CN109855764B - 自校准温度传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自校准温度传感器装置，包括相变材料A和相变材料B，外壳、隔层、绝缘层、内核温度传感器，通过将相变材料A和相变材料B加热到满足相变点温度，从而达到温坪，根据相变材料固定的相变点温度来对温度传感器进行校准，从而实现在线标定。该装置满足了特殊环境下温度传感器的在线标定，提高了特殊环境下温度传感器的测量准确性，实现了测量校准一体化的功能。

Description

自校准温度传感器装置

技术领域

本发明属于航天器温度测量及标定技术领域，具体而言，本发明涉及一种可实现在特殊环境下对温度测量系统在线标定的装置。

背景技术

铂电阻等温度传感器在长期使用过程中会产生温漂和时漂。目前，工业上一般通过对铂电阻关键温度点电阻值的定期核查来监测它的年漂移量，工业铂电阻的年漂移量较大，年稳定性在0.1℃。在实际计量使用中，为了保证数据准确可靠，每个计量周期均会对工业铂电阻分别在使用温度上下限进行老化处理。然而，在特殊环境中使用的铂电阻温度传感器无法做相应的处理，温度的年漂移量比在正常环境下漂移量更大，在高精度温度测量系统中会引入较大的误差。而特殊环境中的温度测量在我国冶金制造、材料加工、电力系统等工业领域中有着极其重要且广泛的应用，更重要的是，随着我国载人航天、探月工程、核电工程等重大工程的发展，对在线标定技术存在迫切需求。经过在轨长时间的空间综合环境影响，以及测温系统自身温漂和时漂的影响，温度测量准确度会发生不同程度的降低。例如高轨20米SAR卫星设计寿命8年，其铷钟和加速度计的高精度控温需求，对温度测量系统的精度提出了更高的要求。因此对在线标定要求比较苛刻，要求能够在现场、特殊环境下实现自校准功能。

发明内容

本发明的目的在于实现对于特殊环境下温度测量系统的在线标定而提出的一种测量、校准一体化的温度测量装置。

自校准温度传感器装置，包括两种相变材料A和B、装置外壳、隔层、绝缘层、内核温度传感器、自加热装置，装置最内层为内核温度传感器，相变材料A环绕内核温度传感器，相变材料B环绕相变材料A，相变材料A和相变材料B之间布置隔层，其中外壳环绕相变材料B，外壳与相变材料B之间同样布置隔层，所有隔层的内外表面均镀有绝缘层；自加热装置布置在外壳周围。

其中，相变材料A和B可调换位置。

进一步地，装置的整体呈圆柱体结构。

其中，两种相变材料A和相变材料B的选择可根据具体实际应用环境来定。相变材料的制作应有良好封装，每种材料预留自身体积5％以上的膨胀空间。

其中，外壳与隔层的壁厚均为1mm，其材料可选为不锈钢，备选材料为铜等导热性较好的材料。

其中，隔层内外表面镀有绝缘层，绝缘层材料可以是陶瓷、聚酰亚胺涂层胶等导热、绝缘性能好的材料。

其中，内核温度传感器可选用PT1000，采用四线制测温，PT1000计量准确度达到0.03℃。

其中，自加热装置，满足自标定所需热量供给，加热丝阻值不超过60Ω，工作电压为24V，加热功率控制在10W以内，通过在外壳表面镀加热丝的方式实现。

本发明的自校准温度传感器装置可实现对特殊环境下温度测量系统的在线标定，当需要对温度测量系统标定时，通过自加热装置对两种相变材料进行加热，当每种相变材料达到相变点温度时，相变材料将相变点温度下保持一定时间。通过温度传感器测回的温度与两种相变材料标准的相变点温度进行对比，从而修正温度传感器自身的测量误差，实现对温度测量系统的在线标定。

附图说明

图1为本发明的自校准温度传感器装置结构横截面示意图。

图2为本发明的自校准温度传感器装置结构纵截面示意图。

图中，1为外壳及自加热装置；2为隔层；3为相变材料A；4为相变材料B；5为内核温度传感器。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，通过具体的实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

参见图1-2，图1为本发明的自校准温度传感器装置结构横截面示意图；图2为本发明的自校准温度传感器装置结构纵截面示意图。本发明的自校准温度传感器装置，具体包括相变材料A3和相变材料B4、外壳及自加热装置1、隔层2、绝缘层、内核温度传感器5。相变材料的选择不仅仅局限于几种，可根据所标定的温度测量范围进行选择。该装置由内到外分别为内核温度传感器5、相变材料B4、隔层2、绝缘层、相变材料A3、外壳及加热装置1。该装置整体呈圆柱形结构，相变材料B4中心位置放置内核温度传感器；相变材料A3包裹相变材料B4,并在相变材料A3和B之间布置隔层；外壳结构包裹相变材料B4，外壳与相变材料B4之间布置隔层2，隔层2的内外表面均镀有绝缘层，外壳外表面布置自加热装置。

自校准温度传感器装置的具体工作原理：自校准温度传感器装置在使用前需对度传感器的结构进行热分析，并在热真空环境下进行试验，结合热分析结果与试验数据，建立外壳与传感器表面温度之间的传递函数的关系，确定以后即可实现对物体的测温。自校准温度传感器装置使用时贴于被测物体表面，当处于正常测温情况下，自校准温度传感器测量的温度值即为物体表面的真实温度。经过一段时间后，需对温度传感器进行标定时，该装置启动自加热装置，对两种相变材料进行加热，使装置中的材料分别缓慢的发生相变，获得恒定的温度场，通过两种相变材料标准的恒定温度场与温度传感器测回的温度不断修正测量温度函数，从而实现对测量系统的在线标定。

制造实施例1

在具体的实施方式中，自校准温度传感器装置整体尺寸为Φ9.8mm×15mm，总重量小于300g。自校准温度传感器具有良好的界面密封性，适用于真空低温环境及其他特殊无人环境使用。该装置中相变材料可根据使用需求进行选择，外壳及隔层选择均不唯一。

假设标定传感器温度范围为10℃～30℃，则两种相变材料A和相变材料B可选用镓(30℃，纯度为99.99999％)和镓锡(20.5℃，镓和锡的纯度为99.99999％，锡的质量百分比为12％)，其中相变材料A的直径为7.8mm，相变材料B的直径为4.1mm。相变材料具有良好的封装，每种材料预留自身体积5％以上的膨胀空间，相变材料的备选材料可为其他低共熔点金属单质或合金。

在一具体实施方式中，外壳与隔层壁厚均为1mm，其材料可选为不锈钢，备选材料为铜等导热性较好的材料。

在一具体实施方式中，隔层的内外表面镀有绝缘层，绝缘层材料选为是陶瓷、聚酰亚胺涂层胶等导热、绝缘性能好的材料。内核温度传感器选用PT1000，采用四线制测温，PT1000计量准确度达到0.03℃。

在一具体实施方式中，自加热装置阻值不超过60Ω，工作电压为24V，加热功率控制在10W以内，实现方式通过在外表面镀加热丝的方式实现。数据采集系统实现对温度数据的采集。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.自校准温度传感器装置，包括两种相变材料A和B、装置外壳、隔层、绝缘层、内核温度传感器、自加热装置，装置最内层为内核温度传感器，相变材料A环绕内核温度传感器，相变材料B环绕相变材料A，相变材料A和相变材料B之间布置隔层，其中外壳环绕相变材料B，外壳与相变材料B之间同样布置隔层，所有隔层的内外表面均镀有绝缘层；自加热装置布置在外壳周围。

2.如权利要求1所述的自校准温度传感器装置，其中，相变材料A和B可调换位置。

3.如权利要求1所述的自校准温度传感器装置，其中，装置的整体呈圆柱体结构。

4.如权利要求1所述的自校准温度传感器装置，其中，两种相变材料预留自身体积5%以上的膨胀空间。

5.如权利要求1所述的自校准温度传感器装置，其中，外壳与隔层的壁厚均为1mm。

6.如权利要求1所述的自校准温度传感器装置，其中，外壳材料选为不锈钢或铜。

7.如权利要求1所述的自校准温度传感器装置，其中，绝缘层材料是陶瓷或聚酰亚胺涂层胶。

8.如权利要求1所述的自校准温度传感器装置，其中，内核温度传感器选用PT1000，采用四线制测温。

9.如权利要求1所述的自校准温度传感器装置，其中，自加热装置的加热丝阻值不超过60Ω，加热功率控制在10W以内，通过在外壳表面镀加热丝的方式实现。

10.如权利要求1所述的自校准温度传感器装置，其中，相变材料A和相变材料B分别为镓和镓锡。

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