活中，准确的温度是不可缺少的信息内容。随着科技的不断发展以及温度传感器的应用深入，人们对温度传感器的物理结构和测量准确性也提出了越来越高的要求。
减少测量误差是提高热电偶传感器测温精度的必由途径。在减小系统误差的同时，如何减小随机误差对于提高测温精度也是非常重要的，这种随机误差最有效的消除办法就是数据多次采集后取均值，从而逼近真实数据。
然而，由于关于随机误差的消除很少有人研究，因此消除随机误差的热电偶亟待探究。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种热电偶及具有其的热电偶传感器，采用该热电偶可以有效减小测温过程的随机误差，并且由随机误差造成的测温精度误差小于0.01％，提高采集数据的准确性。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种热电偶。根据本发明的实施例，所述热电偶包括：
第一热电偶丝，所述第一热电偶丝上套设有第一绝缘套管；
第二热电偶丝，所述第二热电偶丝上套设有第二绝缘套管，所述第二热电偶丝的一端和所述第一热电偶丝的一端焊接形成偶丝结点；
保护套管，所述保护套管包括依次相连的第一直线段套管、曲线段套管和第二直线段套管，所述保护套管包覆所述第一热电偶丝和所述第二热电偶丝，并且所述第一直线段套管靠近所述偶丝结点且所述偶丝结点与所述第一直线段套管端部内壁相连，所述第二直线段套管的管壁具有接地引线。
根据本发明实施例的热电偶，通过在第一热电偶丝上套设第一绝缘套管，在第二热电偶丝上套设第二绝缘套管，并且第二热电偶丝的一端和第一热电偶丝的一端焊接形成偶丝结点，然后在第一热电偶丝和第二热电偶丝上包覆保护套管，该保护套管包括依次相连的第一直线段套管、曲线段套管和第二直线段套管，该曲线段套管的扰动可以带动热电偶前端的第一直线段套管部分的运动，即该结构的热电偶前端为非稳易晃动结构，从而通过在热电偶末端施加微小的扰动或者测温环境内部的扰动，即可使得热电偶前端差生随机位移，实现多数据的多点随机采集，多点采集数据取平均值，即可减小随机误差，保证随机采集的数据的准确性，同时偶丝结点与第一直线段套管端部内壁相连，即该结构的热电偶为接壳式结构，从而可以显著提高偶丝结点的响应速度，提高采集数据的准确性，另外在第二直线段套管的管壁上布置接地引线，使得该热电偶能够有效屏蔽外界电磁干扰，使得这种曲线段扰动结构不会产生感应电流，进一步保证采集数据的准确性。由此，采用本申请结构的热电偶可以有效减小测温过程的随机误差，并且由随机误差造成的测温精度误差小于0.01％，提高采集数据的准确性。
另外，根据本发明上述实施例的热电偶还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述偶丝结点的厚度与所述第一热电偶丝或所述第二热电偶丝的直径相同。由此，在不损伤热电偶丝的前提下可以最大限度提高偶丝结点的比表面积，从而提高采集数据的准确性。
在本发明的一些实施例中，所述偶丝结点与所述第一绝缘套管和/或所述第二绝缘套管之间存在预定距离。由此，可以提高偶丝结点的热响应速度，防止第一绝缘套管和/或第二绝缘套管对偶丝结点运动的影响，提高偶丝结点的随机运动灵活性。
在本发明的一些实施例中，所述预定距离不大于所述第一直线段套管长度的1/4。由此，可以保证偶丝结点运动的灵活性。
在本发明的一些实施例中，所述第一直线段套管与所述曲线段套管、所述第二直线段套管的长度比为1：(1～2)：(1～3)。由此，可以显著提高测温数据。
在本发明的一些实施例中，所述曲线段套管为弹簧状套管，所述弹簧状套管沿所述第一热电偶丝和/或所述第二热电偶丝的长度方向延伸。由此，可以使得热电偶前端运行变得容易。
在本发明的一些实施例中，所述弹簧状套管的螺径与所述第一直线段套管或所述第二直线段套管的直径比为(3～5)：1。
在本发明的一些实施例中，所述弹簧状套管的螺距与所述弹簧状套管长度的比为1：(1.5～10)。
在本发明的一些实施例中，所述保护套管为金属套管。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种热电偶传感器。根据本发明的实施例，所述热电偶传感器具有上述所述的热电偶。由此，该热电偶传感器采用上述测温准确的热电偶，从而使得该热电偶传感器具有较高的测温精度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的热电偶的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种热电偶。根据本发明的实施例，参考图1，该热电偶包括：第一热电偶丝100、第二热电偶丝200和保护套管300。
根据本发明的实施例，参考图1，第一热电偶丝100上套设有第一绝缘套管11，第二热电偶丝200上套设第二绝缘套管21，第二热电偶丝200的一端和第一热电偶丝100的一端焊接形成偶丝结点10，即该第一热电偶丝100和第二热电偶丝200分别为热电偶的正极和负极。优选的，偶丝结点10的厚度与第一热电偶丝100或第二热电偶丝200的直径相同。由此，在不损伤热电偶丝的前提下可以最大限度提高偶丝结点的比表面积，从而提高采集数据的准确性。需要说明的是，本申请对第一热电偶丝100、第二热电偶丝200、第一绝缘套管11和第二绝缘套管21的具体材质并不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只要能够实现其功能即可，此处不再赘述。
进一步的，参考图1，第一热电偶丝100和第二热电偶丝200平行布置，第一热电偶丝100和第二热电偶丝200上靠近偶丝结点10的端部上均不套设绝缘套管，即偶丝结点10与第一绝缘套管11和/或第二绝缘套管21之间存在预定距离L1。发明人发现，通过在偶丝结点10和第一绝缘套管11和/或第二绝缘套管21之间预留预定距离L1，可以提高偶丝结点的热响应速度，防止第一绝缘套管和/或第二绝缘套管对偶丝结点运动的影响，提高偶丝结点的随机运动灵活性。
根据本发明的实施例，保护套管300为金属套管，参考图1，保护套管300包括依次相连的第一直线段套管31、曲线段套管32和第二直线段套管33，并且该保护套管300包覆第一热电偶丝100和第二热电偶丝200，即第一热电偶丝100和第二热电偶丝200依次穿过第一直线段套管31、曲线段套管32和第二直线段套管33。发明人发现，该曲线段套管32的扰动可以带动热电偶前端的第一直线段套管31部分的运动，即该结构的热电偶前端为非稳易晃动结构，从而通过在热电偶末端施加微小的扰动或者测温环境内部的扰动，即可使得热电偶前端差生随机位移，实现多数据的多点随机采集，多点采集数据取平均值，即可减小随机误差，保证随机采集的数据的准确性。
优选的，上述预定距离L1不大于第一直线段套管100长度L2的1/4。发明人发现，若预定距离L1过大，则第一热电偶丝100和第二热电偶丝200易发生接触，从而干扰热电势信号的正常传输，降低测温精度。由此，采用该预定距离，可以提高测温精度。
进一步的，参考图1，第一直线段套管31的长度L2与曲线段套管32长度L3、第二直线段套管33的长度L4比为1：(1～2)：(1～3)，例如第一直线段套管31的长度L2与曲线段套管32长度L3、第二直线段套管33的长度L4比为1：(1、1.1……1.9、2)：(1、1.1……2.9、3)。发明人发现，若第一直线段套管31的长度L2比例过小，随机误差的消除能力不足，而若第一直线段套管31的长度L2比例过大，会造成额外的系统误差；同时若曲线段套管32长度L3比例过小，会限制热电偶整体的力学可靠性，若曲线段套管32长度L3比例过大，限制热电偶的应用场景。由此，采用该结构的热电偶可以在提高测温精度的基础上保证热电偶的力学可靠性。需要解释的是，本文中描述的“曲线段套管长度”应理解为曲线段套管32前端到后端之间的直线距离。优选的，曲线段套管32为弹簧状套管，并且弹簧状套管沿第一热电偶丝100和/或第二热电偶丝200的长度方向延伸。根据本发明的一个具体实施例，弹簧状套管的螺径R1与第一直线段套管31的直径R2或第二直线段套管32的直径R3比为(3～5)：1，例如(3、3.1……4.9、5)：1。发明人发现，该比例下能够显著优于其他比例优化热电偶整体的力学可靠性，减小系统误差的引入。根据本发明的再一个具体实施例，弹簧状套管的螺距D与弹簧状套管长度L3的比为1：(1.5～10)，例如1：(1.5、1.6……9.9、10)。发明人发现，该比例下可以显著优于其他比例优化消除随机误差的能力，从而提高测温精度。
进一步的，参考图1，第一直线段套管31靠近偶丝结点10且该偶丝结点10与第一直线段套管31端部内壁相连，即该结构的热电偶为接壳式结构，从而可以显著提高偶丝结点的响应速度，提高采集数据的准确性。
进一步的，参考图1，第二直线段套管33的管壁具有接地引线331，即在使用过程中，该接地引线311连接大地，即使得该热电偶能够有效屏蔽外界电磁干扰，使得这种曲线段扰动结构不会产生感应电流，进一步保证采集数据的准确性。
根据本发明实施例的热电偶，通过在第一热电偶丝上套设第一绝缘套管，在第二热电偶丝上套设第二绝缘套管，并且第二热电偶丝的一端和第一热电偶丝的一端焊接形成偶丝结点，然后在第一热电偶丝和第二热电偶丝上包覆保护套管，该保护套管包括依次相连的第一直线段套管、曲线段套管和第二直线段套管，该曲线段套管的扰动可以带动热电偶前端的第一直线段套管部分的运动，即该结构的热电偶前端为非稳易晃动结构，从而通过在热电偶末端施加微小的扰动或者测温环境内部的扰动，即可使得热电偶前端差生随机位移，实现多数据的多点随机采集，多点采集数据取平均值，即可减小随机误差，保证随机采集的数据的准确性，同时偶丝结点与第一直线段套管端部内壁相连，即该结构的热电偶为接壳式结构，从而可以显著提高偶丝结点的响应速度，提高采集数据的准确性，另外在第二直线段套管的管壁上布置接地引线，使得该热电偶能够有效屏蔽外界电磁干扰，使得这种曲线段扰动结构不会产生感应电流，进一步保证采集数据的准确性。由此，采用本申请结构的热电偶可以有效减小测温过程的随机误差，并且由随机误差造成的测温精度误差小于0.01％，提高采集数据的准确性。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种热电偶传感器。根据本发明的实施例，所述热电偶传感器具有上述所述的热电偶。由此，该热电偶传感器采用上述测温准确的热电偶，从而使得该热电偶传感器具有较高的测温精度。
需要说明的是，上述针对热电偶所描述的特征和优点同样适用于该热电偶传感器，此处不再赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种热电偶，其特征在于，包括：
第一热电偶丝，所述第一热电偶丝上套设有第一绝缘套管；
第二热电偶丝，所述第二热电偶丝上套设有第二绝缘套管，所述第二热电偶丝的一端和所述第一热电偶丝的一端焊接形成偶丝结点；
保护套管，所述保护套管包括依次相连的第一直线段套管、曲线段套管和第二直线段套管，所述保护套管包覆所述第一热电偶丝和所述第二热电偶丝，并且所述第一直线段套管靠近所述偶丝结点且所述偶丝结点与所述第一直线段套管端部内壁相连，所述第二直线段套管的管壁具有接地引线。
2.根据权利要求1所述的热电偶，其特征在于，所述偶丝结点的厚度与所述第一热电偶丝或所述第二热电偶丝的直径相同。
3.根据权利要求1或2所述的热电偶，其特征在于，所述偶丝结点与所述第一绝缘套管和/或所述第二绝缘套管之间存在预定距离。
4.根据权利要求3所述的热电偶，其特征在于，所述预定距离不大于所述第一直线段套管长度的1/4。
5.根据权利要求1所述的热电偶，其特征在于，所述第一直线段套管与所述曲线段套管、所述第二直线段套管的长度比为1：(1～2)：(1～3)。
6.根据权利要求1或5所述的热电偶，其特征在于，所述曲线段套管为弹簧状套管，所述弹簧状套管沿所述第一热电偶丝和/或所述第二热电偶丝的长度方向延伸。
7.根据权利要求6所述的热电偶，其特征在于，所述弹簧状套管的螺径与所述第一直线段套管或所述第二直线段套管的直径比为(3～5)：1。
8.根据权利要求6所述的热电偶，其特征在于，所述弹簧状套管的螺距与所述弹簧状套管长度的比为1：(1.5～10)。
9.根据权利要求1所述的热电偶，其特征在于，所述保护套管为金属套管。
10.一种热电偶传感器，其特征在于，所述热电偶传感器具有权利要求1～9中任一项所述的热电偶。
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