本發(fā)明涉及一種具有加溫及測溫功能的溫度傳感器。

背景技術(shù)：

溫度是表征物體冷熱程度的熱學(xué)物理量。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量。自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。它不僅和我們的生活環(huán)境密切相關(guān)，在科研及生產(chǎn)過程中，溫度的變化對實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)的結(jié)果也是至關(guān)重要的，所以溫度傳感器是使用最廣，數(shù)量最多的傳感器，在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域都扮演著十分重要的角色。測溫傳感器是將溫度信息轉(zhuǎn)換成易于傳遞和處理的電信號的傳感器，是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，溫度傳感器正向高精度、單一檢測向多功能和多點(diǎn)檢測發(fā)展，從被動檢測向主動進(jìn)行信息處理方向發(fā)展。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品,尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域,數(shù)量高居各種傳感器之首。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如溫度傳感器、無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與擴(kuò)大。近百年來,溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段;(1)傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；(2)模擬集成溫度傳感器／控制器；(3)智能溫度傳感器。通常溫度傳感器是利用一些金屬、半導(dǎo)體等材料與溫度相關(guān)的特性制成的。在溫度傳感器插入被測量場所的時(shí)候，沿著傳感器的長度方向?qū)a(chǎn)生一些熱流。當(dāng)環(huán)境溫度比較低的時(shí)候就會有熱量損失。導(dǎo)致溫度傳感器與被測量介質(zhì)的溫度不一致從而會產(chǎn)生測溫誤差。溫度傳感器中接觸法測溫的基本原理是測溫元件要跟被測對象達(dá)到一個(gè)熱度的平衡。所以，在測溫的時(shí)候我們需要將它們保持一定時(shí)間，才能夠讓兩者達(dá)到一個(gè)熱度平衡。而保持時(shí)間的長或短，就跟測溫元件的熱響應(yīng)時(shí)間有關(guān)系了。而熱響應(yīng)時(shí)間主要取決于溫度傳感器的結(jié)構(gòu)以及測量的條件，差別很大。因此，一般普通的溫度傳感器不僅跟不上被測對象的溫度變化速度出現(xiàn)滯后，而且還會因?yàn)檫_(dá)不到熱度平衡而產(chǎn)生一些測量誤差。在高溫下使用的溫度傳感器，如果被測量的介質(zhì)形態(tài)為氣態(tài)時(shí)，那么保護(hù)管表面沉積的一些灰塵等將燒熔在保護(hù)管的表面上，使得保護(hù)管加厚，它的熱阻抗增大。如果被測介質(zhì)形態(tài)是熔體的時(shí)候，在使用的過程當(dāng)中會有爐渣沉積在上面，不僅增加了溫度傳感器的響應(yīng)時(shí)間，而且還會讓指示溫度偏低，從而出現(xiàn)偏差。

溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中最為常用的一種。溫度傳感器主要有四種功能單一的類型：電阻式傳感器、熱電偶、電阻溫度檢測器(rtd)和ic溫度傳感器。熱電阻式傳感器是利用導(dǎo)電物體的電阻率隨溫度而變化的效應(yīng)制成的傳感器。熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器，它分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類。常用的熱電阻有鉑熱電阻、熱敏電阻和銅熱電阻。其中鉑電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。金屬鉑具有電阻溫度系數(shù)大，感應(yīng)靈敏；電阻率高，元件尺寸??；電阻值隨溫度變化而變化基本呈線性關(guān)系；在測溫范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，長期復(fù)現(xiàn)性好，測量精度高，是目前公認(rèn)制造熱電阻的最好材料。但鉑在高溫下，易受還原性介質(zhì)的污染，使鉑絲變脆并改變電阻與溫度之間的線性關(guān)系，因此應(yīng)裝在保護(hù)套管中。用鉑的物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為100ω，電阻變化率為0.3851ω/℃，tcr=(r100-r0)/(r0×100)，r0為0℃的阻值，r100為100℃的阻值，按iec751國際標(biāo)準(zhǔn)，溫度系數(shù)tcr=0.003851，pt100（r0=100ω）、pt1000（r0=1000ω）為統(tǒng)一設(shè)計(jì)型鉑電阻。鉑熱電阻的特點(diǎn)是物理化學(xué)性能穩(wěn)定。尤其是耐氧化能力強(qiáng)、測量精度高、應(yīng)用溫度范圍廣，有很好的重現(xiàn)性，是中低溫區(qū)（-200℃～650℃）最常用的一種溫度檢測器。測量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上。

熱電偶通常是由不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，通過兩種不同的金屬絲組成的。熱電偶是將兩種不同的金屬絲一端熔合起來，如果給它們的連結(jié)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)之間提供不同的溫度，就會產(chǎn)生電壓，即熱電勢。這種現(xiàn)象叫做塞貝克效應(yīng)。將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體a和b焊接起來。當(dāng)導(dǎo)體a和b的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而熱電偶是利用兩種不同的金屬絲一端熔合起來,構(gòu)成一個(gè)閉合回路,在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),用這一效應(yīng)來工作的有源傳感器。它能將溫度直接轉(zhuǎn)換成熱電勢，是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。缺點(diǎn)是熱響應(yīng)慢，耐振動和耐沖擊性差，成本高，不適合測量高溫區(qū)。

ic溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱溫度計(jì)。溫度計(jì)通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運(yùn)動體、小目標(biāo)或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差，常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可用來測量運(yùn)動物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速(瞬變)對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法(見光學(xué)高溫計(jì))、輻射法(見輻射高溫計(jì))和比色法(見比色溫度計(jì))。各類輻射測溫方法只能測出對應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體(吸收全部輻射并不反射光的物體)所測溫度才是真實(shí)溫度。如欲測定物體的真實(shí)溫度，則必須進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān)，因此很難精確測量。目前，多功能的溫度傳感器基本局限于溫壓一體的類型。在某些特殊環(huán)境中，需要對被測介質(zhì)進(jìn)行加溫，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，現(xiàn)有的溫度傳感器不滿足該特殊需求。《電子器件》2015年03期韓曉丹、劉清惓、楊杰在“應(yīng)用于氣象探測的雙加熱溫度傳感器設(shè)計(jì)”中公開了一種雙加熱溫度傳感器，該傳感器利用溫度測量元件交替加熱測量的方法獲得不同風(fēng)速及降水強(qiáng)度條件下沾水誤差與時(shí)間常數(shù)的變化。通過擬合對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系可實(shí)現(xiàn)沾水誤差修正和降水強(qiáng)度測量功能。在一定的風(fēng)速及降水強(qiáng)度范圍內(nèi),該傳感器能使沾水引起的誤差從±0.3℃降低至±0.1℃以下,降水強(qiáng)度測量誤差低于±0.2mm/min。該雙加熱溫度傳感器具有消除沾水誤差的能力,亦可初步實(shí)現(xiàn)降水強(qiáng)度的測量。但不具備加熱及測溫的雙重功能。在地面氣象站和探空儀的等探測環(huán)境中獲得應(yīng)用，本發(fā)明是對現(xiàn)有技術(shù)的溫度傳感器進(jìn)行的進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對一些需要具備加熱及測溫的雙重功能特殊需求，提供一種使用方便，準(zhǔn)確度高、響應(yīng)速度快，能對被測介質(zhì)進(jìn)行加溫及測溫，使其具有對被測介質(zhì)進(jìn)行加溫及測溫雙重功能的溫度傳感器。

本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達(dá)到：一種雙功用測溫加溫傳感器，包括：軸向固定在法蘭盤式基座3軸肩臺階上的測溫元件2，其特征在于：在法蘭盤式基座3上還固聯(lián)有同側(cè)平行所述測溫元件2的加熱器1，該加熱器1管體長度大于測溫元件2管體長度，伸出法蘭盤式基座3端面，加熱器1的出線與測溫元件2的出線位于同側(cè)，且加熱器1出線端隔熱靠近測溫元件2，測溫元件2采用測溫元件外殼5封裝的鉑電阻7作為感溫元件，并位于加熱器1的非發(fā)熱段1a的同側(cè)，與加熱器1非發(fā)熱段1b不接觸，工作時(shí)，加熱器1對被測介質(zhì)進(jìn)行加溫，測溫元件2對加熱后的被測介質(zhì)進(jìn)行溫度測量，將感受被測介質(zhì)測的溫度信號通過接插件4轉(zhuǎn)換成可用輸出的溫度信號傳出。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下效果。

使用方便：本發(fā)明針對一些特殊需求的對被測介質(zhì)，采用軸向固定在法蘭盤式基座3上的測溫元件2和同側(cè)平行測溫元件2的加熱器1的結(jié)構(gòu)，將被測介質(zhì)的加溫功能與對介質(zhì)溫度的測量功能集于一體，降低了使用該傳感器系統(tǒng)的體積與重量方便了加熱被測介質(zhì)的溫度測量。

準(zhǔn)確度高、響應(yīng)速度快：本發(fā)明采用同軸相連，封裝在保護(hù)管9內(nèi)的發(fā)熱段1a和非發(fā)熱段1b，發(fā)熱段1a通過非發(fā)熱段1b相連加熱芯線1c，加熱芯線1c通過嵌入在法蘭盤式基座3管體內(nèi)的氣密導(dǎo)管10，通過導(dǎo)線11連接提供加熱電源的接插件4，減少了系統(tǒng)中使用的lru數(shù)量，在不降低系統(tǒng)性能與精度的同時(shí)，提高了快響應(yīng)速度。

能對被測介質(zhì)進(jìn)行加溫及測溫：本發(fā)明采用加熱器1對被測介質(zhì)進(jìn)行加溫，測溫元件2對加熱后的被測介質(zhì)進(jìn)行溫度測量，將感受被測介質(zhì)測的溫度信號通過接插件4轉(zhuǎn)換成可用輸出的溫度信號傳出，使其具備了對被測介質(zhì)進(jìn)行加溫及測溫雙重功能，相比現(xiàn)有溫度傳感器，增加了加溫功能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明雙功用測溫加溫傳感器的構(gòu)造示意圖。

圖2是圖1顯示測溫元件結(jié)構(gòu)的局部示意圖。

圖3是本發(fā)明加熱器的剖視圖。

圖中：1加熱器，1a發(fā)熱段，1b非發(fā)熱段，1c加熱芯線，2測溫元件，3法蘭盤式基座，4接插件，5電纜，6測溫元件外殼，7鉑電阻，8灌封膠，9保護(hù)管，10氣密導(dǎo)管，11導(dǎo)線，12螺釘，13端蓋。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。

參閱圖1，在以下描述的實(shí)施例中，種雙功用測溫加溫傳感器。包括：軸向固定在法蘭盤式基座3上的加熱器1、測溫元件2、接插件4，其中，主要用于對被測介質(zhì)進(jìn)行加溫的加熱器1采用不銹鋼外殼；主要用于對被測介質(zhì)進(jìn)行溫度測量測溫元件2采用不銹鋼材料的測溫元件外殼6封裝，測溫元件外殼6連接法蘭盤式基座3。法蘭盤式基座3材料采用不銹鋼用于固定產(chǎn)品與連接其它零部件。接插件4用于提供加熱電源，同時(shí)將測得信號傳出，接插件4與法蘭盤式基座3之間采用具有屏蔽功能的電纜管5連接。伸出法蘭盤式基座3端面的加熱器1管體長度大于測溫元件2管體長度。

在法蘭盤式基座3上還固聯(lián)有同側(cè)平行所述測溫元件2的加熱器1，加熱器1包括同軸相連，封裝在保護(hù)管9內(nèi)的發(fā)熱段1a和非發(fā)熱段1b，發(fā)熱段1a通過非發(fā)熱段1b相連加熱芯線1c，加熱芯線1c通過嵌入在法蘭盤式基座3管體內(nèi)的氣密導(dǎo)管10，通過導(dǎo)線11連接提供加熱電源的接插件4，工作時(shí)，加熱器1對被測介質(zhì)進(jìn)行加溫，測溫元件2對加熱后的被測介質(zhì)進(jìn)行溫度測量，將感受被測介質(zhì)測的溫度信號通過接插件4轉(zhuǎn)換成可用輸出的溫度信號傳出。為了滿足加熱效率，發(fā)熱段1a繞制成中空螺旋彈簧圈，非發(fā)熱段1b保持直線狀，通過保護(hù)管9固聯(lián)于法蘭盤式基座3。當(dāng)工作時(shí)，加熱器1對被測介質(zhì)進(jìn)行加溫，在靠近法蘭盤式基座3加熱器1附近的測溫元件2對加熱后的介質(zhì)進(jìn)行溫度測量，通過接插件4將測得信號傳出。達(dá)到對被測介質(zhì)同時(shí)進(jìn)行加熱及測溫的雙重功能。

參閱圖2，測溫元件2采用鉑電阻作為感溫元件，并位于加熱器1的非發(fā)熱段1b的同側(cè)，與加熱器1非發(fā)熱段1b不接觸。加熱器1的出線與測溫元件2的出線位于同側(cè)，且加熱器1出線端靠近測溫元件2的部分不允許加溫。測溫元件2通過測溫元件外殼6封裝，垂直通過法蘭盤式基座3的管體端面，固聯(lián)在法蘭盤式基座3的管體內(nèi)，管體內(nèi)置鉑電阻7。為保證鉑電阻7不受外界環(huán)境影響，鉑電阻7管腳連線通過封裝在測溫元件外殼6內(nèi)灌封膠8密封固定，通過法蘭盤式基座3臺階孔向下連接接插件4將測的溫度信號傳出，直接表示被測對象的溫度。

參閱圖3，加熱器1包括封裝在保護(hù)管9非發(fā)熱段1b，伸出保護(hù)管9的發(fā)熱段1a，由于加熱芯線1c強(qiáng)度較差，保證加熱器1的機(jī)械強(qiáng)度，使用氣密導(dǎo)管組合10作為其連接器件，發(fā)熱段1a的加熱芯線1c通過非發(fā)熱段1b的灌封膠和法蘭盤式基座3內(nèi)嵌氣密導(dǎo)管組合10可靠連接導(dǎo)線11。在保證絕緣性的同時(shí)保證連接強(qiáng)度，法蘭盤式基座3尾端通過螺釘12固聯(lián)的端蓋13密封法蘭盤式基座3內(nèi)腔臺階孔，導(dǎo)線11通過端蓋13中心管孔并穿過電纜管5連接接插件4。加熱器1兩根同質(zhì)對稱平行的非發(fā)熱段1b管體和發(fā)熱段1a加熱芯線1c熱流導(dǎo)體構(gòu)成。加熱芯線1c熱流導(dǎo)體的自由端可以是一根和/或兩根加熱芯線1c繞制成形的中空螺旋彈簧圈探頭。由兩根同質(zhì)的加熱芯線1c熱流導(dǎo)體熔接而成的閉合回路組成熱電回路，當(dāng)其熱電回路兩端處于不同溫度時(shí)則回路中產(chǎn)生一定的電流，表明電路中有電勢產(chǎn)生，此電勢即為熱電勢。