一种具有双绕组单铁芯的测温装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种具有双绕组单铁芯的测温装置，线圈与铁芯之间通过电磁耦合建立联系，根据线圈的电压电流信息间接获得铁芯的导磁特性信息，利用不同温度下铁磁材料导磁能力变化的特征，通过识别这些特征的变化进行温度的测量。本实用新型专利技术可以实现接触式和非接触式温度的测量，实现温度的精确可靠测量，避免了使用传统温度探头与待测温物体之间无法直接接触以及由于隔离材料等导致的温度衰减和测量误差。本实用新型专利技术提供了一种新型的温度测量装置，不仅可以应用于工业中，也可以应用于民生领域，如电饭煲、电磁炉等加热电器的温度测量与控制。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于温度感知测量
，具体涉及一种具有双绕组单铁芯的测温装置。
技术介绍
温度作为一个非常重要的指标参数，在工业、医疗、军事和生活等许多领域，都需要用到测温装置来监测温度，温度的测量监测已经成为各行各业进行安全生产和减少损失采取的重要措施之一。在工业制造中，许多加工环节需要在不同温度下进行，并且对温度的精准度有明确的要求，常用的测温技术有热电耦测温、热敏电阻测温、半导体测温、光纤测温、红外测温以及无线测温技术。传统的接触测温方式中,中低温通常采用热电阻测量，在高温测量环境下主要采用热电偶,廉金属热电偶主要用于1300℃以下的温度测量,1300℃以上高温温度传感器主要为铂、铑等贵金属材料制作的热电偶和钨铼热电偶。导磁物质由许多微观的磁畴组成，在低温时，铁氧体、硅钢片、电工纯铁等铁磁材料的磁畴磁矩排列有序，磁导率较高，随着温度的上升，金属原子热运动加剧，使磁畴磁矩排列逐渐变得无序，磁导率减小，当温度继续上升至居里温度附近，由于高温下原子的剧烈运动，磁畴磁矩的排列混乱无序，整体呈现为失去磁性。对于非晶合金而言，在温度变化过程中呈现复杂的磁特性变化。《非晶合金J-A模型修正》（电机与控制学报[J]，2014年第7期，李超）中通过对多种铁磁材料的实验研究，证明磁导率会随温度变化，以其温度特性的不同可以将铁磁材料分为两类：①硅钢片、坡莫合金、电工纯铁和铁氧体等；②纳米晶和非晶合金。以硅钢片和非晶合金为例，其最大磁导率的温度特性曲线如图1所示，其中电工纯铁102、硅钢片103的最大磁导率随着温度的上升而减小，到达居里温度附近时，磁导率快速降低直至接近于零。而非晶合金101的最大磁导率的温度特性较复杂，随着温度的上升，非晶合金磁导率增大，上升至一定温度后磁导率达到最大值，定义此温度为Tb，随着温度的继续上升，磁导率减小，到达居里温度Tc附近时，磁导率急剧下降，直至接近于零。《J-A模型误差修正和温度特性仿真》（电工技术学报[J]，2014年第9期，李超等）中采用新日铁生产的冷轧有取向硅钢片（型号Z110）进行实验验证，硅钢片厚度为0.23mm，闭合磁环内半径40mm，外半径70mm，宽度为40mm，通过对硅钢片磁环的BH实际测量，得到随温度变化的极限磁滞回线如图2所示，发现随温度的上升，饱和磁化强度减小、矫顽力减小、剩磁减小、矫顽力点/剩磁点斜率增大。
技术实现思路
本技术提供了一种具有双绕组单铁芯的测温装置，利用不同温度下铁磁材料导磁能力变化的特征，通过识别这些特征的变化进行温度的测量，选择合适的导磁材料以及测温量程，使得导磁材料的磁导率在此测温量程区间内具有随温度而单向变化的特征，即随着温度的变化磁导率进行单向的增大或减小，本技术利用这个特征，通过建立温度与导磁能力二者的数据关系并进行量化标定，然后根据导磁能力的变化特征间接获得温度数据，实现温度测量。测温装置的组成包括温度测量系统、直流电源系统、交流电源系统、直流绕组线圈、交流绕组线圈以及具有闭合磁回路的铁芯，其中直流电源系统与直流绕组线圈连接，交流电源系统与交流绕组线圈连接，直流绕组线圈、交流绕组线圈缠绕在铁芯的外侧，直流电源系统、交流电源系统与温度测量系统连接。测温方法包括以下步骤：第一步：将测温装置与待测温物体表面紧密接触；第二步：将直流电源系统与直流绕组线圈连接，交流电源系统与交流绕组线圈连接；第三步：温度测量系统控制直流电源系统、交流电源系统输出的电压、电流并获得电压电流的实时采样数据；第四步：温度测量系统根据电压电流的实时采样数据，识别铁芯导磁能力的变化，实时计算出当前的铁芯温度。识别铁芯导磁能力的变化通过计算BH曲线的不对称度、测量偏磁直流Idc以及交流电压Uac的变化实现。根据绕组线圈与铁芯的空间位置，测温方法具体可分为接触式测量和非接触式测量。接触式测量中绕组线圈直接绕在铁芯上，待测温物体与无线圈缠绕的局部铁芯紧密接触，或将铁芯与待测温物体紧密接触后，线圈绕制在铁芯与待测温物体的外侧，接触式测量中铁芯的局部或测温装置整体与待测温物体表面紧密接触，绕组与铁芯之间一起承受待测温物体的温度。非接触式测量中将铁芯与待测温物体紧密接触后，线圈缠绕在铁芯与待测温物体的外侧，铁芯承受待测温物体的温度，铁芯以及待测温物体与绕组线圈之间通过填充物进行充分的电、热的绝缘以及隔离，其中绕组与待测温物体不直接接触。或将线圈经过充分的电、热的绝缘以及隔离后缠绕在铁芯上，待测温物体与无线圈缠绕的局部铁芯紧密接触，绕组不与铁芯一起承受待测温物体的温度。通过计算BH曲线的不对称度测量温度的具体步骤如下：第一步：对交流绕组线圈两端的交流电压Uac和流过的励磁电流Iexc进行高速数字采样，将波动的电压和电流转换为表征其变化过程的采样数据序列，对电压数据序列进行积分处理后得到的B_one_wave序列，将其作为磁感应强度B的变化，电流数据作为H_one_wave序列表现磁场强度H的变化，分别以B、H为纵、横坐标轴，逐点绘制，重构出BH曲线。第二步：分别找出BH曲线的B、H轴方向的极大值、极小值以及新的中心点，以新的中心点为原点构建新的参考坐标系将BH曲线分割为四个象限，然后分别求出在新坐标系中第一象限、第三两个象限内极值点与坐标轴形成的矩形面积，计算得出表征BH曲线特征的BH曲线不对称度k_asy。第三步：根据计算出的BH曲线不对称度k_asy，通过查找比对BH不对称度-温度的关系曲线即可获得当前铁芯的温度。通过测量偏磁直流Idc实现温度测量的具体步骤如下：交流电源系统中的交流电压Uac固定，调控直流电源系统的电压Udc，改变直流绕组线圈中的偏磁直流Idc大小从而让铁芯逐渐进入偏磁后的单侧饱和工作状态，随着直流偏磁场的增大，铁芯的磁滞回线逐渐进入单侧饱和区域回环，交流绕组线圈中的励磁电流Iexc也逐渐增大，通过调整偏磁直流Idc的大小，直流绕组线圈中的励磁电流Iexc将随之改变，不断增大偏磁直流Idc，直到励磁电流Iexc的峰值达到某个设定值，此时停止调整偏磁直流Idc，由于不同温度下铁芯的导磁能力存在差异，根据此时的直流偏磁电流Idc大小，通过偏磁直流-温度的关系曲线即可获得当前铁芯的温度数据。通过测量交流电压Uac实现温度测量的具体步骤如下：直流电源系统控制直流绕组线圈中的偏磁直流Idc固定不变，从而保持铁芯中的直流偏磁恒定，通过改变交流电源系统中的交流电压Uac，让铁芯进入偏磁后的单侧饱和工作状态，随着交流绕组线圈两端交流电压Uac的改变，交流绕组线圈中的励磁电流Iexc也会发生改变，通过调整交流电压Uac的大小，直到交流绕组线圈中的励磁电流Iexc的峰值达到某个设定值，此时停止调整交流电压Uac，由于不同温度下铁芯的导磁能力存在差异，通过交流电压-温度的关系曲线即可获得当前铁芯的温度数据。通过测量偏磁直流Idc、交流电压Uac实现温度测量的具体步骤如下：通过不断调整偏磁直流Idc或交流电压Uac，改变BH曲线的不对称度，直至不对称度稳定在某一个设定的目标数值，然后使用偏磁直流-温度、交流电压-温度的关系曲线，通过查找比对获得当前铁芯的温度。有益效果本技术可以实现接触式和非接触式温度的测量，提供了一种具有双绕组单铁心的测温装置，实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有双绕组单铁芯的测温装置，其特征在于，测温装置的组成包括温度测量系统、直流电源系统、交流电源系统、直流绕组线圈、交流绕组线圈以及具有闭合磁回路的铁芯，其中直流电源系统与直流绕组线圈连接，交流电源系统与交流绕组线圈连接，直流绕组线圈、交流绕组线圈缠绕在铁芯的外侧，直流电源系统、交流电源系统与温度测量系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有双绕组单铁芯的测温装置，其特征在于，测温装置的组成包括温度测量系统、直流电源系统、交流电源系统、直流绕组线圈、交流绕组线圈以及具有闭合磁回路的铁芯，其中直流电源系统与直流绕组线圈连接，交流电源系统与交流绕组线圈连接，直流绕组线圈、交流绕组线圈缠绕在铁芯的外侧，直流电源系统、交流电源系统与温度测量系统连接。2.如权利要求1所述的一种具有双绕组单铁芯的测温装置，其特征在于，根据绕组线圈与铁芯的空间位置，测温装置具体可分为接触式测量和非接触式测量。3.如权利要求1所述的一种具有双绕组单铁芯的测温装置，其特征在于，接触式测量中绕组线圈直接绕在铁芯上，待测温物体与无线圈缠绕的局部铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐晓蓉，卢庆港，
申请(专利权)人：卢庆港，
类型：新型
国别省市：江苏;32