專利名稱：一種快速熱電偶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種快速熱電偶，是具有高動態(tài)熱電變化率的溫度傳感器，它用于溫度檢測以及火焰熄火的快速熱電保護(hù)。
背景技術(shù)：
目前，公知的熱電偶有一個熱端，它由正熱電勢偶絲(下簡稱正絲)和負(fù)熱電勢偶絲(下簡稱負(fù)絲)的端頭進(jìn)行焊接而成，兩偶絲的另一端即為冷端，兩個冷端焊有補(bǔ)償導(dǎo)線或輸出線。輸出到測量電路或電磁閥上的總電勢是這4根導(dǎo)體的熱電勢和3個焊點的接觸電勢的代數(shù)和。熱電偶的熱端接受火焰的高溫后，經(jīng)輸出線向電磁閥供給電流，使電磁閥開閥通氣，當(dāng)意外熄火時，熱電勢逐漸變小，電磁閥線圈電流消失，便恢復(fù)到常閉狀態(tài)，從而起到安全保護(hù)作用。不過，由于熱電偶都具有質(zhì)量，不可能及時響應(yīng)溫度的變化。當(dāng)前的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T28-2003規(guī)定開閥時間小于45秒閉閥時間小于60秒，這個時間太長，對大功率燃具，這樣的保護(hù)有危險。我們對熱電熄火保護(hù)分析一下。為了快速開啟電磁閥，必須加大熱電勢的幅值及其上升變化率，所以，一般采用貝塞爾系數(shù)最大的E分度偶絲，即鎳鉻一康銅偶絲，且偶絲的長度要大些。而為了快速關(guān)閉電磁閥，必須減小熱電勢的幅值，下降的變化率仍要加大?？梢姡_啟和關(guān)閉電磁閥都要求大的熱電勢變化率而對其幅值的要求卻是相反的。我們被迫兩者都要照顧，折衷的結(jié)果，使熱電保護(hù)的電磁閥開啟和關(guān)閉時間一直不理想，都太長。市場上有一種改進(jìn)型熱電偶，其頭部的錐形襯套為正絲，錐形襯套的尖端與負(fù)絲焊接，形成熱端，錐形襯套的粗端便成了一個冷端，粗端與一個長導(dǎo)電襯套壓配合。負(fù)絲的另一端焊一個正絲，它們的焊點就是一個次溫端。正絲后面再焊一根輸出導(dǎo)線。使用這種改進(jìn)熱電偶，閥門的保護(hù)速度加快。但是這種熱電偶的具有不足之處由于其錐形襯套應(yīng)耐熱，故是用鎳鉻不銹鋼的正絲(其正貝塞爾系數(shù)較低)。則工作端就必焊有另一個負(fù)絲，一般用E分度的康銅，其負(fù)貝塞爾系數(shù)高。因其熱端到次熱端使用了貝塞爾系數(shù)大的負(fù)絲。為了不過多損失熱端的熱電勢，該負(fù)絲不應(yīng)太短，否則要付出限制上升熱電勢的幅值及其變化率的代價，會反而使閥門的開啟性能有所降低。這樣，次熱端溫度就不會更高些，加上該負(fù)絲之后必焊上貝塞爾系數(shù)小的正絲，結(jié)果補(bǔ)償?shù)姆聪螂妱葺^小，也就限制了次溫端的補(bǔ)償作用不會太強(qiáng)，造成閉閥時間不會太短。上述所有偶絲和接點都不裸露，是封閉在絕緣套管和導(dǎo)電襯套里的。整體熱慣性大，散熱不良，會降低熱電勢的變化率，也影響效果。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與缺陷，本實用新型目的在于提供一種響應(yīng)速度快的快速熱電偶。實現(xiàn)上述實用新型目的的技術(shù)方案是一種快速熱電偶，有一個熱端A，該熱端由正絲和負(fù)絲負(fù)絲的端頭進(jìn)行焊接而成，所述熱端A的正絲的另一端焊有與該正絲匹配的另一負(fù)絲，焊點成為次熱端B ;所述熱端A的負(fù)絲的另一端焊有與該負(fù)絲匹配的另一正絲，焊點成為另一次熱端C ;且所述另一負(fù)絲的另一端為冷端D，所述另一正絲的另一端也為冷端D ;且兩個冷端D分別焊有一個熱電勢的輸出線。所述輸出線為普通良導(dǎo)體 。所述熱端A安裝在熱源處，而次熱端B安裝在接近熱源但溫度低于熱端之處。所述熱端A的質(zhì)量較小，即熱響應(yīng)迅速，而次熱端B和另一次熱端C的質(zhì)量較大即熱響應(yīng)緩慢。所述正絲和負(fù)絲的截面積 < 另一負(fù)絲和另一正絲的截面積。所述正絲是耐熱的偶絲，裸露時其截面為矩形或圓形，截面寬度大于等于負(fù)絲的直徑。在兩個冷端附近用耐熱的絕緣子固定兩根輸出線。本實用新型還提供了另一種實施方式，一種快速熱電偶，有一個熱端A，該熱端由正絲和負(fù)絲的端頭進(jìn)行焊接而成，所述熱端A的正絲的另一端焊有另一負(fù)絲，所述另一負(fù)絲和負(fù)絲均具有一個冷端D，兩個冷端D分別焊有一個熱電勢的輸出線。所述在兩個冷端D附近用耐熱的絕緣子固定兩根輸出線。本實用新型的快速熱電偶與現(xiàn)的技術(shù)相比，具有以下有益效果本實用新型的快速熱電偶可使熱電偶發(fā)揮極好的動態(tài)響應(yīng)性能，可驅(qū)動電磁閥門在幾秒甚至I秒很快開啟或關(guān)閉。據(jù)此，熱電保護(hù)可擴(kuò)大到大功率燃燒器使用。另外，安裝調(diào)節(jié)方便，成本低。

圖I是一種具有兩個次熱端的全裸超調(diào)熱電偶的側(cè)視圖。圖2是一種具有一個次熱端的全裸超調(diào)熱電偶的側(cè)視圖。圖3是一種具有一個次熱端的半裸超調(diào)熱電偶的側(cè)向切面視圖。圖4是一種具有兩個次熱端的半裸超調(diào)熱電偶的側(cè)向切面視圖。圖5是熱電偶E = f(t)(熱電勢隨時間變化)的示意曲線。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的快速熱電偶做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖I是一種具有兩個次熱端的全裸超調(diào)熱電偶的側(cè)視圖。由圖I可見，熱電偶有一個熱端A，它由正熱電勢偶絲2和負(fù)熱電勢偶絲3的端頭進(jìn)行焊接而成，正絲2和負(fù)絲3的另兩端分別焊有與其相匹配的負(fù)絲I和正絲4，其焊點成為兩個次熱端B和C，有兩個次熱端，反向電勢更強(qiáng)。負(fù)絲I和正絲4的另一端為冷端D，它們由耐熱絕緣子9中穿過。負(fù)絲I的D端焊有熱電勢的輸出線5。正絲2是耐熱的偶絲，截面為矩形、弧形或圓形，截面寬度>負(fù)絲3的直徑。這個措施是為了給工作端及其康銅一類負(fù)偶絲配置一個耐熱擋火板，延長使用壽命。M— N截面示例的是弧形截面，在整體快速熱電偶外表層設(shè)有絕緣層9。圖2是一種具有一個次熱端的全裸超調(diào)熱電偶的側(cè)視圖。由圖2可見，它與圖I比較，省去了次熱端C，而保留一個次熱端B，其設(shè)計與公知相反，是在正絲2的另一端焊有一根負(fù)絲1，也就是，這時具有冷端D的兩個偶絲I和3都是大塞貝爾系數(shù)的負(fù)絲，而共用的偶絲2是耐熱正絲，其塞貝爾系數(shù)小，所以它可以短些，影響較小，故次溫端的溫度可更接近熱端的溫度?？梢?，這種布局，形成了由熱端和次熱端表征的兩個熱電偶，它們都是高輸出的基本型熱電偶。根據(jù)中間導(dǎo)體定律疊加，可以得到較高預(yù)想效果穩(wěn)態(tài)熱電勢幅值在有裕度的前提下可補(bǔ)償?shù)阶钚?，而動態(tài)上升和下降的熱電勢超調(diào)量可成倍加大，得到很高的變化率，故也能使閥門開啟和關(guān)閉時間也可大大縮短。這里示例的是，輸出線5是兩根直線，正絲2和負(fù)絲3都是園形截面。圖3是一種具有一個次熱端的半裸超調(diào)熱電偶的側(cè)向剖面視圖。只有次熱端B和負(fù)絲I是裸露的半裸露式的結(jié)構(gòu)中，其熱端A及偶絲3裝在耐熱的錐形襯套6里，該襯套同時具有正絲2的功能。這時，負(fù)絲I的一端與錐形襯套焊接形成次熱端B，負(fù)絲I的另一端焊在導(dǎo)電襯套8上。超調(diào)熱電偶的其它部分套有絕緣物7，再從導(dǎo)電襯套中穿出。負(fù)絲I有I' 3個，它們的結(jié)構(gòu)相同，這里采用兩個，所以實際次熱端B是兩點并聯(lián)的。有一根輸出 線焊在襯套的末端，另一根焊在正絲4上。這種半裸結(jié)構(gòu)熱電偶的次熱端B和負(fù)絲I裸露，散熱好，也有熱響應(yīng)速度快和動態(tài)超調(diào)大的優(yōu)點。而安裝方式與普通熱電偶相同。圖4是一種具有兩個次熱端的半裸超調(diào)熱電偶的側(cè)向切面視圖。他與圖3的區(qū)別只是在負(fù)絲3和輸出線5之間焊入正絲4，兩個次熱端補(bǔ)償作用更強(qiáng)。圖I一圖4所表示的4種超調(diào)熱電偶有幾點相同的結(jié)構(gòu)特點,統(tǒng)一說明如下將裸露次熱端B的安裝位置接近熱源并面對熱輻射。這有助于提高次熱端的溫度，加大熱電勢補(bǔ)償效率。熱端A處的熱容量小，即熱響應(yīng)迅速，而次熱端B處或C處的熱容量較大，即熱響應(yīng)稍緩慢——熱慣性稍大。于是能產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膫鳠嵫舆t，形成較大超調(diào)量。偶絲2和偶絲3的截面積<偶絲I和4的截面積。也對提高熱響應(yīng)速度、產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膫鳠嵫舆t有益。裸露式結(jié)構(gòu)的正絲2是耐熱的偶絲，截面為矩形、弧形或圓形，截面寬度彡負(fù)絲3的直徑。這個措施是為了給工作端及其康銅一類負(fù)偶絲配置一個耐熱擋火板，延長使用壽命。熱電勢的輸出線5的電阻為毫歐級良導(dǎo)體，長度宜短，其截面積>偶絲的截面積。由于熱電偶的熱電勢為毫伏級，很弱，其能量寶貴。降低包括輸出線在內(nèi)的熱電偶內(nèi)阻，才能保證這個電源有較高輸出功率，降低內(nèi)耗。輸出到測量電路或電磁閥門上的總電勢是這些導(dǎo)體的熱電勢和焊點的接觸電勢的代數(shù)和，其中正絲和負(fù)絲的熱電勢占主要部分。圖5是熱電偶E = f(t)(熱電勢隨時間變化)示意曲線。圖中曲線I 超調(diào)熱電偶E = f(t)曲線曲線2 市面出售的改進(jìn)型熱電偶E = f(t)曲線曲線3 普通熱電偶E = f(t)曲線+AE 超調(diào)熱電偶的上升熱電勢超調(diào)量- AE 超調(diào)熱電偶熱的降電勢超調(diào)量下EO電磁閥吸合工作電平El超調(diào)熱電偶的穩(wěn)態(tài)熱電勢E2改進(jìn)型熱電偶的穩(wěn)態(tài)熱電勢[0044]E3普通型熱電偶的穩(wěn)態(tài)熱電勢tl超調(diào)熱電偶的開閥時間t2改進(jìn)型熱電偶的開閥時間t3普通型熱電偶的開閥時間Tl超調(diào)熱電偶的閉閥時間T 2改進(jìn)型熱電偶的閉閥時間T 3普通型熱電偶的閉閥時間從三條曲線可見，在點火時(曲線上升段)和熄火時(曲線下降段)超調(diào)熱電偶反應(yīng)強(qiáng)烈，不但有大的熱電勢上升超調(diào)量+ A E，還有較大的熱電勢下降超調(diào)量一 AE ，有較理想的電磁閥開閥裕量El—EO 。其穩(wěn)態(tài)值EI更低，閥時間11和閉閥時間TI都很短El < E2 < E3tl < t2 < t3Tl < T 2 < T 3本專利的技術(shù)方案是，設(shè)法形成開啟和關(guān)閉閥門時熱電勢的高超調(diào)量，從而盡可能地提高熱電勢動態(tài)上升和下降的變化率，同時進(jìn)一步降低開啟電磁閥時的熱電勢的穩(wěn)態(tài)幅值。但該幅值仍要有裕度。具體的技術(shù)措施有采用兩個次熱端B和C :S卩熱端A的正絲2和負(fù)絲3的另兩端分別焊有與其相匹配的負(fù)絲I和正絲4，其焊點就是兩個次熱端B和C。兩個次熱端比一個次熱端能提供更大的熱電勢動態(tài)超調(diào)量。尚可只采用一個次熱端B :省去次熱端C，而必須保留次熱端B，其設(shè)計與公知的相反是在正絲2的另一端焊有一根負(fù)絲1，也就是，這時具有冷端D的兩個偶絲I和3都是大塞貝爾系數(shù)的負(fù)絲，而共用的偶絲2是耐熱正絲，其塞貝爾系數(shù)小，所以它可以短些，影響較小。故次熱端的溫度可更接近熱端的溫度?？梢?，這種布局，形成了由熱端和次熱端構(gòu)成的兩個熱電偶，它們都是熱電勢損失小、高輸出的熱電偶。根據(jù)熱電偶中間導(dǎo)體定律疊加熱電勢，可以得到較好的預(yù)想效果穩(wěn)態(tài)熱電勢幅值在有裕度的前提下可補(bǔ)償?shù)阶钚?，而動態(tài)上升和下降的熱電勢超調(diào)量可成倍加大，得到很高的變化率，從而可使閥門開啟和關(guān)閉時間大大縮短。本超調(diào)熱電偶是全裸露的，或只有次熱端B、和負(fù)絲I是裸露的，即半裸的。裸露的好處是散熱速度快。一般燃具安裝環(huán)境是允許使用具有一定強(qiáng)度的全裸或半裸熱電偶的。將裸露的次熱端B的安裝位置接近熱源并面對熱輻射。這有助于提高次熱端的溫度，加大熱電勢補(bǔ)償效率。熱端A質(zhì)量小些，即熱響應(yīng)迅速，而次熱端B、C處的質(zhì)量要大，即熱響應(yīng)稍緩慢——熱慣性稍大。于是產(chǎn)生了適當(dāng)?shù)膫鳠嵫舆t，才能形成較大超調(diào)量。共用偶絲2和偶絲3的截面積<偶絲I和4的截面積。也對提高熱響應(yīng)速度、產(chǎn)生適當(dāng)?shù)挠幸鎮(zhèn)鳠嵫舆t。裸露式結(jié)構(gòu)的正絲2是耐熱的偶絲，截面為矩形、弧形或圓形，截面寬度> 負(fù)絲3的直徑。這個措施相當(dāng)于，給熱端及其康銅一類負(fù)偶絲配置一個耐熱擋火板，延長使用壽命。只有次熱端B和負(fù)絲I是裸露式的結(jié)構(gòu)中，其熱端A及偶絲3裝在耐熱的錐形襯套6里，該襯套同時具有正偶絲2的功能。這時，負(fù)絲I的一端與錐形襯套焊接形成次熱端B，負(fù)絲I的另一端焊在導(dǎo)電襯套8上。超調(diào)熱電偶的其它部分套有絕緣物7，再從導(dǎo)電襯套中穿出。負(fù)絲I有I' 3個，它們的結(jié)構(gòu)相同。這種半裸結(jié)構(gòu)熱電偶的次熱端B和負(fù)絲I裸露，散熱好，也有熱響應(yīng)速度快和動態(tài)超調(diào)大的優(yōu)點。而安裝方式與普通熱電偶相同。在冷端D附近用耐熱的絕緣子9來固定兩根輸出線5。這種結(jié)構(gòu)對散熱影響最小，也價廉。可見，很快的保護(hù)速度是諸多技術(shù)所產(chǎn)生的綜合結(jié)果。權(quán)利要求1.一種快速熱電偶，有一個熱端(A)，該熱端由正絲(2)和負(fù)絲負(fù)絲(3)的端頭進(jìn)行焊接而成，其特征在于所述熱端(A)的正絲(2)的另一端焊有與該正絲匹配的另一負(fù)絲(I )，焊點成為次熱端(B);所述熱端(A)的負(fù)絲(3)的另一端焊有與該負(fù)絲匹配的另一正絲(4)，焊點成為另一次熱端(C);且所述另一負(fù)絲(I)的另一端為冷端(D)，所述另一正絲(4)的另一端也為冷端(D);且兩個冷端(D)分別焊有一個熱電勢的輸出線(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速熱電偶，其特征在于所述輸出線(5)為普通良導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速熱電偶，其特征在于所述熱端(A)安裝在熱源處，而次熱端(B)安裝在接近熱源但溫度低于熱端之處。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速熱電偶，其特征在于所述熱端(A)的質(zhì)量較小，即熱響應(yīng)迅速，而次熱端(B)和另一次熱端(C)的質(zhì)量較大即熱響應(yīng)緩慢。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速熱電偶，其特征在于所述正絲(2)和負(fù)絲(3)的截面積彡另一負(fù)絲(I)和另一正絲(4)的截面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速熱電偶，其特征在于所述正絲(2)是耐熱的偶絲，裸露時其截面為矩形或圓形，截面寬度大于等于負(fù)絲(3)的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速熱電偶，其特征在于在兩個冷端(D)附近用耐熱的絕緣子(9)固定兩根輸出線(5)。
8.一種快速熱電偶，有一個熱端(A)，該熱端由正絲(2)和負(fù)絲負(fù)絲(3)的端頭進(jìn)行焊接而成，其特征在于所述熱端(A)的正絲(2)的另一端焊有另一負(fù)絲(1)，所述另一負(fù)絲(I)和負(fù)絲(3)均具有一個冷端(D)，兩個冷端(D)分別焊有一個熱電勢的輸出線(5)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速熱電偶，其特征在于所述在兩個冷端(D)附近用耐熱的絕緣子(9)固定兩根輸出線(5)。
專利摘要本實用新型公開了一種快速熱電偶，有一個熱端(A)，該熱端由正絲(2)和負(fù)絲負(fù)絲(3)的端頭進(jìn)行焊接而成，其特征在于所述熱端(A)的正絲(2)的另一端焊有與該正絲匹配的另一負(fù)絲(1)，焊點成為次熱端(B)；所述熱端(A)的負(fù)絲(3)的另一端焊有與該負(fù)絲匹配的另一正絲(4)，焊點成為另一次熱端(C)；且所述另一負(fù)絲(1)的另一端為冷端(D)，所述另一正絲(4)的另一端也為冷端(D)；且兩個冷端(D)分別焊有一個熱電勢的輸出線(5)。該快速熱電偶可產(chǎn)生更低的穩(wěn)態(tài)熱電勢，熱電響應(yīng)速度很快。
文檔編號G01K7/04GK202793633SQ201220509018
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月7日
發(fā)明者楊選民, 富良, 薛少平, 田均校, 王博, 蒲俊春 申請人:西北農(nóng)林科技大學(xué)