CN111579108B - 管状热电堆传感器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种管状热电堆传感器，包括壳体、第一冷热感温管、第二冷热感温管、卡具和热电堆组件，壳体开设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，第一通孔和第二通孔相对设置，第三通孔和第四通孔相对设置，第一冷热感温管穿设在第一通孔中和第二通孔中，第二冷热感温管穿设在第三通孔中和第四通孔中，卡具与壳体内壁固定连接，第一冷热感温管和第二冷热感温管固定安装在卡具中，且第一冷热感温管和第二冷热感温管平行，第一冷热感温管的管壁上开设有第一开口，第二冷热感温管的管壁上开设有第二开口，热电堆组件固定安装在第一开口和第二开口之间，在流体温差测量上，实现了不同温度流体温差的快速精准测量。

Description

管状热电堆传感器
技术领域
本公开涉及传感器技术领域，尤其涉及一种管状热电堆传感器。
背景技术
目前，广泛采用热敏电阻和热电偶这两种原理进行温度传感器的制作。使用热敏电阻制作的温度传感器，具有较高的温度检测灵敏度，可测量微小温度差，但是只能在较窄的温度范围内获得高线性度；使用热电偶制作的温度传感器，具有较宽的温度测量范围，线性度高，但是单只热电偶检测灵敏度相对较低，一般会采用多只热电偶组成热电堆的形式来增加其温度检测灵敏度。这种热电堆形式的温度传感器，因其能检测到的最小温差是单只热电偶的1/n，其温度测量误差与串联热电偶对数的平方根成反比，可通过9串联多对热电偶的方式来增加其对温度的分辨力，同时减小单只热电偶的温度测量误差。
在热电堆式的传感器中分为接触式管状热电堆传感器和非接触式管状热电堆传感器。非接触式管状热电堆传感器通常采用MEMS技术制作的悬空结构，多为非接触式红外测量。非接触式红外热电堆结构具有结实耐用、价格低廉、使用方便、覆盖范围广的优点，但其测量灵敏度较低、精度低、需要参考温度、响应速度慢，容易受环境影响，环境中的声、光、电、气流、振动等均会影响其测温准确度。接触式热电堆结构因其直接与被测物体接触，因此可实现更快的响应速度和更高的测量准确度，通过外部控温等封装结构可减小其受环境因素的影响，现有的接触式传感器在流体的动态温度测量过程中，采用多点分布的温度测量存在较大的测量误差。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种管状热电堆传感器，包括壳体、第一冷热感温管、第二冷热感温管和热电堆组件；
所述第一冷热感温管和所述第二冷热感温管平行穿设在所述壳体上并穿过所述壳体的空腔，且
所述第一冷热感温管与所述第二冷热感温管之间具有间隔；
所述第一冷热感温管的管壁上设置有用于传导通过所述第一冷热感温管的流体的温度的第一导热片；
所述第二冷热感温管的管壁上设置有用于传导通过所述第二冷热感温管的流体的温度的第二导热片；
所述第一导热片与所述第二导热片相对设置；
所述热电堆组件固定安装在所述第一冷热感温管与所述第二冷热感温管之间的间隔内，且所述热电堆组件的两端作为测温端分别与所述第一导热片和所述第二导热片相接触。
在一种可能的实现方式中，所述壳体为中空结构；
所述壳体内填充有隔热材料。
在一种可能的实现方式中，所述壳体包括上壳体和下壳体；
所述上壳体和所述下壳体为可拆卸连接。
在一种可能的实现方式中，所述第一冷热感温管的管壁开设有与所述第一导热片相匹配的第一安装孔；
其中，所述第一安装孔的孔壁开设有第一卡接槽，所述第一导热片的边缘均卡接在所述第一卡接槽内，以使所述第一导热片嵌入所述第一安装孔中，并覆盖所述第一安装孔；
所述第二冷热感温管的管壁开设有与所述第二导热片相匹配的第二安装孔；
其中，所述第二安装孔的孔壁开设有第二卡接槽，所述第二导热片的边缘均卡接在所述第二卡接槽内，以使所述第二导热片嵌入所述第二安装孔中，并覆盖所述第二安装孔。
在一种可能的实现方式中，所述热电堆组件包括多组热电偶对、固定架和多个基片；
所述基片开设有多个沟槽；
多个所述沟槽等间距设置；
多组所述热电偶对分别放置在所述沟槽中；
多个所述基片按叠层结构固定安装在所述固定架的框架中；
所述固定架固定安装在所述壳体内，并位于所述第一冷热感温管和所述第二冷热感温管之间。
在一种可能的实现方式中，所述固定架中位置相对的两个侧板上分别设置有第一夹片和第二夹片；
所述第一夹片与所述第二夹片相对设置，且所述第一夹片和所述第二夹片均开设有多层安装槽；
所述基片的两端分别置于所述第一夹片上的安装槽和所述第二夹片上的安装槽内，以使所述基片搭接在所述第一夹片与所述第二夹片之间。
在一种可能的实现方式中，所述固定架的主体结构为箱式结构；
其中，所述固定架的顶部和底部分别设置有上盖板和下盖板。
在一种可能的实现方式中，所述第一冷热感温管和所述第二冷热感温管在所述壳体的安装位置处均通过卡具固定。
在一种可能的实现方式中，所述卡具包括左卡具和右卡具；
所述左卡具和所述右卡具上均设置有固定耳；
所述固定耳上开设有螺孔；
所述左卡具和右卡具螺接。
在一种可能的实现方式中，所述热电偶对由热电偶丝组成；
所述热电偶丝呈K型。
通过包括壳体、第一冷热感温管、第二冷热感温管和热电堆组件，第一冷热感温管和第二冷热感温管平行穿设在壳体上并穿过壳体的空腔，且第一冷热感温管与第二冷热感温管之间具有间隔，第一冷热感温管的管壁上设置有用于传导通过第一冷热感温管的流体的温度的第一导热片，第二冷热感温管的管壁上设置有用于传导通过第二冷热感温管的流体的温度的第二导热片，第一导热片与第二导热片相对设置，热电堆组件固定安装在第一冷热感温管与第二冷热感温管之间的间隔内，且热电堆组件的两端作为测温端分别与第一导热片和第二导热片相接触。以使在流体温差测量上，实现了不同温度流体温差的快速精准测量。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出本公开实施例的管状热电堆传感器的剖面图；
图2示出本公开实施例的管状热电堆传感器的另一剖面图；
图3示出本公开实施例的管状热电堆传感器的整体示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
其中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“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或简化描述，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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1示出根据本公开一实施例的管状热电堆传感器100的剖面图。如图1 所示，该管状热电堆传感器100包括：
壳体110、第一冷热感温管120、第二冷热感温管130和热电堆组件140，第一冷热感温管120和第二冷热感温管130平行穿设在壳体110上并穿过壳体 110的空腔，且第一冷热感温管120与第二冷热感温管130之间具有间隔，第一冷热感温管120的管壁上设置有用于传导通过第一冷热感温管120的流体的温度的第一导热片121，第二冷热感温管130的管壁上设置有用于传导通过第二冷热感温管130的流体的温度的第二导热片131，第一导热片121与第二导热片131相对设置，热电堆组件140固定安装在第一冷热感温管120与第二冷热感温管130之间的间隔内，且热电堆组件140的两端作为测温端分别与第一导热片121和第二导热片131相接触。
通过包括壳体110、第一冷热感温管120、第二冷热感温管130和热电堆组件140，第一冷热感温管120和第二冷热感温管130平行穿设在壳体110上并穿过壳体110的空腔，且第一冷热感温管120与第二冷热感温管130之间具有间隔，第一冷热感温管120的管壁上设置有用于传导通过第一冷热感温管120 的流体的温度的第一导热片121，第二冷热感温管130的管壁上设置有用于传导通过第二冷热感温管130的流体的温度的第二导热片131，第一导热片121 与第二导热片131相对设置，热电堆组件140固定安装在第一冷热感温管120 与第二冷热感温管130之间的间隔内，且热电堆组件140的两端作为测温端分别与第一导热片121和第二导热片131相接触。以使在流体温差测量上，实现了不同温度流体温差的快速精准测量。
具体的，参见图1，在一种可能的实现方式中，壳体110为中空结构，形成热电堆隔热腔，热电堆隔热腔可以使用低导热系数的非金属材料制成，且壳体分为上下卡装的结构，参见图2，即，壳体110包括上壳体111和下壳体 112，隔热腔内填充隔热纤维材料，该结构对热电堆组件140整体结构起保护、隔热作用，提升可靠性和保障测量精度，另外的，上壳体111和下壳体112为可拆卸连接，上壳体111的相对的两面开设有半圆弧的开口，每一面的半圆弧开口为两个且位于与下壳体112相接的边缘处，同样的，下壳体112相对的两面开设有半圆弧的开口，每一面的半圆弧开口为两个且位于与上壳体111 相接的边缘处，当上壳体111和下壳体112相接时，即形成了用于安装第一冷热感温管120和第二冷热感温管130的通孔，第一冷热感温管120和第二冷热感温管130采用低导热系数的聚甲醛，在中间轴向开口以嵌入导热片，即，还包括第一导热片121和第二导热片131，第一导热片121插设在第一开口中，第二导热片131插设在第二开口中，第一导热片121和第二导热片131的尺寸均为40mm长、6mm宽、1mm厚，第一导热片121和第二导热片131均采用高导热系数的氮化铝陶瓷或碳化硅陶瓷矩形薄片，以实现温度的快速传导，将第一导热片121和第二导热片131紧密地固定在第一冷热感温管120和第二冷热感温管130的开口处，该种结构可实现低热损耗，高的温度传导效率。
需要说明的是，本公开不对第一导热片121和第二导热片131的规格进行限定，可以根据具体的需要进行设定。
进一步的，参见图2，在一种可能的实现方式中，热电堆组件140包括热电偶对141、固定架和基片143，基片143开设有多个沟槽，多个沟槽等间距设置，热电偶对141放置在沟槽中，基片143固定安装在固定架中，固定架固定安装在第一开口和第二开口之间，其中，热电偶对141为多组，多组热电偶对141串联连接，热电偶对141采用K型热电偶丝组成，将电偶丝的正负极顺次焊接，形成多组测温端和参考端，通过多组热电偶对141串联的方式可极大地提高最小温差分辨力。进一步的，基片143可以使用玻璃钢材料，其表面加工成沟槽状，将热电偶对141布置于基片143上的沟槽内，并采用绝缘胶进行封装，优选的，固定架为可嵌入四层以上基片143，将封装有热电偶对141的基片143插入该固定架的卡槽内，即完成了热电堆组件140的安装。
进一步的，参见图2，在一种可能的实现方式中，固定架中位置相对的两个侧板上分别设置有第一夹片142a和第二夹片142b，第一夹片142a与第二夹片142b相对设置，且第一夹片142a和第二夹片142b均开设有多层安装槽，基片的两端分别置于第一夹片142a上的安装槽和第二夹片142b上的安装槽内，以使基片搭接在第一夹片142a与第二夹片142b之间。固定架的主体结构为箱式结构，其中，固定架的顶部和底部分别设置有上盖板142c和下盖板 142d。举例来说，固定架由四个基片143、两个可置四层基片143的第一夹片 142a和第二夹片142b，以及上盖板142c和下盖板142d组成，基片143的材料为有机玻璃，基片143厚度为1mm，基片143表面开设有多个沟槽，沟槽为 0.5mm，夹片的材料为聚甲醛或有机玻璃，夹片侧面含有1mm的四个卡槽，每个卡槽中均设置有基片143。设计热电堆为平面布置的多层叠加结构，该设计可实现温度的均匀测量。
需要说明的是，第一夹片142a和第二夹片142b中安装槽的个数可根据需要设置，本公开进行限定。
进一步的，参见图1，在一种可能的实现方式中，第一冷热感温管和第二冷热感温管在壳体的安装位置处均通过卡具150固定，卡具150采用低导热系数的非金属材料制成，卡具150包括左卡具和右卡具，左卡具和右卡具上均设置有固定耳，固定耳上开设有螺孔，左卡具和右卡具螺接，举例来说，第一冷热感温管120和第二冷热感温管130均可以使用聚甲醛材料，卡具150 的一侧与壳体110的内壁固定连接，另一侧的“U”型槽中夹住冷热感温管，左卡具和右卡具相对设置，两个“U”型槽即形成了可以夹住冷热感温管的空腔。两个对称安装的卡具150限制冷热感温管的径向位移，因此，可保证热电堆测温端和参考端与冷热感温管表面的导热片充分接触。进一步的，左卡具和右卡具均设置有固定耳，固定耳设置在“U”型槽的开口处，固定耳上开设有螺孔，且固定耳和左卡具、右卡具一体成型，以使左卡具和右卡具螺接。举例来说，在各卡具150的开口平面设置有固定耳，用来固定两个相对的左卡具和右卡具，固定耳的个数为两个，分别设置在左卡具开口或右卡具开口的两侧，固定耳的版面上开设有螺孔，螺孔的个数为三个，螺孔等间隔设置，两个相对的左卡具和右卡具通过螺孔螺接，以限制冷热感温管的径向位移。
另外的，参见图3，图3示出本公开的管状热电堆传感器100的整体示意图，其中，第一冷热感温管120和第二冷热感温管130均延伸至壳体110外，通过上述各实施例，本公开的管状热电堆传感器100在流体温差测量上，实现了不同温度流体温差的快速精准测量，测量温度范围可覆盖-20℃～250℃，响应时间60s内，测量精度可达0.1％。
需要说明的是，尽管以上述各个实施例作为示例介绍了本公开的管状热电堆传感器100如上，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定管状热电堆传感器100，只要达到所需功能即可。
这样，通过包括壳体110、第一冷热感温管120、第二冷热感温管130和热电堆组件140，第一冷热感温管120和第二冷热感温管130平行穿设在壳体 110上并穿过壳体110的空腔，且第一冷热感温管120与第二冷热感温管130之间具有间隔，第一冷热感温管120的管壁上设置有用于传导通过第一冷热感温管120的流体的温度的第一导热片121，第二冷热感温管130的管壁上设置有用于传导通过第二冷热感温管130的流体的温度的第二导热片131，第一导热片121与第二导热片131相对设置，热电堆组件140固定安装在第一冷热感温管120与第二冷热感温管130之间的间隔内，且热电堆组件140的两端作为测温端分别与第一导热片121和第二导热片131相接触。以使在流体温差测量上，实现了不同温度流体温差的快速精准测量，测量温度范围可覆盖-20℃～250℃，响应时间60s内，测量精度可达0.1％。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (7)

1.一种管状热电堆传感器，其特征在于，包括壳体、第一冷热感温管、第二冷热感温管和热电堆组件；
所述第一冷热感温管和所述第二冷热感温管平行穿设在所述壳体上并穿过所述壳体的空腔，且
所述第一冷热感温管与所述第二冷热感温管之间具有间隔；
所述第一冷热感温管的管壁上设置有用于传导通过所述第一冷热感温管的流体的温度的第一导热片；
所述第二冷热感温管的管壁上设置有用于传导通过所述第二冷热感温管的流体的温度的第二导热片；
所述第一导热片与所述第二导热片相对设置；
所述热电堆组件固定安装在所述第一冷热感温管与所述第二冷热感温管之间的间隔内，且所述热电堆组件的两端作为测温端分别与所述第一导热片和所述第二导热片相接触；
所述热电堆组件包括多组热电偶对、固定架和多个基片；
所述基片开设有多个沟槽；
多个所述沟槽等间距设置；
多组所述热电偶对分别放置在所述沟槽中；
多个所述基片按叠层结构固定安装在所述固定架的框架中；
所述固定架固定安装在所述壳体内，并位于所述第一冷热感温管和所述第二冷热感温管之间；
所述固定架中位置相对的两个侧板上分别设置有第一夹片和第二夹片；
所述第一夹片与所述第二夹片相对设置，且所述第一夹片和所述第二夹片均开设有多层安装槽；
所述基片的两端分别置于所述第一夹片上的安装槽和所述第二夹片上的安装槽内，以使所述基片搭接在所述第一夹片与所述第二夹片之间；
所述固定架的主体结构为箱式结构，包括两个可置四层基片的所述第一夹片和所述第二夹片，所述固定架的顶部和底部分别设置有上盖板和下盖板。
2.根据权利要求1所述的管状热电堆传感器，其特征在于，所述壳体为中空结构；
所述壳体内填充有隔热材料。
3.根据权利要求1所述的管状热电堆传感器，其特征在于，所述壳体包括上壳体和下壳体；
所述上壳体和所述下壳体为可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述的管状热电堆传感器，其特征在于，所述第一冷热感温管的管壁开设有与所述第一导热片相匹配的第一安装孔；
其中，所述第一安装孔的孔壁开设有第一卡接槽，所述第一导热片的边缘均卡接在所述第一卡接槽内，以使所述第一导热片嵌入所述第一安装孔中，并覆盖所述第一安装孔；
所述第二冷热感温管的管壁开设有与所述第二导热片相匹配的第二安装孔；
其中，所述第二安装孔的孔壁开设有第二卡接槽，所述第二导热片的边缘均卡接在所述第二卡接槽内，以使所述第二导热片嵌入所述第二安装孔中，并覆盖所述第二安装孔。
5.根据权利要求1所述的管状热电堆传感器，其特征在于，所述第一冷热感温管和所述第二冷热感温管在所述壳体的安装位置处均通过卡具固定。
6.根据权利要求5所述的管状热电堆传感器，其特征在于，所述卡具包括左卡具和右卡具；
所述左卡具和所述右卡具上均设置有固定耳；
所述固定耳上开设有螺孔；
所述左卡具和右卡具螺接。
7.根据权利要求1所述的管状热电堆传感器，其特征在于，所述热电偶对由热电偶丝组成；
所述热电偶丝呈K型。
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