CN220418693U - 一种斜坡温场瞬态温度测量仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于温度测量仪器领域，公开了一种斜坡温场瞬态温度测量仪，其特征在于，包括球头圆柱套管、传感器支架、第一温度传感器、第二温度传感器；第一温度传感器、第二温度传感器均为铂电阻传感器，两者形状、尺寸、材料完全相同；第二温度传感器、第一温度传感器分别固定安装于传感器支架的中心和边缘，且两者安装高度相同；传感器支架套装于球头圆柱套管底部，球头圆柱套管内部均匀填充导热介质。该测量仪基于斜坡温场瞬时温度测量修正理论，将两支铂电阻传感器分别封装在同一个金属套管中，用于斜坡温场瞬态温度测量，不但能获得理想、可靠的测量效果，而且结构简单、使用方便、造价低、经济可靠。
Description
技术领域
本实用新型属于温度测量仪器领域，具体涉及一种用于斜坡温场动态特性检测的温度传感器。
背景技术
国内外各类温度传感器的校准方法和规范研究都在向现场、在线、原位和动态校准的方向发展，同时，在航空航天、核电、材料分析等领域，动态温场都有极为广泛的应用，因此对用于温度传感器的热响应时间等参数检测的动态温场的性能检测需求日益增多，检测精度要求也越来越高。如在《温度校准用恒温槽技术性能测试规范报审稿》和《JJF(浙)1051-2010热变形、维卡软化点温度测定仪校准规范》等规范中都提到了对温场动态特性的测量要求。
现有技术中，一般使用温度传感器测量温场多点瞬时温度来描绘温场动态特性曲线，在对动态温场进行测量过程中，当温度传感器的热响应时间相对于温场温度变化不足以忽略时，会造成温度传感器测量到的瞬时温度与实际瞬时温度存在较大的偏差，因此，温场动态特性检测对温度传感器的热响应性能要求较高；但现有的热响应时间比较短的温度传感器不但价格昂贵，而且存在使用寿命低、可靠性不足等缺陷。因此，采用常规温度传感器测量动态温场瞬时温度，然后通过传感器参数补偿修正测量值以提高测量精度的方式更为经济、可靠；现有技术中，一般通过热响应时间参数修正瞬时温度测量值，但是由于温度传感器的热响应时间又与外部介质及温场条件有关，在不同的温场条件下(如介质导热能力、介质流速等)测得的热响应时间不尽相同，因此很难准确地对瞬时温度测量值进行补偿修正以提高测量精度。
综上所述，开发一种经济、可靠、精确的瞬态温度测量仪符合目前市场需求，并且意义重大。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种斜坡温场瞬态温度测量仪，该测量仪突破现有技术中以热响应时间修正瞬态温度的方法，将两支铂电阻传感器分别封装在同一个金属套管中，通过两支温度传感器的热响应时间比修正斜坡温场瞬态温度，不但能获得理想、可靠的测量效果，而且结构简单、使用方便、造价低。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
一种斜坡温场瞬态温度测量仪，其特征在于，包括球头圆柱套管、传感器支架、第一温度传感器、第二温度传感器；第一温度传感器、第二温度传感器均为铂电阻传感器，两者形状、尺寸、材料完全相同；第二温度传感器、第一温度传感器分别固定安装于传感器支架的中心和边缘，且两者安装高度相同；传感器支架套装于球头圆柱套管底部，球头圆柱套管内部均匀填充导热介质。
优选地，所述传感器支架，包括相互连接的圆柱头部、中心柱、板条；所述板条至少为两个，关于中心柱中心对称分布；所述圆柱头部外缘与所述球头圆柱套管内壁小间隙配合，且其边缘开设通槽。
进一步优选地，所述第一温度传感器、所述第二温度传感器均为方形；所述第二温度传感器封装于球头柱管内，所述传感器支架中心开设球底盲孔，球头柱管固定安装于球底盲孔内；所述传感器支架其中一个板条边缘开设阶梯方槽，其中，内方槽长度小于第一温度传感器长度，外方槽长度等于第一温度传感器长度；所述第一温度传感器固定安装于所述外方槽内；所述通槽开设在所述阶梯方槽上方。
再进一步优选地，所述球头柱管的材料为铜合金。
优选地，所述导热介质为导热硅脂。
优选地，所述球头圆柱套管的材料为不锈钢。
优选地，所述传感器支架的材料为铜合金。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型采用传感器支架和导热介质将两个完全相同的铂电阻温度传感器封装于球头圆柱套管的中心和边缘，通过改变影响两温度传感器热交换系数的因素，获得两支温度传感器的热响应时间差异，从而提高通过实验获得的修正公式参数(热响应时间比)精度，进而提高了测量仪的测量精度，结构简单、经济可靠。
2.本实用新型的传感器支架采用多边条镂空结构，不但易于保证安装精度，而且保证了导热介质填充均匀充分，还实现了测量仪的轻质化。
附图说明
图1为本实用新型实施例的一种斜坡温场瞬态温度测量仪剖视结构图；
图2为本实用新型实施例的一种斜坡温场瞬态温度测量仪内部结构图；
图3为本实用新型实施例的传感器支架立体结构图。
图中：1、球头圆柱套管，2、传感器支架，3、第一温度传感器，4、第二温度传感器，5、球头柱管，21、U型通槽，22、圆柱头部，23、中心柱，24、板条，25、球底盲孔，26、阶梯方槽。
具体实施方式
本实用新型提供一种斜坡温场瞬态温度测量仪，为说明该测量仪的结构特点和使用方法，首先对斜坡温场瞬态温度测量的相关理论阐述如下：
根据能量平衡方程，当周围环境温度发生变化时，置于温度场中的温度传感器的热平衡方程为：
其中，m—温度传感器的质量；c—温度传感器的比热；T1—温度传感器的温度；T0—环境介质的温度；α—温度传感器与介质热交换系数；A—温度传感器的表面积。
令则可将式(1)改写为：
对比热响应时间的定义和测量方法，可知公式(2)中的N等于温度传感器的热响应时间。
由于获得环境温度T0需要两个方程，因此设计使用两支温度传感器代替一支放入同一温场中测量温场瞬时温度，整理两温度传感器的热平衡方程得到：
式中，T1、T2分别为两支温度传感器的实测瞬时温度，T为环境瞬时温度，N1、N2分别为两支温度传感器在该测量环境下的热响应时间；是由动态温场特性决定。
由热响应时间的计算公式可得：
由于两支温度传感器的质量m、比热c、温度传感器的表面积A，在选定时就已确定；而温度传感器的介质热交换系数α与介质的种类、介质的性质(流速、比热、导热系数、密度、粘度等)、传热面的形状、位置和大小有关，因此在测量特定介质的温场瞬态温度时，两温度传感器的热响应时间比值仅取决于两温度传感器的封装和两温度传感器与介质接触状况，在封装和测量条件确定的情况下，两温度传感器的热响应时间比值/>为一个常数，即：
因此，在动态温场特性确定的情况下，即确定的情况下，只要获得了两支温度传感器的热响应时间比(常数C)及瞬时温度测量值，就能获得所测温场实际温度的瞬时值。
对于斜坡温场，因此，
由式(5)、(6)则可得出斜坡温场瞬时温度测量修正公式
其中，T1、T2分别为两支温度传感器的实测瞬时温度，T为环境瞬时温度，常数C为两支温度传感器的热响应时间比。
基于上述理论，设计本实用新型的一种斜坡温场瞬态温度测量仪，将两支铂电阻温度传感器封装在一个金属套管中，然后将其放入待测斜坡温场的同一个等温面上进行测量，获得两个瞬时温度实测值，然后将得到实测值按照修正公式(7)进行修正，从而获得更真实的斜坡温场动态温度曲线。
实际应用中，某种介质中的常数C的获取方法为：将温度测量仪与一个响应时间很短的热敏电阻(标准传感器)同时置于该介质的斜坡温场中，分别获得两组瞬时温度实测值和一组标准值，剔除干扰值后将三组数据拟合成三条直线，将拟合后的数据代入公式(6)即可得出在该介质中斜坡温场瞬态温度测量仪的C值。获得的两组瞬时温度实测值差值越大，拟合效果越好，因此，两个铂电阻温度传感器的热响应时间相差越大，实验获得的常数C值越准确，对斜坡温场实际瞬时温度的修正效果越好。
由公式(4)可知，可通过设计两支温度传感器的质量m、比热c、温度传感器的表面积A、热交换系数α获得不同的热响应时间,两个铂电阻传感器材料相同，所以比热c相同，而铂电阻传感器体积和质量较小，并且改变温度传感器的表面积A和材料将产生较大的热传导干扰。因此，本实用新型的一种斜坡温场瞬态温度测量仪设计通过改变影响热交换系数α获得两支温度传感器的热响应时间差异：即将两个材料、外形尺寸完全相同的铂电阻温度传感器分别封装在金属套管中心和边缘，通过改变与两温度传感器接触的介质种类、性质，及传热面的形状、位置和大小，改变两温度传感器的热响应时间。
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本实用新型作具体阐述，需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。
如图1、图2所示，本实施例中的一种斜坡温场瞬态温度测量仪，用于测量斜坡温场瞬态温度，包括球头圆柱套管1、传感器支架2、第一温度传感器3、第二温度传感器4；第二温度传感器4封装于球头柱管5内；第一温度传感器3、第二温度传感器4均为方形铂电阻传感器，两者尺寸、材料完全相同；第二温度传感器4(球头柱管5)固定安装于传感器支架2中心，第一温度传感器3固定安装于传感器支架2边缘，且两者在传感器支架2上的安装高度相同。
测量仪的安装方法如下：第一温度传感器3、球头柱管5(内部封装)安装在传感器支架2上后，将传感器支架2套装于球头圆柱套管1底部，再用导热介质(优选，导热硅脂)填充传感器支架2与球头圆柱套管1之间的间隙，以固定内部结构，最后用带线孔的堵头封装球头圆柱套管1顶部。
为保证安装精度，优选的传感器支架2的结构如图3所示，包括相互连接的圆柱头部22、中心柱23、至少两个中心对称分布的板条24(如图示三条板条)；圆柱头部22外缘与球头圆柱套管1内壁小间隙配合；其中心开设带有球形底面的盲孔25(用于安装固定球头柱管5)；其中一个板条24边缘开设阶梯方槽26，其中内方槽长度小于第一温度传感器3长度(填充导热介质)，外方槽(用于固定第一温度传感器3)长度与第一温度传感器3长度相同；阶梯方槽26上方开设通槽21(如U型槽)，用于过线和填充导热介质。该结构减小了与球头圆柱套管1的接触面积，因此易于保证接触面的加工精度，并且该结构采用镂空的多板条结构，不但易于保证导热介质填充均匀充分，还实现了测量仪的轻质化。
为保证测量仪内部温度均匀，球头圆柱套管1、球头柱管5、传感器支架2均优选导热系数高且热容比较大的金属材料制成，如铜或铜合金、铝、银等，与外部环境接触的球头圆柱套管1还需要保证防锈耐腐蚀性能，因此优选不锈钢材料。
上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。
Claims (7)
1.一种斜坡温场瞬态温度测量仪，其特征在于，包括球头圆柱套管(1)、传感器支架(2)、第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)；
第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)均为铂电阻传感器，两者形状、尺寸、材料完全相同；
第二温度传感器(4)、第一温度传感器(3)分别固定安装于传感器支架(2)的中心和边缘，且两者安装高度相同；
传感器支架(2)套装于球头圆柱套管(1)底部，球头圆柱套管(1)内部均匀填充导热介质。
2.如权利要求1所述的一种斜坡温场瞬态温度测量仪，其特征在于，所述传感器支架(2)，包括相互连接的圆柱头部(22)、中心柱(23)、板条(24)；
所述板条(24)至少为两个，关于中心柱(23)中心对称分布；
所述圆柱头部(22)外缘与所述球头圆柱套管(1)内壁小间隙配合，且其边缘开设通槽(21)。
3.如权利要求2所述的一种斜坡温场瞬态温度测量仪，其特征在于，
所述第一温度传感器(3)、所述第二温度传感器(4)均为方形；
所述第二温度传感器(4)封装于球头柱管(5)内，所述传感器支架(2)中心开设球底盲孔(25)，球头柱管(5)固定安装于球底盲孔(25)内；
所述传感器支架(2)其中一个板条(24)边缘开设阶梯方槽(26)，其中，内方槽长度小于第一温度传感器(3)长度，外方槽长度等于第一温度传感器(3)长度；所述第一温度传感器(3)固定安装于所述外方槽内；
所述通槽(21)开设于所述阶梯方槽(26)上方。
4.如权利要求1所述的一种斜坡温场瞬态温度测量仪，其特征在于，所述导热介质为导热硅脂。
5.如权利要求1所述的一种斜坡温场瞬态温度测量仪，其特征在于，所述球头圆柱套管(1)的材料为不锈钢。
6.如权利要求3所述的一种斜坡温场瞬态温度测量仪，其特征在于，
所述球头柱管(5)的材料为铜合金。
7.如权利要求1所述的一种斜坡温场瞬态温度测量仪，其特征在于，所述传感器支架(2)的材料为铜合金。
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