CN117998961A - 热电偶 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热电偶，其包括：具有正电极(121)和负电极(122)的线芯(120)，所述正电极(121)和所述负电极(122)在一端处通过焊点连接至彼此并且各自具有自所述焊点并行地延伸并且彼此横向地间隔开的电极主体；封装装置，其封装所述线芯(120)并使得所述正电极(121)和所述负电极(122)的远离所述焊点的自由端自所述封装装置伸出；以及设置于所述封装装置内的绝缘装置，该绝缘装置布置成能将所述正电极(121)和所述负电极(122)的电极主体电隔离，其中，所述绝缘装置由无机硅酸铝制成。

Description

热电偶

技术领域

本发明涉及温度检测装置技术领域，特别是涉及一种热电偶。

背景技术

热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪器(二次仪表)转换成被测介质的温度。尽管热电偶的测量精度高、可测量的温度范围比较大、操作简单、容易上手且测量效率高，但现有技术中的热电偶具有容易发生绝缘失效、尺寸大、制造复杂等缺陷。

N型热电偶作为一种廉金属热电偶，其工作原理是基于塞贝克(seeback)效应，即两根成分不同的导体的两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。如图1所示，N型热电偶10包括芯线13、外壳15和设置在该芯线13与该外壳15之间的绝缘装置14，其中，芯线13包括成分不同的两根电极，即正电极和负电极，该正电极和该负电极在其一端处焊接在一起形成热电偶的热端(即工作端或测量端)11，并且在其另一端(参比端或冷端)12处与显示仪器相连。如果N型热电偶的热端与冷端之间存在温度差，则显示仪器将指示N型热电偶产生的热电动势。

N型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点，是一种很有发展前途的热电偶。

然而，现有的N型热电偶也具有容易发生绝缘失效、尺寸大、制造复杂等缺陷。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的上述的部分或全部缺陷和/或其它缺陷。

现有的热电偶如N型热电偶是采用氧化镁(MgO)作为绝缘材料来使线芯的正极和负极的主体部分电隔离的。然而，发明人惊人地发现采用这种MgO作为绝缘材料存在以下缺点：

-MgO极易吸收水分，从而容易导致热电偶产品的绝缘性失效；

-MgO成本较高，因此，热电偶的制造成本较高；和

-MgO较脆易碎，因此，为增大MgO绝缘材料的强度，现有技术中的N型热电偶通常将MgO绝缘装置制造的较厚(在经历旋锻和退火等工艺之前其外径可能在20mm±0.2mm左右)，这增大了N型热电偶的整体尺寸。此外，由于较大外径的热端将降低测温灵敏度，因此现有技术中的N型热电偶需在将MgO绝缘材料、芯线插入到外壳中之后、至少对热端进一步执行旋锻和退火工艺，从而将热端处的外径降低至所需较小尺寸，这又进一步增加了制造工序和制造成本。

因此，为克服因MgO作为绝缘材料而导致的上述缺陷中的至少一部分缺陷，本发明提供了一种热电偶，其包括：

具有正电极和负电极的线芯，所述正电极和所述负电极在一端处通过焊点连接至彼此并且各自具有自所述焊点并行地延伸并且彼此横向地间隔开的电极主体；

封装装置，其封装所述线芯并使得所述正电极和所述负电极的远离所述焊点的自由端自所述封装装置伸出；以及

设置于所述封装装置内的绝缘装置，该绝缘装置布置成能将所述正电极和所述负电极的电极主体电隔离，其中所述绝缘装置由无机硅酸铝制成。

本发明通过用由无机硅酸铝制成的绝缘装置代替现有技术中的氧化镁绝缘材料，克服了现有技术中的热电偶因易吸收水分而导致的绝缘性失效的缺陷。

在一个优选实施例中，所述绝缘装置的一部分位于所述封装装置与所述线芯之间，从而通过该部分将所述线芯与所述封装装置之间电隔离。

在一个实施例中，所述绝缘装置包括套设在所述正电极和所述负电极的电极主体上的绝缘套。其中，可在该正电极和该负电极的电极主体上各自套设单独的绝缘套，从而达到正电极和负电极的电极主体之间以及可能的芯线与封装装置之间的电隔离。

优选地，套设在所述正电极和所述负电极的电极主体上的绝缘套集成为一个整体式绝缘套。

优选地，所述整体式绝缘套一体形成并具有分别供所述正电极和所述负电极的电极主体经其穿过的两个绝缘套通孔。

在一个实施例中，所述绝缘装置包括沿所述正电极和所述负电极的电极主体的纵向间隔布置的多个所述整体式绝缘套，例如两个整体式绝缘套。

在一个具体实施例中，所述封装装置包括：

套装于所述芯线外的外壳，该外壳具有在所述焊点附近的封闭端、与所述封闭端纵向相对的开口端以及位于所述封闭端和所述开口端之间的外壳主体；和

用于密封封堵所述开口端的密封件，所述密封件具有允许所述正电极和所述负电极的自由端伸出到所述外壳之外的开孔。

优选地，所述外壳主体具有沿其纵向一致的外径。

优选地，所述外壳主体的外径在1.8mm至约4.5mm的范围内。

优选地，所述外壳主体的外径在1.98mm至2.28mm的范围内，或在3.7mm至4.4mm的范围内。

优选地，上述热电偶为N型热电偶。

本发明利用无机硅酸铝来代替氧化镁制成绝缘装置，由于无机硅酸铝比氧化镁更不容易吸水、具有更高的耐热性和绝缘性，因此克服了现有技术中的热电偶如N型热电偶因易吸收水分而导致的绝缘性失效的缺陷。

此外，采用由无机硅酸铝制成的绝缘材料也进一步降低了制造工序并减少了制造成本。这样因为，一方面，与氧化镁相比，无机硅酸铝的价格更低，并且另一方面，由于由无机硅酸铝制成的绝缘装置的强度大不易碎，因此，相比于氧化镁绝缘装置，可将本发明的绝缘装置制造的更薄并且因此外径更小。这样，可选择与较小外径的绝缘装置的尺寸对应的较小尺寸的封装装置来套设在绝缘装置外。由于封装装置的尺寸足够小，因此无需进一步例如通过旋锻和退火等工艺来减小热端尺寸，从而进一步减少了制造工序并因此进一步减少了制造成本。

附图说明

下面参照附图经由示例性实施例对本发明进行详细描述，其中：

图1示出了沿纵向中心线部分剖开的、根据现有技术中的N型热电偶的示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的N型热电偶的分解图；

图3示出了根据图2的实施例的N型热电偶的沿其纵向中心线截取的剖视图。

附图仅是示意性的，且并不一定按比例绘制。它们仅示出为了阐明本发明所必需的那些部分，而其它部分可能被省略或仅仅简单提及。除了附图中所示出的部件外，本发明还可以包括其它部件。

具体实施方式

下面参照附图描述根据本发明实施例的热电偶如N型热电偶。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员来说明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解，本发明并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的特征、实施例和优点仅作说明之用，不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

如图2和3所示，在本发明的一个实施例中，热电偶如N型热电偶100包括：具有正电极121和负电极122的线芯120，所述正电极121和所述负电极122在一端处通过焊点连接至彼此以形成N型热电偶100的热端即工作端，并且该正电极121和该负电极122各自均具有自所述焊点并行地延伸并且彼此横向地间隔开的电极主体，优选地，该正电极121可由镍铬硅(NiCrSi)合金制成，并且负电极122可由镍硅(NiSi)合金制成；封装装置，其封装所述线芯120并使得所述正电极121和所述负电极122的远离所述焊点的自由端(即冷端)自所述封装装置伸出，该自由端用于连接至显示仪器，使得如果N型热电偶100的热端与冷端之间存在温度差，则显示仪器将指示N型热电偶100产生的热电动势；以及设置于所述封装装置内的绝缘装置，该绝缘装置布置成能将所述正电极121和所述负电极122的电极主体电隔离，其中，所述绝缘装置由无机硅酸铝制成。

优选地，如图2和3所示，该封装装置包括：套装于所述芯线外的外壳110，该外壳110具有在所述焊点附近的封闭端111、与所述封闭端111纵向相对的开口端112、以及位于所述封闭端111和所述开口端112之间的外壳主体；和用于密封封堵所述开口端112的密封件140，所述密封件140具有允许所述正电极121和所述负电极122的自由端伸出到所述外壳110之外的开孔141。作为一个例子，该密封件140可由环氧树脂或玻璃胶制成。

优选地，所述外壳110可由不锈钢、陶瓷、Inconel 600合金或Inconel 601合金、或其他任何合适的材料制成。

优选地，所述外壳主体可具有沿其纵向一致的外径。同样可行的是，该外壳110的封闭端111可从所述外壳主体的靠近热端的端部处朝向远离冷端的方向渐缩，从而该封闭端111呈更细的尖端的形式，并且该封闭端111可呈穹顶形或部分圆形的形状。

优选地，所述绝缘装置的一部分位于所述外壳110与所述线芯120之间，从而除了将正电极121和负电极122的电极主体电隔离之外，还将所述线芯120与所述外壳110之间电隔离。这尤其是在外壳110的至少一部分由导电材料制成的情况下，可以有效地实现线芯120与外壳110之间的电隔离。另外，使绝缘装置的一部分位于外壳110与正电极121和与负电极122的电极主体之间还能为外壳110提供进一步的结构支承，从而进一步防止了外壳110的变形和因所述变形导致的对芯线的压迫。

在一个具体的例子中，如图2和3所示，绝缘装置包括由无机硅酸铝形成的两个绝缘套130，这两个绝缘套130沿正电极121和负电极122的电极主体的纵向间隔开地套设在该正电极121和负电极122的电极主体两者上。在此，所述两个绝缘套130中的每一者均可包括用于套设在所述正电极121和所述负电极122的电极主体上的绝缘套通孔131。优选地，所述两个绝缘套130中的每一者可各自一体地形成，例如通过注射工艺一体地形成，或者其可以通过首先制成实心柱状体，并且然后在该实心柱状体上开设两个通孔而形成。作为替代，所述两个绝缘套130中的每一者可以是通过先各自制造出用于分别套设在正电极121和负电极122的电极主体上的单独的两个绝缘套子套，并且然后将这两个绝缘套子套通过合适的结合方式例如粘结、螺纹连接等彼此连接在一起，来形成一个集成的整体式的绝缘套130。

当然，本文中提到的绝缘套130的上述形成方式仅是示例性的，其可以通过本领域内已知的任何其他合适的技术手段而形成，这均落入本发明的保护范围内。

此外，尽管在附图中示出该N型热电偶100包括两个上述绝缘套130且上述两个绝缘套130沿纵向间隔开，但应当理解，绝缘套130的数量可以不同，例如可以仅设置一个绝缘套130，该一个绝缘套130可以沿正电极121和负电极122的电极主体的、位于外壳110内的电极部分的至少一部分延伸。该一个绝缘套130的延伸长度可以任意选择，只要其能实现所需的绝缘功能即可。或者，绝缘套130的数量可以大于两个，例如三个、四个、五个等等。此外，还应理解，这些绝缘套130之间可以沿纵向邻接彼此地布置，而非彼此间隔开地布置，也可能的是这些绝缘套130中的一部分绝缘套130可彼此邻接，而另一部分绝缘套130可彼此间隔开，这均落入本发明的保护范围内。

作为上述整体式绝缘套130的替代，可在该正电极121和该负电极122的电极主体上各自套设一个或多个单独的绝缘套，从而达到正电极121和负电极122的电极主体之间以及可能的芯线与外壳110之间的电隔离。当然还应理解，套设在正电极121的电极主体上的一个或多个第一绝缘套和套设在负电极122的电极主体上的一个或多个第二绝缘套可以沿纵向彼此间隔开、或者也可以彼此邻接地布置。此外，第一绝缘套和第二绝缘套可在横向上对齐或不对齐，只要能实现所需的电绝缘功能即可。

优选地，这种整体式或一体形成的绝缘套130可具有一致的外径，并且该外径可在约1.2mm至约3.4mm的范围内，优选在约1.38mm至约1.68mm的范围内，或者可在3.1mm至约3.4mm的范围内。例如该整体式或一体形成的绝缘套130的外径可以为约1.4mm、约1.8mm、约2.2mm、约2.5mm、约3.0mm、约3.2mm或约3.3mm等。优选地，该外壳主体可具有0.3mm至约0.5mm的厚度。优选地，外壳主体可具有沿纵向一致的外径，该外壳主体的一致的外径可在约1.8mm至约4.5mm的范围内，优选在1.98mm至约2.28mm的范围内，或在约3.7mm至约4.4mm的范围内、或在约3.7mm至约4.5mm的范围内。该绝缘套通孔131的尺寸可为0.3mm至约0.4mm，例如可为0.38mm。显然，这些尺寸显著小于现有技术中的外壳110的最大外径。

应当理解，以上尺寸仅是示例性的，其可以根据具体需求而变化，这均落入本发明的保护范围内。

本发明通过利用由无机硅酸铝制成的绝缘装置替代现有技术中的由氧化镁制成的绝缘装置，能够有效避免因氧化镁吸湿导致的绝缘性失效的问题，从而显著延长了N型热电偶100的使用寿命。此外，由于由无机硅酸铝制成的绝缘装置的强度大不易碎，因此，相比于氧化镁绝缘装置，可将本发明的绝缘装置或绝缘套130制造的更薄并且因此外径更小。这样，可选择与较小外径的绝缘装置的尺寸对应的尺寸较小的外壳110来套设在绝缘装置外，这样由于外壳110的尺寸可足够小到现有技术中热端处所需的尺寸，因此在将线芯120和绝缘装置插入到外壳110中之后，无需通过旋锻和退火等工艺来进一步减小热端的尺寸，从而进一步减少了制造工序并因此进一步减少了制造成本。此外，由于无机硅酸铝相较于氧化镁而言价格更低，因此，这又进一步降低了制造成本。

尽管上述实施例中仅针对了N型热电偶进行了描述，但本领域技术人员理解，上述内容也适用于本领域已知的其他类型的热电偶。

这里描述的实施例仅用于说明目的，并不旨在限制权利要求的范围。应当理解，对本领域技术人员显而易见的各种修改或变化都在本申请的精神和范围以及所附权利要求的范围内。

此外，在本文中，用语“包括”、“具有”不排除其它要素或步骤。单个单元或步骤可实现在权利要求中叙述的多个特征的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述特定措施的单纯事实并不表示这些措施的结合不能有利地使用。与属性或值相结合的用语“约”、“大约”等特别是还分别明确地定义该属性或明确地定义该值。给定数值或范围的上下文中的用语“约”指的是例如给定值或范围的20％以内、10％以内、5％以内或2％以内的值或范围。

Claims (10)

1.一种热电偶，其包括：

具有正电极(121)和负电极(122)的线芯(120)，所述正电极(121)和所述负电极(122)在一端处通过焊点连接至彼此并且各自具有自所述焊点并行地延伸并且彼此横向地间隔开的电极主体；

封装装置，其封装所述线芯(120)并使得所述正电极(121)和所述负电极(122)的远离所述焊点的自由端自所述封装装置伸出；以及

设置于所述封装装置内的绝缘装置，该绝缘装置布置成能将所述正电极(121)和所述负电极(122)的电极主体电隔离，其中，所述绝缘装置由无机硅酸铝制成。

2.根据权利要求1所述的热电偶，其中，所述绝缘装置的一部分位于所述封装装置与所述线芯(120)之间，从而通过该部分将所述线芯(120)与所述封装装置之间电隔离。

3.根据权利要求1或2所述的热电偶，其中，所述绝缘装置包括套设在所述正电极(121)和所述负电极(122)的电极主体上的绝缘套。

4.根据权利要求3所述的热电偶，其中，套设在所述正电极(121)和所述负电极(122)的电极主体上的绝缘套集成为一个整体式的绝缘套(130)。

5.根据权利要求4所述的热电偶，其中，所述整体式的绝缘套(130)一体形成并具有分别供所述正电极(121)和所述负电极(122)的电极主体经其穿过的两个绝缘套通孔(131)。

6.根据权利要求4或5所述的热电偶，其中，所述绝缘装置包括沿所述正电极(121)和所述负电极(122)的电极主体的纵向间隔布置的多个所述整体式的绝缘套(130)。

7.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的热电偶，其中，所述封装装置包括：

套装于所述芯线外的外壳(110)，该外壳(110)具有在所述焊点附近的封闭端(111)、与所述封闭端(111)纵向相对的开口端(112)、以及位于所述封闭端(111)和所述开口端(112)之间的外壳主体；和

用于密封封堵所述开口端(112)的密封件(140)，所述密封件(140)具有允许所述正电极(121)和所述负电极(122)的自由端伸出到所述外壳(110)之外的开孔(141)。

8.根据权利要求7所述的热电偶，其中，所述外壳主体具有沿其纵向一致的外径。

9.根据权利要求8所述的热电偶，其中，所述外壳主体的外径在1.8mm至4.5mm的范围内。

10.根据权利要求1-2、4-5和8-9中任一项所述的热电偶，其中，所述热电偶为N型热电偶(100)。