本發(fā)明涉及溫度傳感器。

背景技術(shù)：

溫度傳感器通常被應(yīng)用于諸多領(lǐng)域以測(cè)量溫度。為了實(shí)現(xiàn)精確的溫度測(cè)量，通常期望傳感器自身對(duì)被測(cè)溫度場(chǎng)產(chǎn)生較小影響，特別是在傳感器的位置處，因?yàn)閭鞲衅鞯拿舾性c待測(cè)材料性質(zhì)的不同，會(huì)引起材料中溫度場(chǎng)的改變，進(jìn)而影響測(cè)量本身。

傳統(tǒng)的溫度傳感器無(wú)法消除上述內(nèi)容產(chǎn)生的誤差，其測(cè)量結(jié)果反映的是被改變以后的溫度場(chǎng)，測(cè)量精度不可避免的受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的傳感器會(huì)影響溫度場(chǎng)，從而降低測(cè)量精度的問題，從而提供用于測(cè)量材料內(nèi)部溫度的敏感元件及基于該敏感元件的溫度傳感器。

本發(fā)明所述的用于測(cè)量材料內(nèi)部溫度的敏感元件，包括熱敏電阻和熱隱身層；

熱敏電阻外均勻覆蓋一層不對(duì)自身以外的溫度場(chǎng)產(chǎn)生影響的熱隱身層。

優(yōu)選的是，熱敏電阻為圓柱狀，半徑為r處的熱隱身層的熱傳導(dǎo)參數(shù)σ′c取值為：

各向異性的待測(cè)材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)σc為：σc＝diag(σr,σθ,σz)，σr、σθ和σz分別為熱傳導(dǎo)系數(shù)的極徑方向、極角方向和z軸方向的分量；r1同時(shí)為熱敏電阻的半徑及熱隱身層的內(nèi)徑，r2為熱隱身層的外徑。

優(yōu)選的是，熱敏電阻為球狀，半徑為r處的熱隱身層的熱傳導(dǎo)參數(shù)σ′c取值為：

各向異性的待測(cè)材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)σc為：σc＝diag(σr,σθ,σz)，σr、σθ和σz分別為熱傳導(dǎo)系數(shù)的極徑方向、極角方向和z軸方向的分量；r1同時(shí)為熱敏電阻的半徑及熱隱身層的內(nèi)徑，r2為熱隱身層的外徑。

優(yōu)選的是，熱敏電阻為圓柱狀，熱隱身層的熱傳導(dǎo)參數(shù)σ′i為：

其中，k0為熱隱身層的徑向熱傳導(dǎo)系數(shù)，r1同時(shí)為熱敏電阻的半徑及熱隱身層的內(nèi)徑，r2為熱隱身層的外徑；

各向同性的待測(cè)材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)k滿足如下條件：

本發(fā)明所述的基于所述用于測(cè)量材料內(nèi)部溫度的敏感元件的溫度傳感器，包括敏感元件、測(cè)量處理電路和電源；

敏感元件的輸出端與測(cè)量處理電路的測(cè)量信號(hào)輸入端相連，測(cè)量處理電路用于輸出溫度值，電源用于為測(cè)量處理電路供電。

本發(fā)明的有益效果為：敏感元件不對(duì)自身以外的溫度場(chǎng)產(chǎn)生影響，在所測(cè)處，被測(cè)量值與真實(shí)值一致。因此，測(cè)量結(jié)果反映出置入溫度傳感器之前的真實(shí)溫度分布，提高了測(cè)量精度。

本發(fā)明適用于測(cè)量材料內(nèi)部的溫度。

附圖說明

圖1是具體實(shí)施方式一所述的用于測(cè)量材料內(nèi)部溫度的敏感元件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是具體實(shí)施方式五所述的基于用于測(cè)量材料內(nèi)部溫度的敏感元件的溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是具體實(shí)施方式五中沒有傳感器時(shí)待測(cè)材料中溫度場(chǎng)分布；

圖4是具體實(shí)施方式五中采用現(xiàn)有傳感器時(shí)待測(cè)材料中的溫度場(chǎng)分布；

圖5是具體實(shí)施方式五中采用本發(fā)明的傳感器時(shí)待測(cè)材料中的溫度場(chǎng)分布；

圖6是具體實(shí)施方式五中不同情況下待測(cè)材料中x＝-2mm處溫度變化曲線。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的用于測(cè)量材料內(nèi)部溫度的敏感元件，包括熱敏電阻1和熱隱身層2；

熱敏電阻1外均勻覆蓋一層不對(duì)自身以外的溫度場(chǎng)產(chǎn)生影響的熱隱身層2。

本實(shí)施方式中熱隱身層2對(duì)其周圍環(huán)境的溫度無(wú)任何影響，采用熱隱身層2的外壁作為測(cè)溫的部位，消除了傳感器本身對(duì)被測(cè)量的影響，提高了測(cè)量精度。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的用于測(cè)量材料內(nèi)部溫度的敏感元件作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，熱敏電阻1為圓柱狀，半徑為r處的熱隱身層2的熱傳導(dǎo)參數(shù)σ′c取值為：

各向異性的待測(cè)材料6的熱傳導(dǎo)系數(shù)σc為：σc＝diag(σr,σθ,σz)，σr、σθ和σz分別為熱傳導(dǎo)系數(shù)的極徑方向、極角方向和z軸方向的分量；r1同時(shí)為熱敏電阻1的半徑及熱隱身層2的內(nèi)徑，r2為熱隱身層2的外徑。

對(duì)于圓柱狀的熱敏電阻，熱隱身層2的熱傳導(dǎo)參數(shù)根據(jù)公式1進(jìn)行設(shè)置。熱隱身層2采用公式1的熱傳導(dǎo)參數(shù)可保證不對(duì)自身以外的溫度場(chǎng)產(chǎn)生影響，很大程度地提高了測(cè)量精度。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的用于測(cè)量材料內(nèi)部溫度的敏感元件作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，熱敏電阻1為球狀，半徑為r處的熱隱身層2的熱傳導(dǎo)參數(shù)σ′c取值為：

各向異性的待測(cè)材料6的熱傳導(dǎo)系數(shù)σc為：σc＝diag(σr,σθ,σz)，σr、σθ和σz分別為熱傳導(dǎo)系數(shù)的極徑方向、極角方向和z軸方向的分量；r1同時(shí)為球的半徑及熱隱身層2的內(nèi)徑，r2為熱隱身層2的外徑。

對(duì)于球狀的熱敏電阻，熱隱身層2的熱傳導(dǎo)參數(shù)根據(jù)公式2進(jìn)行設(shè)置。熱隱身層2采用公式2的熱傳導(dǎo)參數(shù)可保證不對(duì)自身以外的溫度場(chǎng)產(chǎn)生影響，很大程度地提高了測(cè)量精度。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的用于測(cè)量材料內(nèi)部溫度的敏感元件作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，熱敏電阻1為圓柱狀，熱隱身層2的熱傳導(dǎo)參數(shù)σ′i為：

其中，k0為熱隱身層2的徑向熱傳導(dǎo)系數(shù)，r1同時(shí)為熱敏電阻1的半徑及熱隱身層2的內(nèi)徑，r2為熱隱身層2的外徑；

各向同性的待測(cè)材料6的熱傳導(dǎo)系數(shù)k滿足如下條件：

具體實(shí)施方式二和三中待測(cè)材料6為各向異性材料，熱隱身層熱傳導(dǎo)參數(shù)隨著r而變化，且僅適用于指定的被測(cè)材料，這在工程上實(shí)現(xiàn)較為困難且應(yīng)用有限。然而，對(duì)于各項(xiàng)同性被測(cè)材料，可以簡(jiǎn)化公式1。設(shè)置均勻厚度的柱狀熱隱身層，熱傳導(dǎo)參數(shù)為公式3。在溫度測(cè)量最大允許誤差為10％的條件下，則只要待測(cè)材料6的熱傳導(dǎo)系數(shù)k滿足如下約束條件，即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的：

從而，熱隱身層熱傳導(dǎo)參數(shù)為定值，不隨r而變化，在工程上容易實(shí)現(xiàn)，而且滿足約束條件即公式4的被測(cè)材料均可以使用，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。

具體實(shí)施方式五：結(jié)合圖2至圖6具體說明本實(shí)施方式，基于上述任意一項(xiàng)實(shí)施方式所述的用于測(cè)量材料內(nèi)部溫度的敏感元件的溫度傳感器，包括敏感元件3、測(cè)量處理電路4和電源5；

敏感元件3的輸出端與測(cè)量處理電路4的測(cè)量信號(hào)輸入端相連，測(cè)量處理電路4用于輸出溫度值，電源5用于為測(cè)量處理電路4供電。

待測(cè)材料取為各向同性材料，熱傳導(dǎo)系數(shù)為1w/(m·k)，敏感元件中熱敏電阻1的熱傳導(dǎo)系數(shù)設(shè)為0.1w/(m·k)，根據(jù)公式(1)設(shè)計(jì)熱隱身層2的材料參數(shù)。

圖3為沒有傳感器時(shí)的溫度場(chǎng)。此時(shí)待測(cè)材料中的溫度場(chǎng)不受任何影響，為真實(shí)的溫度場(chǎng)分布。

圖4為包含現(xiàn)有傳感器時(shí)的溫度場(chǎng)。受現(xiàn)有傳感器的熱敏元件影響，待測(cè)材料中的溫度場(chǎng)分布發(fā)生了變化。此時(shí)傳感器測(cè)量結(jié)果反映的是改變后的溫度場(chǎng)，與真實(shí)溫度場(chǎng)存在偏差。

圖5為包含本實(shí)施方式的傳感器時(shí)的溫度場(chǎng)。雖然待測(cè)材料中存在敏感元件，但是敏感元件以外的溫度場(chǎng)并未受影響，即被測(cè)量區(qū)域的溫度場(chǎng)沒有被改變，此時(shí)傳感器測(cè)量結(jié)果反映的是與圖3中溫度場(chǎng)相同的真實(shí)溫度場(chǎng)分布。

圖6為敏感元件邊緣即熱隱身層2的外壁，即x＝-2mm處，沒有傳感器、設(shè)置現(xiàn)有傳感器以及本發(fā)明的傳感器的三種情況下的溫度變化曲線。采用現(xiàn)有的傳感器時(shí)越靠近敏感元件處，溫度場(chǎng)受到的影響越大，與真實(shí)溫度場(chǎng)偏差就越大。因此，現(xiàn)有的傳感器的被測(cè)量是圖4中被改變以后的溫度場(chǎng)，這一部分誤差無(wú)法避免。采用本發(fā)明的傳感器與沒有傳感器時(shí)測(cè)得的曲線重合，本發(fā)明的傳感器采用了兩層式的新型敏感元件，沒有改變待測(cè)材料中被測(cè)區(qū)域的溫度場(chǎng)，因而消除了現(xiàn)有傳感器的這部分偏差。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。

雖然在本文中參照了特定的實(shí)施方式來描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，這些實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的原理和應(yīng)用的示例。因此應(yīng)該理解的是，可以對(duì)示例性的實(shí)施例進(jìn)行許多修改，并且可以設(shè)計(jì)出其他的布置，只要不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。應(yīng)該理解的是，可以通過不同于原始權(quán)利要求所描述的方式來結(jié)合不同的從屬權(quán)利要求和本文中所述的特征。還可以理解的是，結(jié)合單獨(dú)實(shí)施例所描述的特征可以使用在其他所述實(shí)施例中。