CN219223977U - 一种振弦式温度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种振弦式温度检测装置，包括壳体、振弦组件及温度感应组件，振弦组件包括设于壳体一侧的夹弦器，及通过夹弦器固定的钢弦，振弦组件还包括设于钢弦一侧的线圈，及与线圈连接的电缆线，温度感应组件包括设于壳体一侧的热敏金属件，热敏金属件的热胀系数大于钢弦的热胀系数，夹弦器固定于热敏金属件上。通过将夹弦器固定于热敏金属件上，通过热敏金属件的热膨胀可以利用温度的变化改变钢弦的张力，实现温度测量，同时由于振弦式传感器输出的信号是频率信号，所以信号不受电缆长度的衰减影响，且振弦式传感器不需要连续供电，只需要脉冲激励，不存在自发热的问题，保障了测量的准确性，同时零漂小，适合恶劣环境应用。

Description

一种振弦式温度检测装置

技术领域

本实用新型涉及安全监测技术领域，特别涉及一种振弦式温度检测装置。

背景技术

目前结构安全监测领域，对于钻孔温度、施工期浇筑的混凝土温度、路面的沥青温度、以及各类建筑物和构筑物的温度监测，多采用热敏电阻方式。

现有技术中，热敏电阻存在非线性、精度受线缆长度的衰减影响、热敏电阻工作时，自发热会影响测量精度，影响检测准确性。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种振弦式温度检测装置，旨在解决现有技术中检测准确性不佳的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下技术方案来实现的：一种振弦式温度检测装置，包括壳体、振弦组件及温度感应组件，所述振弦组件包括设于所述壳体一侧的夹弦器，及通过所述夹弦器固定的钢弦，所述振弦组件还包括设于所述钢弦一侧的线圈，及与所述线圈连接的电缆线，所述温度感应组件包括设于所述壳体一侧的热敏金属件，所述热敏金属件的热胀系数大于所述钢弦的热胀系数，所述夹弦器固定于所述热敏金属件上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过设置壳体，在壳体一侧设有夹弦器，通过夹弦器固定钢弦，振弦组件还包括设于钢弦一侧的线圈，基于线圈连接的电缆线，进一步通过在壳体一侧设置热敏金属件，热敏金属件的热胀系数大于钢弦的热胀系数，夹弦器固定于热敏金属件上，使在温度发生变化时热敏金属件与钢弦之间产生形变差，从而影响钢弦的张力，张力的变化跟温度变化成线性关系，即将振弦传感器的应变测量原理，应用到温度的测量中，因为振弦的张力与频率的平方差成正比，通过热敏金属件的热胀可以利用温度的变化改变钢弦的张力，实现温度测量，同时由于振弦式传感器输出的信号是频率信号，所以信号不受电缆长度的衰减影响，且振弦式传感器不需要连续供电，只需要脉冲激励，不存在自发热的问题，保障了测量的准确性，同时零漂小，适合恶劣环境应用。

根据上述技术方案的一方面，所述振弦组件及所述温度感应组件均设于所述壳体内部。

根据上述技术方案的一方面，所述壳体内壁一侧设有导热块，所述热敏金属件靠近所述壳体内壁设置。

根据上述技术方案的一方面，所述振弦式温度检测装置还包括设于所述热敏金属件与所述夹弦器之间的固定管。

根据上述技术方案的一方面，所述导热块上设有与所述热敏金属件轴线方向对应设置的限位套，所述限位套套设于所述固定管上。

根据上述技术方案的一方面，所述热敏金属件沿轴线方向贯穿式开设有收纳槽，所述钢弦位于所述收纳槽内。

根据上述技术方案的一方面，所述钢弦的直径为0.2～0.5mm。

根据上述技术方案的一方面，所述壳体为不锈钢材质。

根据上述技术方案的一方面，所述热敏金属件为铝合金管。

根据上述技术方案的一方面，所述壳体包括一端开口的外壳体及设于所述外壳体开口处的端盖，所述端盖上开设有与所述电缆线对应设置的出线孔，所述端盖与所述外壳体之间设有密封组件，所述密封组件包括设于所述外壳体与所述端盖之间的密封圈。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中振弦式温度检测装置的结构示意图；

主要元件符号说明：

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，所示为本实用新型一实施例中的振弦式温度检测装置，包括壳体、振弦组件及温度感应组件，所述振弦组件包括设于所述壳体一侧的夹弦器4，及通过所述夹弦器4固定的钢弦2，所述振弦组件还包括设于所述钢弦2一侧的线圈9，及与所述线圈9连接的电缆线10，所述温度感应组件包括设于所述壳体一侧的热敏金属件1，所述热敏金属件1的热胀系数大于所述钢弦2的热胀系数，所述夹弦器4固定于所述热敏金属件1上。

具体来说，本实施例中的振弦式温度检测装置，通过设置壳体，在壳体一侧设有夹弦器4，通过夹弦器4固定钢弦2，振弦组件还包括设于钢弦2一侧的线圈9，基于线圈9连接的电缆线10，进一步通过在壳体一侧设置热敏金属件1，热敏金属件1的热胀系数大于钢弦2的热胀系数，夹弦器4固定于热敏金属件1上，使在温度发生变化时热敏金属件1与钢弦2之间产生形变差，从而影响钢弦2的张力，张力的变化跟温度变化成线性关系，即将振弦传感器的应变测量原理，应用到温度的测量中，因为振弦的张力与频率的平方差成正比，通过热敏金属件1的热胀可以利用温度的变化改变钢弦2的张力，实现温度测量，同时由于振弦式传感器输出的信号是频率信号，所以信号不受电缆10长度的衰减影响，且振弦式传感器不需要连续供电，只需要脉冲激励，不存在自发热的问题，保障了测量的准确性，同时零漂小，适合恶劣环境应用。

便于理解地，上述线圈9主要用于激励钢弦2，让钢弦2起振，同时拾取钢弦2的振动频率，优选地，在本实施例中，上述线圈9的中心设有电工纯铁，用于提高激励效果；由于振弦信号是差分频率信号，为了提供较好的抗共模干扰的能力，提高传输距离，上述电缆10一般采用双绞线，或带屏蔽的双绞屏蔽线，用于传输振弦传感器的频率信号，在本实施例的一些应用场景中，为了防雷击可以在线缆两端连接三端式气体放电管，公共端连接到传感器的金属外壳上。

优选地，在本实施例中，上述所述热敏金属件1为铝合金管。针对热敏金属的选择，因为一般振弦式传感器的敏感元件是钢弦2，钢弦2的张力T满足：T＝4*m*L²*f²，其中，m为钢弦2的单位长度质量、L为钢弦2的有效长度、f为钢弦2的一阶固有频率，为了能反映出温度变化，就需要考虑一种与钢弦2的热胀系数差异较大的金属材料，作为其外部约束结构，当外部温度变化时，由于外部约束结构与钢弦2的热膨胀系数不同，从而导致钢弦2的张力发生变化，温度的变化反应在钢弦2上就是钢弦2张力的变化，一般钢弦2的热膨胀系数为12.2με/℃，为了达到较好的灵敏度，本实施例通过采用铝合金材质的热敏金属件1，铝合金的热膨胀系数为23.2με/℃左右。这样钢弦2跟热敏金属件1热膨胀共同作用到钢弦2上的应变为：23.2-12.2＝11με/℃，此外，在本实施例中，上述热敏金属件1的长度不小于钢弦2长度的80％。

优选地，在本实施例中，上述壳体为金属材质，所述振弦组件及所述温度感应组件均设于所述壳体内部。进一步地，上述壳体内壁一侧设有导热块5，所述热敏金属件1靠近所述壳体内壁设置。具体来说，在本实施例中，上述壳体的材质为不锈钢，通过将振弦组件及所述温度感应组件均设于所述壳体内部，可以用于保护内部的器件免受外部机械冲击和腐蚀的影响，以及防水，上述导热块5采用导热性能好的金属，同时要考虑到成本，本实施例中采用铝，上述导热块5与壳体紧密连接，作用是将外部环境的温度快速传导到热敏金属件1和钢弦2上，让传感器快速达到热平衡状态，在本实施例中，上述导热块5通过导热胶粘接在外壳的内壁上。

优选地，上述钢弦2的直径为0.2～0.5mm，钢弦2的长径比不低于200，上述夹弦器4的数量为两个，用于夹持上述钢弦2，使其保持紧绷的状态。

此外，在本实施例中，上述振弦式温度检测装置还包括设于所述热敏金属件1与所述夹弦器4之间的固定管3，上述导热块5上设有与所述热敏金属件1轴线方向对应设置的限位套6，所述限位套6套设于所述固定管3上，上述热敏金属件1沿轴线方向贯穿式开设有收纳槽，所述钢弦2位于所述收纳槽内。

具体来说，上述固定管3采用不锈钢材质，其作用是作为中间件连接热敏金属件1及夹弦器4，并将热敏金属受温度变化产生的应变，传递到钢弦2上，在本实施例中，上述热敏金属件1的内部开设有台阶，固定管3的一端定在上述台阶上，有单连接夹弦器4，使用固定管3的还有一个目的是固定管3可以使用跟钢弦2相近的材料，这样方便钢弦2两端的焊接，提高传感器的零点稳定性；上述夹弦器4采用不锈钢材质，通过激光焊接将钢弦2与夹弦器4焊接在一起，可以进一步减小钢弦2的零漂，提高稳定性，上述夹弦器4的一端直径小于固定管3，采用过渡配合插入固定管3中，夹弦器4的另一端直径大于固定管3，便于固定管3顶住夹弦器4。

优选地，在本实施例中，上述限位套6通过螺丝固定于导热块5上，上述限位套6套设于固定管3上，用于对热敏金属件1施加竖直和水平方向上的约束，但对其纵向(轴向方向)不约束，竖直和水平方向上的约束能让热敏金属件1贴紧导热块5，纵向不约束是为了让热敏金属件1发生热膨胀时，在纵向上不受额外的约束，能够将热敏金属件1的应变完全作用到钢弦2上。

优选地，在本实施例中，上述壳体为不锈钢材质，可以提供较好的防锈蚀能力。

优选地，在本实施例中，上述壳体包括一端开口的外壳体7及设于所述外壳体7开口处的端盖8，所述端盖8上开设有与所述电缆线10对应设置的出线孔，所述端盖8与所述外壳体7之间设有密封组件，所述密封组件包括设于所述外壳体7与所述端盖8之间的密封圈。具体来说，上述振弦组件及温度感应组件均位于不锈钢外壳体7内，当完成上述振弦组件及温度感应组件的装配后，通过上述端盖8对外壳体7进行密封，同时端盖8与外壳体7之间采用双密封圈，以便起到更好的防水作用。

便于理解地，在本实施例的一些应用场景中，利用两种金属的热膨胀系数的差异，环境温度通过壳体热传导到导热块5上，再将温度快速传递到热敏金属件1上，将热敏金属件1上的感应到的温度引起的应变通过固定管3传递到钢弦2上，钢弦2上的应变体现为钢弦2的一阶固有频率不同，通过线圈9进行激励和拾取，得到钢弦2的一阶固有频率，从而通过计算振弦式温度传感器的一阶固有频率变化，得到温度的变化。

综上，本实用新型上述实施例当中的振弦式温度检测装置，通过设置壳体，在壳体一侧设有夹弦器4，通过夹弦器4固定钢弦2，振弦组件还包括设于钢弦2一侧的线圈9，基于线圈9连接的电缆线10，进一步通过在壳体一侧设置热敏金属件1，热敏金属件1的热胀系数大于钢弦2的热胀系数，夹弦器4固定于热敏金属件1上，使在温度发生变化时热敏金属件1与钢弦2之间产生形变差，从而影响钢弦2的张力，张力的变化跟温度变化成线性关系，即将振弦传感器的应变测量原理，应用到温度的测量中，因为振弦的张力与频率的平方差成正比，通过热敏金属件1的热胀可以利用温度的变化改变钢弦2的张力，实现温度测量，同时由于振弦式传感器输出的信号是频率信号，所以信号不受电缆10长度的衰减影响，且振弦式传感器不需要连续供电，只需要脉冲激励，不存在自发热的问题，保障了测量的准确性，同时零漂小，适合恶劣环境应用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种振弦式温度检测装置，其特征在于，包括：

壳体；

振弦组件，所述振弦组件包括设于所述壳体一侧的夹弦器，及通过所述夹弦器固定的钢弦，所述振弦组件还包括设于所述钢弦一侧的线圈，及与所述线圈连接的电缆线；

温度感应组件，所述温度感应组件包括设于所述壳体一侧的热敏金属件，所述热敏金属件的热胀系数大于所述钢弦的热胀系数，所述夹弦器固定于所述热敏金属件上。

2.根据权利要求1所述的振弦式温度检测装置，其特征在于，所述振弦组件及所述温度感应组件均设于所述壳体内部。

3.根据权利要求2所述的振弦式温度检测装置，其特征在于，所述壳体内壁一侧设有导热块，所述热敏金属件靠近所述壳体内壁设置。

4.根据权利要求3所述的振弦式温度检测装置，其特征在于，所述振弦式温度检测装置还包括设于所述热敏金属件与所述夹弦器之间的固定管。

5.根据权利要求4所述的振弦式温度检测装置，其特征在于，所述导热块上设有与所述热敏金属件轴线方向对应设置的限位套，所述限位套套设于所述固定管上。

6.根据权利要求1所述的振弦式温度检测装置，其特征在于，所述热敏金属件沿轴线方向贯穿式开设有收纳槽，所述钢弦位于所述收纳槽内。

7.根据权利要求1所述的振弦式温度检测装置，其特征在于，所述钢弦的直径为0.2～0.5mm。

8.根据权利要求1所述的振弦式温度检测装置，其特征在于，所述壳体为不锈钢材质。

9.根据权利要求1所述的振弦式温度检测装置，其特征在于，所述热敏金属件为铝合金管。

10.根据权利要求1所述的振弦式温度检测装置，其特征在于，所述壳体包括一端开口的外壳体及设于所述外壳体开口处的端盖，所述端盖上开设有与所述电缆线对应设置的出线孔，所述端盖与所述外壳体之间设有密封组件，所述密封组件包括设于所述外壳体与所述端盖之间的密封圈。

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