CN202770546U - 一种热响应时间短的接触式温度测量传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种热响应时间短的接触式温度测量传感器，包括金属丝、保护管，所述金属丝封装在保护管内，所述保护管头部内填充有石墨材料，所述金属丝置于石墨材料内，本实用新型的温度测量传感器用导热系数高且电绝缘的石墨卷板材料取代了现有热电偶或热电阻保护管内头部的空气层或者氧化镁粉，可长期在400℃温度下，在保证安全可靠的测温前提下，大大缩减热电偶或热电阻的热响应时间。可促进温度控制系统运行节能和工艺流程大设备的安全保护。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种工业流程设备的温度测量传感器。
背景技术
工业用热电偶（阻）测温技术的应用已有160年历史，它对广大的工业流程及设备的监控，起着重要的基础作用。
热电偶的原理是在两种不同的金属丝组成的闭合回路中，当一端的接头温度高于另一端的接头温度时，两接头所产生的接触电势不同，形成电位差，闭合回路中有电流通过。在冷端温度稳定下，测定该电位差值，就对应测定了热端温度。
热电阻是利用某种金属丝在某一温度区间内，其电阻值与温度的对应关系，通过测定该金属丝电阻值来测定温度。
工业用普通热电偶（阻）头部的结构如图1，包括金属丝、保护管。在8000C以下，保护管一般为铜保护管或者不锈钢保护管。国家标准GB/T16839-1997规定了它的性能；GB/T9238—1999、GB/T5978—1986规定了它们的技术条件。工业使用中，基本上满足生产要求，针对要求热响应时间短的场合，有裸露型及铠装型GB/T18404-2001热电偶，见图2。普通的热电偶（阻）热响应时间如下表1：
表1 普通热电偶（阻）热响应时间
铠装型热响应时间如表2
表2 铠装型热电偶热响应时间
铠装型热电偶热响应时间如下：
普通铠装型装配式热电偶（阻）热响应时间≤60s；
变径式铠装型装配热电偶（阻）热响应时间≤24s.
从表1可见普通热电偶（阻）热响应时间0.5τ达180-300s，则τ的时间还要加倍，而装配式铠装型热响应时间0.5τ也要24-60s。这样长的热响应时间难以满足工艺过程越来越高的自动化监控要求，而表2的裸铠装型热电偶（阻）只能用在条件较好的少数场合。大部分的工艺过程测温用φ16、φ20、φ25保护管，它们的测温热响应时间太长了，对于很易变化的燃烧过程来说，延长了控制达到稳态的过渡过程时间，无形的增加了大量能耗。
就工业炉子而言，全国耗煤在10亿吨以上，每个炉子都需要测温，由于测温反应时间的滞后，带来的无形的能耗是相当可观的。在大型设备（如汽轮机、发电机、大风机、大装备等）的安全保护上，温度测量是安全卫士之一，迅速反映超温状态，对大设备的安全及延长寿命有着关键作用。因此必需认识到减少测温热电偶（阻）的热响应时间，是利国利民、节能降耗的大事。
六十多年来，国内热电偶（阻）的保护管结构和材料改进不多，沿用国外老结构和材质。制造厂缺乏对工艺过程、安全和能耗浪费的足够认识，对降低测温热响应时间不够注意。
对图1普通热电偶传热的路径进行分析（表3为不同温度下传热路径及导热系数），通过对不同温度下热传导、对流、辐射为主的传热计算，得出如下分析：
表3 不同温度下传热路径及导热系数
影响热电偶热响应时间的主要因素有：
1. 在传导热和对流传热的低、中温度下，普通热电偶传热路径中空气层远比保护管壁传热热阻高，99倍以上，它是热电偶热响应时间长的主要因素。
2. 铠装热电偶的绝缘导热填料是氧化镁粉，其导热系数0.07w/m.k。比相应温度下的陶瓷小10多倍，比钢小500-1000倍。因此氧化镁粉虽能绝缘，但导热系数小，是导致热电偶热响应时间长的因素。对比表2露铠装热电偶的热响应时间Φ8的3种结构（露端、接壳、绝缘），“绝缘”为“露端”的8倍，随直径的增大，还呈变比的增大，加安装套后达60倍。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种温度测量传感器，缩减温度测量传感器的热响应时间。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种热响应时间短接触式温度测量传感器，包括金属丝、保护管，所述金属丝封装在保护管内，所述保护管头部内填充有石墨材料，所述金属丝置于石墨材料内。
由于石墨卷板（其中粘结剂最高耐温仅400℃），故本实用新型在400℃以下可长期工作。
与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型的温度测量传感器用导热系数高且电绝缘的石墨卷板材料取代了现有热电偶或热电阻的空气层或者氧化镁粉，由于石墨材料的导热系数是空气隙或者氧化镁粉的100倍以上，因此本实用新型的温度传感器大大缩减了测温热响应时间。
附图说明
图1为普通热电偶头部结构示意图；
图2为铠装型热电偶头部结构示意图；（a）裸露型热电偶头部结构示意图；（b）普通铠装型装配式热电偶；（c）变径式铠装型装配热电偶；
图3为本实用新型一实施例示意图；（a）热电偶头部结构示意图；（b）热电阻头部结构示意图。
具体实施方式
如图3所示，本实用新型一实施例包括金属丝3、保护管1，所述金属丝3封装在保护管1内，所述保护管1头部内填充有石墨材料6，所述金属丝3置于石墨材料6内。
如图3(a)所示，温度测量传感器为热电偶，包括封装在保护管内的绝缘瓷套2，所述金属丝3一端两根丝分别穿过绝缘瓷套2引向与仪表连接的热电偶接线盒，所述金属丝3另一端为测温热端4。
如图3(b)所示，温度测量传感器为头部改进型热电阻，所述金属丝3为铂丝，所述铂丝通过引、线10接至仪表连接的热电阻接线盒。
根据保护管内头部形状，可以将石墨材料做成石墨片或者石墨卷板。
本实用新型的温度传感器适用于400℃以下的测温环境。
表4 空气隙、氧化镁、石墨材料在相应工况温度下的导热系数、绝缘电阻及耐压值
由表4，石墨与空气隙或氧化镁粉的导热系数比在100倍以上，用来替代保护管内头部空气隙或氧化镁粉，将使热电偶（阻）传热路径的总热阻为传统结构的1%以下。
石墨的绝缘电阻较高，不影响热电偶（阻）的测量信号正确性。
Claims (1)
1.一种热响应时间短的接触式温度测量传感器，包括金属丝、保护管，所述金属丝封装在保护管内，其特征在于，所述保护管头部内填充有石墨材料，所述金属丝置于石墨材料内。
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| CN201220475469.7U CN202770546U (zh) | 2012-09-18 | 2012-09-18 | 一种热响应时间短的接触式温度测量传感器 |
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| CN202770546U true CN202770546U (zh) | 2013-03-06 |
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| Country | Link |
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| CN (1) | CN202770546U (zh) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104931148A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-23 | 华中科技大学 | 一种适用于动态法测量火焰温度的热电偶及其制造方法 |
| DE102014113085A1 (de) | 2014-09-11 | 2016-03-17 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung zum Messen von Temperaturen sowie elektrischen Spannungen und Verfahren zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung |
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2012
- 2012-09-18 CN CN201220475469.7U patent/CN202770546U/zh not_active Expired - Lifetime
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