一种快速响应热电偶热响应时间的测试系统技术方案

本实用新型专利技术揭示了一种快速响应热电偶热响应时间的测试系统。由单片机、电子开关、激光器、热电偶、冰水浴容器、高速数据采集器、计算机组成；所述单片机电连接电子开关，所述电子开关电连接激光器，所述热电偶有两个端头,分别是测量端和参考端，所述激光器照射热电偶的测量端，所述热电偶的参考端放入所述冰水浴容器内进行冰水浴，热电偶测量端的一条线连接所述高速数据采集器的正接线柱，所述热电偶参考端的一条线连接所述高速数据采集器的负接线柱，所述计算机连接所述高速数据采集器。该测试系统对热电偶的热响应时间进行测量，结果准确可靠、设备简单，实用性较好。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于热电偶测试
，尤其是涉及一种快速响应热电偶热响应时间的测试系统。
技术介绍
热电偶传感器结构简单、价格便宜、测量范围广，被广泛应用在工业生产中。普通热电偶热响应时间一般都在2s以上，难以满足特定工况下对瞬态温度的要求。快速响应的热电偶热响应时间很短，达ms量级或μs量级，能满足瞬态温度测量要求。热响应时间表征热电偶的灵敏度，是热电偶一个很重要的指标。JB/T9238-1999中规定热响应时间或时间常数是指在温度出现阶跃变化时，热电偶或热电阻的输出变化至相当于该阶跃变化的50％所需的时间,而国际上现在通用温度阶跃变化的63.2％所需的时间。热电偶的热响应时间测试常用投入法、热风洞法、电加热法、激波管法、激光调制法等，各有优缺点。如投入法由于人手反应慢，对具有较小热响应时间的热电偶测量时不适用；热风洞法设备复杂、使用费用昂贵、输入信号并不是理想的阶跃信号，对小惯性热电偶进行校准时，会产生较大的误差；电加热法也同样具有上述问题；激波管法在产生温度阶跃后保持的时间短，不能使热电偶输出响应达到稳态，故也无法得到可靠的时间常数值；激光调制法由于其性能优良，对毫秒及亚毫秒量级热电偶的热响应时间测量结果好，不足的是整套设备复杂、昂贵，不便于广泛使用。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题，本技术的目的在于提出一种快速响应热电偶热响应时间的测试系统。为实现上述技术目的，本技术采用如下技术方案予以实现:一种快速响应热电偶热响应时间的测试系统，由单片机、电子开关、激光器、热电偶、冰水浴容器、高速数据采集器、计算机组成；所述单片机电连接电子开关，所述电子开关电连接激光器，所述热电偶有两个端头，分别是测量端和参考端，所述激光器照射热电偶的测量端，所述热电偶的参考端放入所述冰水浴容器内进行冰水浴，热电偶测量端的一条线连接所述高速数据采集器的正接线柱，所述热电偶参考端的一条线连接所述高速数据采集器的负接线柱，所述计算机连接所述高速数据采集器。优选的，所述的单片机是8051系列单片机。优选的，所述的电子开关是功率场效应管。优选的，所述的激光器为一波长为650nm的红光激光器。优选的，所述热电偶是指直径在10～50μm的微细丝热电偶。本技术的有益效果是：1、本测试系统对热电偶的热响应时间进行测量，结果准确可靠、设备简单，实用性较好，对于解决热电偶的热响应时间的测量问题具有较大的实用价值。2、本测试系统利用单片机、电子开关、红外激光器可获得理想的正、负阶跃温度。丹麦B&K公司的型号为3560C的高速数据采集器集滤波与放大功能于一身，可直接用于热电偶测温，不用再单独设计放大电路和滤波电路，因此可快速准确采集到实验的热电势值，测试的热响应时间可达到ms级。附图说明图1是热电偶的热响应时间的测试系统示意图。图2是测试得到的热电偶的热电势对阶跃温度的响应曲线。图3是图2中Ⅰ段的放大图。其中：1-单片机；2-电子开关；3-激光器；4-热电偶；5-冰水浴容器；6-高速数据采集器；7-计算机。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明：如图1至图3所示，本技术实施例提供的一种快速响应热电偶热响应时间的测试系统，由单片机1、电子开关2、激光器3、热电偶4、冰水浴容器5、高速数据采集器6、计算机7组成。所述单片机1电连接电子开关2，所述电子开关2电连接激光器3，所述热电偶4有两个端头，分别是测量端和参考端，所述激光器3照射热电偶4的测量端，所述热电偶4的参考端放入所述冰水浴容器5内进行冰水浴，热电偶4测量端的一条线连接所述高速数据采集器6的正接线柱，所述热电偶4参考端的一条线连接所述高速数据采集器6的负接线柱，所述计算机7连接所述高速数据采集器6。所述的单片机1是8051系列单片机。所述的电子开关2是功率场效应管，其响应速度在5μs之内。所述的激光器3是采用一波长为650nm的小功率普通红光激光器，产生激励热源。所述热电偶4是直径为10～50μm的极微细纯铜丝和康铜丝焊接的热电偶。所述的冰水浴容器5内装有冰和水混合物，温度为0℃。所述的高速数据采集器6是集滤波与放大功能于一身的丹麦B&K公司生产的型号为3560C的高速数据采集器，其采样频率最大可达到25.6KHz，不用再单独设计放大电路和滤波电路。所述的计算机7是普通计算机，普通计算机内安装高速数据采集器自带的7700平台软件，能进行数据处理。电子开关2的作用：利用单片机1控制输出高电平时，电子开关2断开，激光器3不工作；输出为低电平时，电子开关2闭合，激光器3立即工作。为了记录热电偶4在产生阶跃温度前的初始温度信号，单片机1在输出低电平之前，持续输出一段高电平。因此在单片机1开始工作之前先开启高速数据采集器6记录初始温度信号，然后开启单片机1控制电子开关2闭合让激光器3立即工作，高速数据采集器6连续采集热电偶4从初始温度开始到产生阶跃温度后整个过程的响应信号。此外，激光器3加热的终止时间应为热电偶4热响应时间的5倍以上。该测试系统工作过程是：在实验开始前，首先将已静态标定好的热电偶4置于稳定的室温气流中，对激光调焦，使其焦点恰好对准热电偶4测量端并固定，然后将热电偶4另一端置于冰水浴容器5中作为参考端。先后开启高速数据采集器6和单片机1电源，通过高速数据采集器6记录热电偶4在升、降温过程中对阶跃温度的热电势响应信号，在计算机7上处理数据获得热电偶4对阶跃温度的响应曲线，进而得到其热响应时间。如图2所示，图2是测试得到的一条快速响应热电偶4热电势对阶跃温度的响应曲线，图中U代表热电势，t代表测试时间。热电势随时间的变化响应曲线可分为3个阶段：上升段Ⅰ为加热阶段、水平段Ⅱ为动态热平衡阶段、下降段Ⅲ为冷却阶段。图3是图2中上升段Ⅰ的放大图，根据图形数据，波形电压幅值为13.8mv，对应的阶跃温度达到318℃，从得到的响应曲线上可直接读出热电偶4指示温度与初始温度之差达到温度阶跃的63.2％所需的时间，该热电偶4的热响应时间约为118.8ms。同理，在下降段Ⅲ产生负温度阶跃时热电偶4的热响应时间约为115.2ms。则该热电偶4的平均热响应时间约为117ms。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速响应热电偶热响应时间的测试系统，其特征在于：由单片机、电子开关、激光器、热电偶、冰水浴容器、高速数据采集器、计算机组成；所述单片机电连接电子开关；所述电子开关电连接激光器；所述热电偶有两个端头,分别是测量端和参考端；所述激光器照射热电偶的测量端，所述热电偶的参考端放入所述冰水浴容器内进行冰水浴，热电偶测量端的一条线连接所述高速数据采集器的正接线柱，所述热电偶参考端的一条线连接所述高速数据采集器的负接线柱，所述计算机连接所述高速数据采集器。

【技术特征摘要】
1.一种快速响应热电偶热响应时间的测试系统，其特征在于：由单片机、电子开关、激光器、热电偶、冰水浴容器、高速数据采集器、计算机组成；所述单片机电连接电子开关；所述电子开关电连接激光器；所述热电偶有两个端头,分别是测量端和参考端；所述激光器照射热电偶的测量端，所述热电偶的参考端放入所述冰水浴容器内进行冰水浴，热电偶测量端的一条线连接所述高速数据采集器的正接线柱，所述热电偶参考端的一条线连接所述高速数据采集器的负接线柱，所述计算机连接所述高速数据采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立新，王良璧，谢建斌，杨智伟，姜爱雄，周富涛，管厚兵，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：新型
国别省市：甘肃;62