热应力测温计制造技术

本发明专利技术公开了一种热应力测温计，为新型温度传感器，其由依次相连的测温探头(5)、放大器(6)、温度显示电路(7)，以及电源(8)组成。本发明专利技术利用具有创新性的物理学测温原理，实现温度大范围，高精度测量，并将所测温度在液晶屏上显示出来，便于观察，具有结实、耐用等优点，特别适用于工业上和实验中各种恶劣情况下温度的测量，根据外壳材料的选取或在外壳上涂抗腐蚀材料，可用于测量各种腐蚀性液体或气体的温度，适用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】
热应力测温计
本专利技术涉及一种温度传感器，尤其指一种以热应力为测温原理的新型热应力测温计。技术背景温度是一个基本的物理量，目前对温度进行测量的温度传感器种类繁多，按照测温原理大致可以分为五类：1)电阻式(半导体热敏电阻、铂电阻、铜电阻等)；2)PN结式(温敏二极管、温敏三极管、温敏闸流管、集成温度传感器等)；3)热电式(热电偶、热释电型温度传感器)；4)辐射式(光学高温计、光电高温计、比色高温计等)；5)其他[电容式(热敏电容)、频率式(石英温度计)、表面波温度传感器、超声波温度传感器等。而新型热应力测温计是利用金属受热时产生热应力，进而形成压力，通过对压力的测量，实现对温度的测量，其测温原理具有创新性。同时该测温计可实现温度的大范围测量，量程-20℃-200℃，结实，耐用，测温精度较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种结实、耐用和测温精度较高的热应力测温计，用于在各种恶劣环境中，测量液体或气体的温度。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本专利技术提供的热应力测温计，其特征是由依次相连的测温探头、放大器、温度显示电路，以及电源组成。所述的测温探头包括压力传感器、内支撑杆、外壳骨架、感温杆，其中：感温杆的一端与内支撑杆接触相连，感温杆的另一端与外壳骨架接触相连；压力传感器由螺钉与外壳骨架固定。本专利技术采用线胀系数大的7075铝合金制作感温杆和内支撑杆，其中：内支撑杆直径30mm，长度150mm；感温杆直径6mm，长度43mm。本专利技术采用补偿法实现对感温杆两端长度的固定约束：当温度上升时，感温杆由于两端固定约束维持原长，对两端固定约束的压力增大，由压力传感器检测；然后通过压力和温度的对应关系，通过温度显示电路将压力转化为温度显示。在安装压力传感器时需添加一定的预加压力将感温杆压紧。所述的温度显示电路由导线相连的电路稳压部分、显示屏、AD转换器和单片机最小系统组成。所述的电路稳压部分由一个开关和一个稳压芯片组成，当开关闭合时，将输入的14.8V电压转换为稳定的5V直流电压，用来给单片机最小系统和LCD1602芯片供电，使其正常工作。所述的AD转换器采用12位AD转换器，用于将模拟信号转换为数字信号。所述的单片机最小系统为控制电路，其由单片机和外围电路组成；所述外围电路包括晶振电路和复位电路；最小系统的VCC电压都由稳压电路输出的5V直流电压提供。所述的压力传感器的技术参数为：量程为2吨，精度为0.1％FS，输入电压为12V，输出电压为0-5V。本专利技术与现有技术相比，具有以下的主要优点：1.测温精度较高：运用热应力的概念和补偿法，将金属受温度变化产生的热应力转化为压力，通过对压力的测量，实现对温度的测量。用热应力测温计进行测温实验，结果表明：可实现温度的大范围测量，量程-20℃-200℃，结实，耐用，测温精度较高，为0.5℃，如果选用外形小巧的压力传感器，该测温计可以设计的更加小巧、轻便，响应时间也会大大的缩短；如果选用更加精密的压力传感器，测温精度可达0.01℃。2.实用性强：可用于测量气体、液体各种对象的温度，根据外壳材料(本设计用的是不锈钢)的选取或在外壳外涂上抗腐蚀材料，可耐酸、碱等的腐蚀，可用于测量各种腐蚀性液体或气体的温度，特别适用于工业上和实验中各种恶劣条件下液体和气体温度的测量，适用范围广泛。附图说明图1是热应力说明图。图2是测温探头立体图。图3是外壳骨架的剖视图。图4是测温探头装配体剖视图。图5(a)是温度显示电路的电路稳压部分。图5(b)是温度显示电路的显示屏电路。图5(c)是温度显示电路的信号转换电路。图5(d)是温度显示电路的控制电路。图6是测温计实物装置图。图7是压力与温度关系图。图中：1.压力传感器，2.内支撑杆，3.外壳骨架，4.感温杆，5.测温探头，6.放大器，7.温度显示电路，8.电源。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步说明，但不限定本专利技术。本专利技术提供的热应力测温计是根据热应力和补偿法的物理原理设计的。热应力指温度改变时，物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力。又称变温应力。假设感温杆的长度为L，温度为T，两端无约束，如图1(a)所示。若对感温杆加热，使其温度增加为T+ΔT，则感温杆会自由膨胀，如图1(b)所示。感温杆的温度变形(伸长)为ΔLT＝αLΔT。(1)式中：α为金属杆AB的线胀系数。若在感温杆右端作用压力FB，金属杆AB因压力FB而缩短ΔLF。并且使ΔLF＝ΔLT。其中：ΔLF＝FBL/(EA(2)E为AB杆的弹性模量，A为AB杆的横截面积。但实际情况如图1(c)所示，由于采用补偿法，感温杆两端固定约束，长度不能变化，即有：ΔLT＝|ΔLF|(3)联立(1)-(3)式，得FB＝EAαΔT，所以当感温杆AB的两端固定时，金属杆的温度升高ΔT，对两个固定端面的压力为F＝FB。在测温探头的设计中，由于金属具有热胀冷缩的性质，若要使感温杆受约束长度不变，就必须考虑当温度变化时，内支撑杆和外壳骨架的长度会发生变化，同时还要考虑感温杆对两端固定约束的压力也会随温度变化，而此压力变化会引起内支撑杆和外壳骨架的长度变化。综合考虑以上两个因素，在动态变化过程中，可以利用补偿法始终维持感温杆受约束长度几乎不变。设定内支撑杆长度Lin＝150mm，外壳骨架长度Lout＝218mm。所述测温探头5的结构如图2、图3、图4所示，包括压力传感器1、内支撑杆2(简称内杆)、外壳骨架3、感温杆4，各部件的材料特性如表1所示。感温杆4的上端与内杆接触，感温杆4的下端与外壳骨架3接触。压力传感器由8个螺钉与外壳骨架固定。在安装压力传感器时需添加一定的预加应力将感温杆压紧。如图3、图4所示，选择线胀系数大的7075铝合金作为感温杆和内杆，且内杆直径30mm，长度150mm，感温杆直径6mm，长度43mm；或者依据实际情况而定。当温度上升时，感温杆原本要伸长，但是由于内杆和外壳骨架的约束作用，感温杆维持原长，对感温杆两端固定约束的压力增大，由上部的压力传感器检测。然后通过压力和温度的对应关系，通过温度显示电路将压力转化为温度显示。外壳骨架和内杆的设计即利用了补偿法。所述压力传感器1的量程为2吨，精度为0.1％FS，输入电压为12V，输出电压为0-5V。所述温度显示电路如图5所示，由导线相连的电路稳压部分、显示屏、AD转换器和单片机最小系统组成。所述的电路稳压部分，用于将14.8V电压转变为稳定的5V直流电源。该电路稳压部分如图5中(a)所示，由一个开关和一个稳压芯片U3(采用稳压芯片7805)组成，当开关闭合时，将输入的14.8V电压转换为稳定的5V直流电压，用来给单片机最小系统和LCD1602芯片供电，使其正常工作。所述的显示屏采用LCD1602显示屏，如图5中(b)所示，用于显示所测量的温度。所述的AD转换器，采用12位AD转换器，如图5中(c)所示，用于将模拟信号转换为数字信号。U2型号为TLC2543。所述的单片机最小系统为控制电路，如图5中(d)所示，该控制电路由单片机和外围电路组成。所述外围电路包括晶振电路和复位电路，最小系统的VCC电压都由稳压电路输出的5V直流电压提供。U1型号为STC89C51。如图6所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热应力测温计，其特征是由依次相连的测温探头(5)、放大器(6)、温度显示电路(7)，以及电源(8)组成。

【技术特征摘要】
1.一种热应力测温计，其特征是由依次相连的测温探头(5)、放大器(6)、温度显示电路(7)，以及电源(8)组成。2.根据权利要求1所述的热应力测温计，其特征在于所述的测温探头(5)包括压力传感器(1)、内支撑杆(2)、外壳骨架(3)、感温杆(4)，其中：感温杆(4)的一端与内支撑杆(2)接触相连，感温杆(4)的另一端与外壳骨架(3)接触相连；压力传感器(1)由螺钉与外壳骨架(3)固定。3.根据权利要求2所述的热应力测温计，其特征是采用线胀系数大的7075铝合金制作感温杆(4)和内支撑杆(2)，其中：内支撑杆(2)直径30mm，长度150mm；感温杆(4)直径6mm，长度43mm。4.根据权利要求2所述的热应力测温计，其特征是采用补偿法实现对感温杆(4)两端长度的固定约束：当温度上升时，感温杆(4)由于两端固定约束维持原长，对两端固定约束的压力增大，由压力传感器(1)检测；然后通过压力和温度的对应关系，通过温度显示电路将压力转化为温度显示。5.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔维高，何少文，杨晓菊，涂进进，张良安，代真，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42