CN111609944A - 高集成弹体分层温度传感器及测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高集成弹体分层温度传感器以及测量系统。其中，分层温度传感器包括保护套、至少两个感温测量单元；其中，保护套的一端沿其轴向开设有至少两个具有不同深度的安装孔，每个安装孔用于容置至少一个感温测量单元，以实现梯度测量被测物体的温度。本发明基于热电偶原理将保护套的内部沿其轴向开设两个甚至更多不同深度的安装孔，将两组甚至多组热电偶的热端至于孔的底部，尽可能多测量防热套各个层深的温度，以实现梯度测量被测物体的温度。并且，将数个感温测量单元集成在一个传感器内部，减少传感器安装数量，有利于减轻弹体重量，提高产品可靠性，解决了目前温度传感器只能放入一只热电偶对某一层的温度进行测量的问题。

Description

高集成弹体分层温度传感器及测量系统

技术领域

本发明属于温度传感器技术领域，具体涉及一种高集成弹体分层温度传感器以及一种高集成弹体分层测量系统。

背景技术

温度是表征物体冷热程度的物理量，是航空、航天、宇航飞行器产品等高端军事装备工作过程中最为普遍而又重点关注的一种测量参数。温度参数的测量功能一般由各种类型的温度测量装置实现，温度测量装置是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。根据材料和电子元器件特性的不同，温度传感器可分为热电阻和热电偶两类。其中热电偶类温度传感器在高温(如1000℃以上)温度测量中具有不可替代的优势。

近年来，随着我国军事装备现代化的快速发展，对火箭及导弹尤其是高超音速导弹防热套的温度测量提出了越来越高的要求，要求温度传感器能对防热套不同深度的温度场进行实时响应。传统热电偶传感器由于受绝缘要求、机械保护等因素制约，在结构设计时只能做到对防热套某一层位置处的温度(简称层温)测量，功能单一，如需测量两个或者两个以上的分层温度，则需要两只或者两只以上的传感器布点测量，除了增加弹体重量还会占用宝贵的弹体内部空间，但若考虑弹体减重，节省空间，就只能减少测量分层温度。因此，要解决这对矛盾，技术实现难度非常高。

现有的温度传感器由保护性结构体、单只热电偶、补偿导线和电连接器等部件组成。由于目前该型结构的温度传感器只能放入一只热电偶，对防热套某一层位置处的温度进行测量，满足不了对防热套多层温度的测量。因此，需要开发一种可以满足测量多层温度的温度传感器。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高集成弹体分层温度传感器以及一种高集成弹体分层测量系统。

本发明的第一方面，提供一种高集成弹体分层温度传感器，包括保护套、至少两个感温测量单元；其中，所述保护套的一端沿其轴向开设有至少两个具有不同深度的安装孔，每个安装孔用于容置至少一个所述感温测量单元，以实现分层测量被测物体的温度。

可选的，所述感温测量单元包括感温元件和电连接器，所述感温元件包括第一感热部、第二感热部以及连接部；其中，

所述第一感热部设置在对应的所述安装孔内，所述第二感热部位于所述保护套并与所述电连接器相连，所述连接部穿设在所述保护套中并分别连接所述第一感热部和所述第二感热部。

可选的，所述感温元件采用热电偶，所述热电偶的热端形成所述第一感热部，所述热端焊接在所述安装孔底部，所述热电偶的冷端形成所述第二感热部。

可选的，所述热端包括第一热电偶丝和第二热电偶丝，所述第一热电偶丝与所述第二热电偶丝的材质不同；其中，所述第一热电偶丝和所述第二热电偶丝焊接在一起。

可选的，所述冷端包括第一补偿导线和第二补偿导线，其中，

所述第一补偿导线的第一端与所述第一热电偶丝相连，所述第一补偿导线的第二端与所述电连接器的第一极相连；

所述第二补偿导线的第一端与所述第二热电偶丝相连，所述第二补偿导线的第二端与所述电连接器的第二极相连。

可选的，各所述安装孔内均填充有耐高温材料。

可选的，所述耐高温材料的热导率与所述保护套的热导率相匹配。

可选的，所述耐高温材料采用耐高温隔热胶、耐高温隔热纳米复合陶瓷和耐高温矿物胶中任意一者。

可选的，所述安装孔沿所述保护套的轴向均匀设置。

本发明的第二方面，提供一种测温系统，包括防护套和温度传感器，其中，所述温度传感器采用前文记载的温度传感器。

本发明提供的高集成弹体分层温度传感器及测量系统及测温系统，其包括保护套、至少两个感温测量单元；其中，所述保护套的一端沿其轴向开设有至少两个具有不同深度的安装孔，每个安装孔用于容置至少一个所述感温测量单元，从而可以实现分层测量被测物体(如防护套)的温度。此外，可以将多个感温测量单元集成在保护套中，从而实现尽可能多的测量被测物体各个层深的温度，以实现分层测量被测物体的温度。并且，将数个感温测量单元集成在一个传感器内部，减少传感器安装数量，有利于减轻弹体重量，提高产品可靠性，同时降低了产品安装成本、维护成本，产生明显的效果。

附图说明

图1为本发明第一实施例的一种高集成弹体分层温度传感器的结构示意图；

图2为图1中所示的温度传感器B处的局部放大图；

图3为本发明第二实施例的一种温度传感器原理示意图；

图4为本发明第三实施例的一种温度传感器热电偶冷端固定示意图；

图5为本发明第四实施例的一种测温系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明的第一方面，提供一种高集成弹体分层温度传感器100，其包括保护套110以及至少两个感温测量单元。保护套110的一端(沿其长度方向的一端)沿其轴向开设有至少两个具有不同深度的安装孔111，每个安装孔111用于容置至少一个感温测量单元，以实现分层测量被测物体的温度。

示例性的，如图1所示，保护套110的顶端沿其轴向开设有两个具有不同深度的安装孔111，并且每个安装孔111并未贯穿保护套110，也就是说，该两个安装孔111均为盲孔。在每个安装孔111中均设置有一个感温测量单元。这样，一并结合图5，在将该实施例的温度传感器100应用到被测物体(如图5中的防护套210)时，可以将该温度传感器100插入到防护套210中，从而可以借助安装在不同深度的安装孔111中的感温测量单元，实现对防护套不同层处的温度实现测量，也就是说，如图5所示，借助底部安装孔111中的感温测量单元可以测量防护套210的分层温度Ⅰ，借助顶部安装孔111中的感温测量单元可以测量防护套210的分层温度Ⅱ。

本实施例的温度传感器，通过在保护套一端开设两个或者更多不同深度的安装孔，并在各安装孔内设置感温测量单元，以实现多个感温测量单元集成在一个传感器中，每个感温测量单元独立工作，可以精准测量被测物体内部不同深度位置的温度，即进行测量不同层的温度，本实施例通过全新的设计集成在一个温度采集装置内部，形成复合型测量装置，减少单个感温采集单元的安装数量，有利于测量系统的减重，防止被测物体(诸如防护套)因打孔数量增多而引起结构强度的降低，同时提高了温度采集装置的可靠性，降低其安装成本。

需要说明的是，对于感温测量单元的具体结构并没有作出限定，感温测量单元可以根据温度传感器种类采取相应的结构形式，例如，感温测量单元可以采用热电偶的形式，或者，该感温测量单元也可以采用热敏电阻的形式，当然，本领域技术人员还可以根据实际需要，选择或设计感温测量单元的其他一些结构，本实施例对此并不限制。

进一步需要说明的是，虽然在图1中示出了两个安装孔以及两个感温测量单元，对于本领域普通技术人员来说，可以根据不同层的测温需要设置适当数目的安装孔以及相应的感温测量单元，在此不作具体限定。具体地，本实施例在图1中示出的安装孔及感温测量单元的数量及位置仅是示例性的，结合图5所示，在该设计下可以采集到分层温度I与分层温度II。

具体地，如图1至图3所示，感温测量单元包括感温元件120和电连接器130，感温元件120包括第一感热部121以及与第一感热部121相连的第二感热部122。其中，第一感热部121设置在对应的安装孔111内，第二感热部122穿过保护套110外并与电连接器130相连。

本实施例的温度传感器，在保护套的不同深度处的安装孔中设置两个感温元件，其中，各感温元件的第一感热部作为工作端，用于测量待测物体不同层深的温度，例如，将各第一感热部置于防护套的不同分层中，以对不同分层的温度进行测量，而第二感热部作为自由端，处于某个恒定的温度下，两个感热部的温度不相同时，回路中产生电动势，这样，与第二感热部连接的电连接器会显示感温元件产生的热电势。由此实现对防护套不同层深处温度的测量。

应当理解的是，感温元件除了可以包括第一感热部和第二感热部以外，还可以包括一些其他结构，例如，该感温元件还可以包括连接部，连接部穿设在保护套中并分别连接第一感热部和第二感热部，如此设置，可以缩短感热部的长度，节省感温元件的制作成本。

示例性的，如图1至图3所示，本实施例中的感温元件120采用热电偶，热电偶的热端形成第一感热部121，热端焊接在安装孔111底部，热电偶的冷端形成第二感热部122。

具体地，如图3所示，本示例中的热端121包括第一热电偶丝121a和第二热电偶丝121b，第一热电偶丝121a与第二热电偶丝121b的材质不同；其中，第一热电偶丝121a和第二热电偶丝121b焊接在一起。此外，冷端122包括第一补偿导线122a和第二补偿导线122b，其中，第一补偿导线122a的第一端与第一热电偶丝121a相连，第一补偿导线122a的第二端与电连接器130的第一极相连，该第一极可以是正极；第二补偿导线122b的第一端与第二热电偶丝121b相连，第二补偿导线122b的第二端与电连接器130的第二极相连，该第二极可以是负极。

需要说明的是，如图3所示，第一热电偶丝121a与第二热电偶丝121b的第一端通过焊接形成焊接端121c，该焊接端121c处形成热电偶的热端121，即温度测量端。该热端121设置在不同安装孔111的底部以对不同层进行检测温度，再将各热电偶丝分别与各补偿导线对应连接，各补偿导线的另一端伸出至保护套110外部，形成冷端，并且将各补偿导线与电连接器130连接，这样，各补偿导线将电信号传递至电连接器130，也就是说，各补偿导线与各热电偶丝相当于感温元件中的连接部，将热电偶的热端与冷端连接起来，实现电信号传输。

本实施例采用基于热电偶原理设计用于测量防护套多层温度的装置。具体地，热电偶丝是温度传感器的敏感材料，由两种材质金属材料组成。保护套是温度传感器的感温触点，与被测温度接触，能直接传递被测温度，称为热电偶温度传感器的热端，传感器补偿导线一端称为冷端，热端与冷端之间若存在温度差ΔT，就会在冷端产生一个与ΔT成线性关系的mV数量级的电压值，通过测量电压值就能获得温度ΔT的测值，这就是赛贝克(seeback)效应，由此可实现温度的精确测量。

进一步地，如图1和图2所示，各安装孔111内均填充有耐高温材料。并且，上述耐高温材料的热导率与本示例中保护套110的热导率相匹配。也就是说，在各安装孔111中填充的耐高温材料热导率与保护套的材质的热导率要相应或者尽量接近。可选的，本实施例中的耐高温材料采用耐高温隔热胶、耐高温隔热纳米复合陶瓷和耐高温矿物胶中任意一者，在此不做具体限定。

需要说明的是，由于热电偶丝的材质比较脆，实际使用过程中容易损坏，所以本实施例中在热电偶外部加上保护套。但是，为能够进一步提高分层温度传感器的测量精度，准确反映防热套不同深度处的温度，该保护套的材质必须与弹头舱、仪器舱防热套的材质保持一致，也就是说，本实施例的保护套采用与防热套相同的材料，保护套的安装孔内填充的耐高温材料与保护套的材质的热导率需要尽量匹配。

需要说明的是，本实施例的保护套可采用圆柱形的保护套，即该保护套相当于一种保护性结构体，在该保护性结构体中开设的安装孔为盲孔，这样，可将热电偶容置在盲孔的底部，以进行测量温度，尤其可以用于测量弹头舱防热套和仪器舱防热套的分层温度。上述设置的安装孔沿保护套的轴向均匀设置，即可以以对称方式设置在保护套内，也可以均匀设置在保护套内，这样，使得各热电偶之间互相不受影响，以达到测量温度的更精确。

进一步地，保护套内的其他结构封装方式按常规热电偶温度传感器制备工艺进行封装。如图4所示，热电偶的冷端采用机械冷压锁紧方式将套筒123固定在第一补偿导线122a与第二补偿导线122b的外部，将补偿导线外部的屏蔽线压紧在线芯上，套筒123的内壁紧蜜地箍紧补偿导线，两根补偿导线通过套筒123连接为一体。

本发明的第二方面，如图5所示，提供一种测温系统200，属于高集成弹体分层测温系统，包括防护套210和温度传感器100，其中，温度传感器100采用如上记载的温度传感器，具体结构参考前文记载，在此不再赘述。

需要说明的是，本实施例的防护套包括弹头舱防热套或仪器舱防热套，当然，对于本领域普通技术人员来说，也可以选择其他防护套，可以根据实际需要将温度传感器置于不同的防护套中，在此不作具体限定。

本实施例的测温系统是将温度传感器置于防护套中，利用温度传感器中设置的两个甚至多个热电偶实现尽可能多的测量防护套各个层深的温度，如图5所示，防护套包括两层(第一层I与第二层II)，且两层的层深不同，将上述温度传感器置于防护套中，这样，两个热电偶的热端分别可以测量防护套第一层I的温度以及第二层II的温度。也就是说，本实施例基于热电偶原理设计的分层温度传感器能够测量防护套各个层深的温度，实现了只用一只传感器就能完成以往多只传感器对防护套不同层深温度的精确测量，减少传感器安装数量，有利于减轻弹体重量，提高产品可靠性，同时降低了产品安装成本，达到明显的效果。

本发明提供的温度传感器基于热电偶原理将保护套的内部沿其轴向开设两个甚至更多不同深度的安装孔，将两组甚至多组热电偶的热端至于孔的底部，尽可能多的测量防热套各个层深的温度，以实现梯度测量被测物体的温度。并且，本发明提供的温度传感器是一种高集成弹体分层温度传感器，将数个感温测量单元集成在一个传感器内部，减少传感器安装数量，有利于减轻弹体重量，提高产品可靠性，同时降低了产品安装成本、维护成本，产生明显的效果。另一方面，柱形的保护套采用与防热套相同的材料，保护套内部的耐高温填充材料与保护套材质的热导率相匹配，能够进一步提高分层温度传感器的测量精度，准确反映防热套不同深度处的温度。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高集成弹体分层温度传感器，其特征在于，包括保护套、至少两个感温测量单元；其中，所述保护套的一端沿其轴向开设有至少两个具有不同深度的安装孔，每个安装孔用于容置至少一个所述感温测量单元，以实现分层测量被测物体的温度。

2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述感温测量单元包括感温元件和电连接器，所述感温元件包括第一感热部、第二感热部以及连接部；其中，

所述第一感热部设置在对应的所述安装孔内，所述第二感热部位于所述保护套并与所述电连接器相连，所述连接部穿设在所述保护套中并分别连接所述第一感热部和所述第二感热部。

3.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于，所述感温元件采用热电偶，所述热电偶的热端形成所述第一感热部，所述热端焊接在所述安装孔底部，所述热电偶的冷端形成所述第二感热部。

4.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述热端包括第一热电偶丝和第二热电偶丝，所述第一热电偶丝与所述第二热电偶丝的材质不同；其中，所述第一热电偶丝和所述第二热电偶丝焊接在一起。

5.根据权利要求4所述的温度传感器，其特征在于，所述冷端包括第一补偿导线和第二补偿导线，其中，

所述第一补偿导线的第一端与所述第一热电偶丝相连，所述第一补偿导线的第二端与所述电连接器的第一极相连；

所述第二补偿导线的第一端与所述第二热电偶丝相连，所述第二补偿导线的第二端与所述电连接器的第二极相连。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的温度传感器，其特征在于，各所述安装孔内均填充有耐高温材料。

7.根据权利要求6所述的温度传感器，其特征在于，所述耐高温材料的热导率与所述保护套的热导率相匹配。

8.根据权利要求7所述的温度传感器，其特征在于，所述耐高温材料采用耐高温隔热胶、耐高温隔热纳米复合陶瓷和耐高温矿物胶中任意一者。

9.根据权利要求1至5任一项所述的温度传感器，其特征在于，所述安装孔沿所述保护套的轴向均匀设置。

10.一种测温系统，包括防护套和温度传感器，其特征在于，所述温度传感器采用权利要求1-9中任一项所述的温度传感器。

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