CN207675327U - 热电偶冷端温度补偿结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种热电偶冷端温度补偿结构，属于温度校验技术领域，包括冷端温度传感器、均热块和套帽，均热块设有两块且有间距，每一均热块上均固定一弹片，冷端温度传感器安装在任一弹片的上侧，热电偶冷端置于弹片和均热块之间且紧贴弹片和均热块。本实用新型能够在较短的时间内使热电偶冷端的温度与冷端温度传感器的温度达成一致，提高热电偶冷端温度的测量效率；尤其是在批量测量热电偶冷端温度的情况下，会显著的提高测量效率，节约时间。

Description

热电偶冷端温度补偿结构

技术领域

本实用新型属于温度校验技术领域，涉及一种用于快速测量热电偶冷端温度的热电偶冷端温度补偿结构。

背景技术

在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中，热电偶的应用极为广泛。其原理是利用两种不同导体连接在一起,构成一个闭合回路,当两个接触点温度不同时,就会产生热电势E(也称热电效应),热电偶就是通过测量热电势E来实现测温的。热电偶产生的热电势不仅与组成热电偶的两根不同的金属材料、热电偶测量端的温度t有关,还与热电偶的参比端(也称冷端)温度值t0 有关。用关系式表示为:

E(t,0)＝E(t,t0)+E(t0,0)

式中:

E(t,0)-测量端温度为t,参比端温度为0℃时热电偶的输出热电势；

E(t,t0)-测量端温度为t,参比端温度为t0时热电偶的输出热电势；

E(t0,0)-测量端温度为t0,参比端温度为0℃时热电偶的输出热电势；

在现场温度测量中,热电偶参比端温度一般不为0℃,而是在一定范围内变化, 因此测得的热电势是E(t,t0)，如果要测得真实的被测温度所对应的热电势E(t,0), 就必须补偿参比端不是0℃所需的补偿电势E(t0,0),而且该补偿电势随参比端温度变化特性必须与热电偶的热电特性相一致,才能获得最佳补偿效果。在现场测温中，为获得所需的补偿热电势E(t0,0)，需要测量参比端(也称冷端)温度t0。

为了测量参比端的温度值t0，通常的做法是设计一个冷端保温仓，如图1所示，将热电偶的冷端节点J0和测温传感器一同置于冷端保温仓中，用冷端温度传感器测量的温度值代表冷端温度t0。但是在实际使用过程中，由于以下的原因，使得热电偶的冷端节点处的温度与冷端温度传感器处的温度并不相同，从而带来测量误差：

(1)当热电偶测量端温度t与冷端温度t0温差较大时，将会有热量沿着热电偶线传递，进而在热电偶冷端节点与冷端温度传感器之间产生温度梯度；

(2)若热电偶冷端接入测量装置时，由于环境或者人手触摸等因素导致冷端保温仓存与热电偶冷端的温度不同，甚至相差较大时，需要较长的时间等待冷端温度传感器与热电偶冷端均温，若等待时间不足，会带来测量误差。

(3)当热电偶冷端在接入测量装置时，由于摩擦生热，使热电偶冷端温度上升，从而与冷端温度传感器产生温差，尤其是多次重复接入时。

为了解决上述问题，传统的做法是在冷端保温仓内放置均温块(一种较大热容的导热体)，并使冷端温度传感器、热电偶冷端与均温块紧密贴合，这一做法减小了热电偶冷端与冷端温度传感器的温差，并降低了均温过程所用的时间，但是这一传统做法忽略了热电偶冷端与均温块之间存在的热阻。在实际使用过程中，热电偶冷端与均温块的接触面并不光滑，存在一定的分布不均的空气间隙，称之为接触热阻，这一接触热阻会限制导热速度，当热电偶冷端与均温块的接触面有热量交互的时候，就会在接触面产生温度梯度，从而使得均温块上的冷端温度传感器与热电偶冷端有温差存在，为了减小这一温差，需要等待较长的时间，尤其是批量测量热电偶冷端温度时，测量效率低下，耗时长。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种热电偶冷端温度补偿结构，能够在更短的时间内使热电偶冷端的温度与冷端温度传感器的温度达成一致。

本实用新型的上述目的是由以下技术方案来实现的：

一种热电偶冷端温度补偿结构，包括冷端温度传感器(1)、均热块(3)和套帽(4)，所述均热块(3)设有两块且有间距，每一均热块(3)上均连接一弹片(2)，冷端温度传感器(1)安装在任一弹片(2)的上侧，热电偶(5)冷端置于弹片(2) 和均热块(3)之间且紧贴弹片(2)和均热块(3)。

上述热电偶冷端温度补偿结构中，所述均热块(3)的热容远大于弹片(2)和冷端温度传感器(1)的热容。

上述热电偶冷端温度补偿结构中，所述弹片(2)为小热容、导热性良好的弹性体，为S形结构，其尾端固定于均热块(3)的尾部，弹片(2)的头端上扬，靠近头端的部分自由置于均热块(3)的上表面。

上述热电偶冷端温度补偿结构还包括一套帽(4)，套帽(4)为一方形盒体，冷端温度传感器(1)、弹片(2)和均热块(3)均置于套帽(4)内，均热块(3) 固定于套帽(4)上。

上述热电偶冷端温度补偿结构中，所述套帽(4)的前端设置有两个插口，插口对应弹片(2)与均热块(3)之间的位置以插入热电偶(5)冷端。

上述热电偶冷端温度补偿结构中，两均热块(3)之间加设导热胶。

上述热电偶冷端温度补偿结构还包括一引出线端子(6)，冷端温度传感器(1) 的引出线从套帽(4)的尾部引出至引出线端子(6)。

上述热电偶冷端温度补偿结构中，安装于弹片(2)上的冷端温度传感器(1) 不与弹片(2)接触的部分加设塑料套或绝热胶。

上述热电偶冷端温度补偿结构中，冷端温度传感器(1)通过胶粘接在弹片(2) 上，弹片(2)粘接冷端温度传感器(1)的位置两侧分别设置一护板。

本实用新型采用以上技术方案取得如下技术效果：本实用新型将小热容且导热良好的弹片尾端与大热容的均热块尾部固定连接，弹片头端上扬，弹片靠近头端的部分与均热块之间的位置插入热电偶冷端，小尺寸、低热容的冷端温度传感器安装在任一弹片靠近头端的位置，该结构能够在较短的时间内使热电偶冷端的温度与冷端温度传感器的温度达成一致，提高热电偶冷端温度的测量效率；本实用新型结构可将等待时间由原来的几分钟甚至十几分钟降低为十几秒甚至几秒，尤其是在批量测量热电偶冷端温度的情况下，会显著的提高效率，节约时间。

附图说明

图1为热电偶冷端温度补偿的原理图；

图2为本实用新型热电偶冷端温度补偿结构的主视图；

图3为本实用新型热电偶冷端温度补偿结构的结构分解图；

图4为图2中沿A-A线截取的截面图；

图5为本实用新型热电偶冷端温度补偿结构与热电偶配合使用的结构示意图；

图6为本实用新型热电偶冷端温度补偿结构的工作曲线。

主要标号：

1：冷端温度传感器，2：弹片，3：均热块，4：套帽，41：插口；5：热电偶， 6：引出线端子,7：螺钉。

具体实施方式

现有的热电偶冷端补偿结构采用冷端保温仓内放置均温块、并使冷端温度传感器、热电偶冷端与均温块紧密贴合的方案，该结构中因热电偶冷端与均温块之间存在的热阻，因此，为了使均温块上的冷端温度传感器与热电偶冷端的温差减小，需要等待较长时间，尤其是批量测量热电偶时，效率低。为了解决上述问题，本实用新型提供一种用于快速测量热电偶冷端温度的热电偶冷端温度补偿结构，其将小热容且导热良好的弹片尾端与大热容的均热块(均温块)尾部固定连接，弹片头端上扬，靠近头端的位置上侧安装有小尺寸、低热容的冷端温度传感器，冷端传感器所在位置的弹片下侧与均热块之间的位置插入热电偶冷端，该结构能够能够在更短的时间内使热电偶冷端的温度与冷端温度传感器的温度达成一致，提高热电偶冷端温度的测量效率。

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型的用于快速测量热电偶冷端温度的热电偶冷端温度补偿结构进行详细说明。

图2至图5为本实用新型热电偶冷端温度补偿结构的示意图。如图2至图5 所示，该热电偶冷端补偿结构包括冷端温度传感器1、弹片2和均热块3，均热块 3为大热容导热体，设有两块且有间距；弹片2为小热容导热良好的弹性体，设有两片，分别固定于两块均热块3上，弹片2设计为S形结构，其尾端(图3中右侧为尾端)固定于均热块3的尾部，弹片2的头端上扬，弹片2靠近头端的部分自由置于均热块3的上表面，由于弹片2具有弹性，热电偶5冷端能够从弹片2头端插入弹片2与均热块3之间(参见图5)。冷端温度传感器1具有尺寸小、热容低的特点，可安装在任一弹片2的上侧，用于测量热电偶5的冷端温度。优选的，两均热块3之间可加设导热胶，有利于热量在两均热块3之间进行热传递，保证两均热块3的温度基本保持一致。另外，冷端温度传感器1通常粘接在弹片2上，为了防止在粘接过程中胶溢出弹片2，在弹片2粘接冷端温度传感器1的位置两侧分别设置一护板。

为了将冷端温度传感器1测量的温度值进一步处理及应用，冷端温度传感器1 引出线通过一引出线端子6引出，接入电路板进行信号处理，进而传输到处理器中进行应用。

为了将本实用新型结构封装起来便于使用、携带，本实用新型热电偶冷端温度补偿结构还包括一套帽4，套帽4为一方形盒体，冷端温度传感器1、弹片2和均热块3均置于套帽4内，均热块3通过螺钉7与套帽4固定，冷端温度传感器1 的引出线从套帽4的尾部引出后接入引出线端子6中，套帽4的前端设置有两个插口41，该插口分别对应弹片2与均热块3之间的位置，热电偶5的冷端从两个插口41分别插入到弹片2与均热块3之间，在弹片2的弹性力的作用下，弹片2与均热块3均与热电偶5的冷端紧密接触。

为了保证本实用新型热电偶冷端温度补偿结构的性能，要求均热块3的热容远大于弹片2和冷端温度传感器1的热容，同时，热电偶5冷端、均热块3、弹片2 和冷端温度传感器1均导热性良好；弹片2上的冷端温度传感器1尽量要与环境做绝热处理，例如在冷端温度传感器1不与弹片2接触的部分施加塑料套或加绝热胶。

实际使用时，热电偶5的冷端接入弹片2和均热块3之间，当热电偶5的冷端温度与均热块3、弹片2不一致时，会有热量从热电偶5冷端传递到均热块3和弹片2，由于均热块3的热容相对很大，热电偶5冷端的温度会趋向均热块3的温度，同时由于弹片2及弹片2上的冷端温度传感器1热容相对较小，冷端温度传感器1 的温度会快速的趋向热电偶5冷端的温度，使冷端温度传感器1的温度快速达到与热电偶5冷端温度基本一致。

图6示出了本实用新型热电偶冷端温度补偿结构的工作曲线，整个工作过程分为三个阶段：

第一阶段：

冷端温度传感器1和均热块3处于套帽4(相当于传统的冷端保温仓)中，温度基本一致；热电偶5冷端的温度与冷端温度传感器1、均热块3的温度不一致。

第二阶段：

热电偶5冷端开始同时向均热块3和弹片2及弹片2上的冷端温度传感器1 传递热量，同时温度开始变化，热电偶5冷端温度趋向于冷端温度传感器1(弹片 2)及均热块3；

均热块3的热容相对较大，温度相对变化缓慢，同时也是由于均热块3热容大，热电偶5冷端的温度会较快的向均热块3的温度变化；

弹片2及弹片2上的冷端温度传感器1热容较小，温度变化较快，弹片2及弹片2上的冷端温度传感器1的温度会快速的向热电偶5冷端的温度变化；

在均热块3及弹片2的综合影响下，冷端温度传感器1的温度会迅速的与热电偶5冷端的温度趋于一致，第二阶段结束时，弹片2上的冷端温度传感器1的温度已经和热电偶5冷端的温度基本一致，但与均热块3的温度还有些差距。

第三阶段：

热电偶5冷端及弹片2上的冷端温度传感器1温度几乎同步变化，冷端温度传感器1的温度已经能精确反映热电偶5冷端的温度。

以上部件按照上述连接关系组装成本实用新型热电偶冷端温度补偿结构，该结构能够快速测量热电偶冷端温度，效率高。在热电偶测量过程中，为了让热电偶5 冷端温度与冷端温度传感器1的温度一致，本实用新型结构可将等待时间由原来的几分钟甚至十几分钟降低为十几秒甚至几秒(取决于热电偶5冷端与冷端温度传感器1的温度等因素)，尤其是在批量测量热电偶冷端温度的情况下，会显著的提高测量效率，节约时间。

本领域技术人员应当理解，这些实施例或实施方式仅用于说明本实用新型而不限制本实用新型，对本实用新型所做的各种等价变型和修改均属于本实用新型公开内容。

Claims (9)

1.一种热电偶冷端温度补偿结构，包括冷端温度传感器(1)、均热块(3)和套帽(4)，其特征在于，所述均热块(3)设有两块且有间距，每一均热块(3)上均连接一弹片(2)，冷端温度传感器(1)安装在任一弹片(2)的上侧，热电偶(5)冷端置于弹片(2)和均热块(3)之间且紧贴弹片(2)和均热块(3)。

2.根据权利要求1所述的热电偶冷端温度补偿结构，其特征在于，所述均热块(3)的热容远大于弹片(2)和冷端温度传感器(1)的热容。

3.根据权利要求2所述的热电偶冷端温度补偿结构，其特征在于，所述弹片(2)为小热容、导热性良好的弹性体，为S形结构，其尾端固定于均热块(3)的尾部，弹片(2)的头端上扬，靠近头端的部分自由置于均热块(3)的上表面。

4.根据权利要求3所述的热电偶冷端温度补偿结构，其特征在于，还包括一套帽(4)，套帽(4)为一方形盒体，冷端温度传感器(1)、弹片(2)和均热块(3)均置于套帽(4)内，均热块(3)固定于套帽(4)上。

5.根据权利要求4所述的热电偶冷端温度补偿结构，其特征在于，所述套帽(4)的前端设置有两个插口，插口对应弹片(2)与均热块(3)之间的位置以插入热电偶(5)冷端。

6.根据权利要求1至5任一项所述的热电偶冷端温度补偿结构，其特征在于，两均热块(3)之间加设导热胶。

7.根据权利要求6所述的热电偶冷端温度补偿结构，其特征在于，还包括一引出线端子(6)，冷端温度传感器(1)的引出线从套帽(4)的尾部引出至引出线端子(6)。

8.根据权利要求6所述的热电偶冷端温度补偿结构，其特征在于，安装于弹片(2)上的冷端温度传感器(1)不与弹片(2)接触的部分加设塑料套或绝热胶。

9.根据权利要求6所述的热电偶冷端温度补偿结构，其特征在于，冷端温度传感器(1)通过胶粘接在弹片(2)上，弹片(2)粘接冷端温度传感器(1)的位置两侧分别设置一护板。