CN112729582A - 一种用于多维度定向测量的温度传感器及测温系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于多维度定向测量的温度传感器及测温系统，所述温度传感器包括壳体、至少一个热隔离件、至少两个感温件；相邻两个所述感温件之间设置有至少一个所述热隔离件，并且，所述至少两个感温件分别设置于所述壳体的不同方向处，以使得所述至少两个感温件处于被测体的不同维度处，实现多维度温度测量。本发明采用全新的设计，能够通过一个温度传感器实现对被测体的多维度温度进行测量，减少了对被测体进行多维度温度测量时所需的温度传感器的数量，减轻了被测体所附带的测量装置的重量，节省了空间，降低了安装使用成本和维护成本，提高了可靠性和精准度。

Description

一种用于多维度定向测量的温度传感器及测温系统

技术领域

本发明属于温度传感器技术领域，具体涉及一种用于多维度定向测量的温度传感器及测温系统。

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一种最为普遍而又重点关注的测量参数。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将温度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。

近年来，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被测体多维度的温度测量提出了越来越高的要求，例如，需要温度传感器能够对同一测点部位的表面温度、空间温度甚至测点部位内部温度进行实时响应。而传统的热电偶传感器，由于受绝缘要求、机械保护等因素的制约，在结构设计时只能做到对被测部位某一维度的温度进行测量，功能单一，如需测量两个或者两个以上维度的温度，则需要通过两个或者两个以上的温度传感器进行布点测量，而这不仅会增加箭（弹）体重量，还会占用箭（弹）体宝贵的内部空间，但若考虑箭（弹）体减重以及节省空间，则只能减少温度传感器布点。然而，要解决温度传感器布点与箭（弹）体重量及空间之间的矛盾，技术实现难度非常大。

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，使得该型结构的温度传感器只能对某一测点位置处的温度进行单维度测量，满足不了对测点部位多维度温度的测量要求。因此，亟需设计一种可以满足多维度定向测量要求的温度传感器。

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，提供一种用于多维度定向测量的温度传感器及测温系统。

本发明的一个方面，提供一种用于多维度定向测量的温度传感器，所述温度传感器包括壳体、至少一个热隔离件、至少两个感温件；

相邻两个所述感温件之间设置有至少一个所述热隔离件，并且，所述至少两个感温件分别设置于所述壳体的不同方向处，以使得所述至少两个感温件处于被测体的不同维度处，实现多维度温度测量。

在一些实施方式中，所述温度传感器包括两个感温件，分别为第一感温件和第二感温件；

所述第一感温件设置在所述壳体的表面，以测量所述被测体的空间温度；

所述第二感温件设置在所述壳体的内部，以测量所述被测体的表面温度。

在一些实施方式中，所述温度传感器还包括保护套，所述保护套与所述壳体相连并套设在所述第一感温件外侧。

在一些实施方式中，所述保护套设置有透气孔。

在一些实施方式中，所述保护套的热传导率大于所述被测体的热传导率。

在一些实施方式中，所述温度传感器还包括耐热套，所述耐热套设置在所述第一感温件和所述保护套之间。

在一些实施方式中，所述第二感温件的四周填充有耐热材料。

在一些实施方式中，所述壳体在所述第二感温件处的壁厚小于其余位置处的壁厚。

在一些实施方式中，所述第一感温件和所述第二感温件均采用热电偶。

本发明的另一个方面，提供一种多维度定向测温系统，所述测温系统包括被测体和前文所记载的任一项所述的温度传感器，所述壳体与所述被测体相连，所述至少两个感温件分别处于所述被测体的不同维度处。

本发明提供的一种用于多维度定向测量的温度传感器及测温系统，采用全新的设计，通过将多个感温件分别设置于一个壳体的不同方向处，使该多个感温件分别处于被测体的不同维度处，从而能够通过一个温度传感器实现对被测体的多维度温度进行测量，减少了对被测体进行多维度温度测量时所需的温度传感器的数量，减轻了被测体所附带的测量装置的重量，节省了空间，降低了安装使用成本和维护成本。另外，在相邻两个感温件之间设置至少一个热隔离件，还能够防止相邻两个感温件之间发生热串扰，提高了可靠性和精准度。

附图说明

图1为本发明一实施例的一种用于多维度定向测量的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处的放大结构示意图；

图3为本发明另一实施例的热电偶的工作原理图；

图4为本发明另一实施例的热电偶的冷端固定示意图；

图5为本发明另一实施例的一种多维度定向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。

本发明的一个方面，如图1所示，提供一种用于多维度定向测量的温度传感器100，温度传感器100包括壳体110、至少一个热隔离件120、至少两个感温件。相邻两个感温件之间设置有至少一个热隔离件120，并且，至少两个感温件分别设置于壳体110的不同方向处，以使得至少两个感温件处于被测体的不同维度处，实现多维度温度测量。

如图1所示，壳体110的形状可以根据被测体的结构形式以及测温需要等实际情况进行选择设置，本实施例对此并不限制。壳体110的材质可以根据温度传感器100的测温范围进行相应的选择。例如，温度传感器100的测温范围在200℃以内时，壳体110可以选择铜合金或者铝合金材质。或者，温度传感器100的测温范围在500℃以内时，壳体110可以选择321不锈钢材质。再例如，温度传感器100所能测量的最高温度超过500℃时，壳体110可以选择高温合金材质。当然，本领域技术人员也可以根据实际需要将壳体110选择为其他材质，本实施例对此并不具体限制。热隔离件120可以根据实际需要，设置成不同的形状或者厚度，从而防止相邻感温件之间发生热串扰，进而提高可靠性和精准度。感温件可以根据温度传感器的种类选择相应的结构形式，例如，可以采用热电阻，也可以采用热电偶，还可以采用其他结构形式，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，本实施例对此并不限制。每个感温件均可以独立工作，从而能够更加精准地测量被测体不同维度的温度。

需要说明的是，本实施例对感温件以及热隔离件的具体数量并没有进行具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。例如，感温件可以设置有2个、3个、4个等多个，热隔离件可以设置有1个，也可以设置有2个、3个、4个等多个。另外，本实施例对设置在相邻两个感温件之间的热隔离件的具体数量也没有进行具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。例如，相邻两个感温件之间的热隔离件可以有1个，也可以有2个、3个、4个等多个。

具体的，在使用本实施例的温度传感器100进行温度测量时，可以将其中一个感温件置于被测体的表面或者内部，例如，可以将图1中位于热隔离件120下侧的感温件置于被测体的表面或者内部，通过该感温件测量被测体的表面温度或者内部温度，将另外一个感温件置于被测体的外部，例如，可以将图1中位于热隔离件120上侧的感温件置于被测体的外部，通过该感温件测量被测体的空间温度，从而实现对被测体的表面温度或者内部温度、空间温度等多维度温度的测量。

本实施例的温度传感器采用全新的设计，通过将多个感温件分别设置于一个壳体的不同方向处，使该多个感温件分别处于被测体的不同维度处，从而能够通过一个温度传感器实现对被测体的多维度温度进行测量，减少了对被测体进行多维度温度测量时所需的温度传感器的数量，减轻了被测体所附带的测量装置的重量，节省了空间，降低了安装使用成本和维护成本。另外，在相邻两个感温件之间设置至少一个热隔离件，还能够防止相邻两个感温件之间发生热串扰，提高了可靠性和精准度。

示例性的，如图1和图2所示，温度传感器100包括两个感温件，分别为第一感温件131和第二感温件132。第一感温件131设置在壳体110的表面，以测量被测体的空间温度。第二感温件132设置在壳体110的内部，以测量被测体的表面温度。

本实施例的温度传感器，通过在壳体的表面和内部分别设置第一感温件和第二感温件，能够实现同时测量被测体的空间温度和表面温度，减少了对被测体进行多维度温度测量时所使用的温度传感器的数量，降低了成本。

示例性的，如图1和图2所示，温度传感器100还包括保护套140，保护套140与壳体110相连并套设在第一感温件131外侧。该保护套相当于一种保护性结构，能够将第一感温件容置在其内部，从而避免外界环境对第一感温件造成损伤，延长使用寿命。

示例性的，如图1和图2所示，保护套140设置有透气孔（图中并未标出）。通过设置透气孔，使得保护套内部与外部环境相连通，第一感温件能够直接感知测量外部环境温度，提高了精确度和可靠度。

示例性的，如图1和图2所示，保护套140的热传导率大于被测体的热传导率。由于保护套设置在第一感温件的外侧，所以，通过将保护套的热传导率设置为大于被测体的热传导率，能够进一步提高温度传感器的热响应速度，准确反映被测体的温度，提高温度测量的精确度和可靠度。

示例性的，如图1和图2所示，温度传感器100还包括耐热套（图中并未标出），耐热套设置在第一感温件131和保护套140之间。耐热套可以采用耐高温材料，例如，可以采用耐高温隔热胶，也可以采用耐高温隔热纳米复合陶瓷，还可以采用耐高温矿物胶等等，当然，耐热套也可以采用其他材料，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，本实施例对此并不具体限制。

本实施例的温度传感器，通过在第一感温件和保护套之间设置耐热套，能够对第一感温件进行耐热保护。另外，耐热套的热传导率可以高于或者尽量接近保护套的热传导率，从而进一步提高温度传感器的热响应速度、精确度和可靠度。

示例性的，如图1和图2所示，第二感温件132的四周填充有耐热材料。耐热材料可以是耐高温隔热胶，也可以是耐高温隔热纳米复合陶瓷，还可以是耐高温矿物胶等等，当然，耐热材料也可以是其他耐热材料，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，本实施例对此并不具体限制。

本实施例的温度传感器，通过在第二感温件的四周填充耐热材料，能够对第二感温件进行耐热保护。另外，该耐热材料的热传导率可以高于或者尽量接近壳体的热传导率，从而进一步提高温度传感器的热响应速度、精确度和可靠度。

示例性的，如图1和图2所示，壳体110在第二感温件132处的壁厚小于其余位置处的壁厚。壳体110作为感温触点，与被测温度直接接触，并能够直接传递被测温度。通过将壳体在第二感温件处的壁厚设置为小于其余位置处的壁厚，能够进一步提高温度传感器的热响应速度，准确反映被测体的温度，提高精确度和可靠度。

示例性的，如图1和图2所示，第一感温件131和第二感温件132均采用热电偶。热电偶的工作原理如图3所示，热电偶包括热端T1和冷端T2，热端T1与冷端T2之间若存在温度差ΔT，就会在冷端T2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的值，这就是赛贝克(seeback)效应，由此可实现温度的精确测量。

示例性的，如图4所示，在对热电偶进行封装时，可以采用机械冷压锁紧方式将热电偶的冷端T2与壳体110固定，热电偶的其他结构可以按照常规制备工艺进行封装，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，本实施例对此并限制。

本实施例的温度传感器，感温件采用热电偶，使得该温度传感器能够适应高温（如1000℃以上）环境，提高了产品的可靠性。

示例性的，如图1所示，温度传感器100还可以包括电连接器150，至少两个感温件均与电连接器150电连接。如图3和图4所示，在感温件采用热电偶时，热电偶的冷端T2可以通过不同的补偿导线分别与电连接器150的正负极相连，以实现信号传输。在使用本实施例的温度传感器100进行温度测量时，感温件将感知到的温度信号转化为电信号，并将该电信号传递给电连接器150，电连接器150可以与后端采集系统电连接，以使后端采集系统能够对该电信号加以分析和利用，从而实现温度测量。

本发明的另一个方面，如图5所示，提供一种多维度定向测温系统200。测温系统200包括被测体210和前文所记载的温度传感器100。温度传感器100的具体结构可以参考前文记载，在此不作赘述。被测体210可以是火箭内壁，也可以是导弹内壁，还可以是其他物体，本实施例对此并不具体限制。壳体110与被测体210相连，至少两个感温件分别处于被测体210的不同维度处。例如，在温度传感器100包括两个感温件时，可以将两个感温件分别置于被测体210表面和被测体210所在空间，以分别测量被测体210的表面温度I和空间温度II。

本实施例提供的测温系统，将一个温度传感器中的多个感温件分别置于被测体的不同维度处，能够实现通过一个温度传感器对被测体的多维度温度进行测量，减少了对被测体进行多维度温度测量时所需的温度传感器的数量，减轻了被测体所附带的测量装置的重量，节省了空间，降低了安装使用成本和维护成本，提高了产品的可靠性。

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)

1.一种用于多维度定向测量的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器包括壳体、至少一个热隔离件、至少两个感温件；

相邻两个所述感温件之间设置有至少一个所述热隔离件，并且，所述至少两个感温件分别设置于所述壳体的不同方向处，以使得所述至少两个感温件处于被测体的不同维度处，实现多维度温度测量。

2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器包括两个感温件，分别为第一感温件和第二感温件；

所述第一感温件设置在所述壳体的表面，以测量所述被测体的空间温度；

所述第二感温件设置在所述壳体的内部，以测量所述被测体的表面温度。

3.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器还包括保护套，所述保护套与所述壳体相连并套设在所述第一感温件外侧。

4.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述保护套设置有透气孔。

5.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述保护套的热传导率大于所述被测体的热传导率。

6.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器还包括耐热套，所述耐热套设置在所述第一感温件和所述保护套之间。

7.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于，所述第二感温件的四周填充有耐热材料。

8.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于，所述壳体在所述第二感温件处的壁厚小于其余位置处的壁厚。

9.根据权利要求2至8任一项所述的温度传感器，其特征在于，所述第一感温件和所述第二感温件均采用热电偶。

10.一种多维度定向测温系统，其特征在于，所述测温系统包括被测体和权利要求1至9任一项所述的温度传感器，所述壳体与所述被测体相连，所述至少两个感温件分别处于所述被测体的不同维度处。

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