[发明专利]使用温度平衡的温度传感器的系统和方法

说明书

技术领域

本文描述的主题大体上涉及感测装置，更特别的，涉及增加温度测量准确度的装置和方法。

背景技术

用于测量温度的感测装置或探头(例如电阻温度装置(RTD)等)在本领域中一般是已知的。这类探头中的大部分具有相当大的热容量，并且通过它们的结构向周围环境释放热量。在探头与正测量其的温度的物体或表面(这里称为未知物或待测物体)接触时这可产生问题。

例如，尝试测量未知物的温度的探头典型地处于与该未知物不同的温度，例如室温。当该探头与待测物体接触时这产生热传递的问题。因为该探头处于与该未知物不同的温度，当这两者接触时探头实际上改变该未知物的温度。因此，该探头可严重地干扰该未知物的温度以致于不能检测该未知物的准确温度。

当使用已知装置或者探头测量温度时，它必须与待测物体紧密热接触(低热阻)。相反地，待测物体必须具有与探头之间的低热阻。待测物体必须具有某个容量的热源或者散热器(sink)以向探头供应或者/从探头移除热能，使探头温度与待测物体温度一致，并维持该温度下从探头的能量损失。如果这些条件不能满足，探头将会冷却或者加热待测物体，改变待测物体的温度并导致测量误差。

为了测量具有高热阻的未知物的温度，典型地使用非接触方法。一般地，非接触方法使用由IR传感器(通常物理上远离未知物)检测的来自未知物的红外(IR)辐射。然而，在使用非接触温度测量装置的情况下，噪声和表面发射率都限制系统准确度。

因此，提供一种可更准确地测量具有高热阻的未知物的温度的感测装置是可取的。提供一种可更准确地测量具有低热阻和不良供热的未知物的温度的感测装置是进一步可取的。另外，提供一种在未知物和感测装置之间存在不良热接触的情况下更准确地测量温度的感测装置是可取的。

发明内容

根据本发明的实施例，用于测量待测物体的温度的温度感测装置包括与该待测物体接触的探头和用于阻止热量向该待测物体传递或从该待测物体传递的部件。该用于阻止热量向待测物体传递或从待测物体传递的部件将热能输送给探头或从探头输送。

在本发明的另一个实施例中，用于测量待测物体的温度的温度感测装置包括探头和用于阻止热量向该待测物体传递或从该待测物体传递的加热/冷却源。该温度感测装置进一步包括热通量传感器。该探头与该加热/冷却源之间的温度差异将驱动热通量通过该热通量传感器。

在本发明的再另一个实施例中，提供了一种用于确定待测物体的温度的方法。该方法包括使探头与该待测物体接触，并且通过使用热能源将热能向探头输送或从探头输送来阻止热量向该待测物体传递或从该待测物体传递。该方法进一步包括基于该探头和该热能源之间的热通量来平衡探头温度和待测物体温度。

附图说明

仅以示例的方式提供的实施例的下列详细说明将参照附图给出，其中：

图1是根据本发明的实施例的与待测物体接触的温度感测装置的示意图。

具体实施方式

本发明的实施例关注用于测量未知物或待测物体的温度的装置和方法。能量，也就是热损失或热增益(thermal gain)，不由该未知物供应给温度感测装置。相反，能量由热能源供应给温度感测装置，该热能源服务于平衡感测装置的温度与未知物的温度。该热能源是用于阻止热量向未知物传递或从未知物传递的部件。在本发明的实施例中，热能源为加热/冷却源。该装置进一步包括耦合于加热/冷却源的热通量传感器。该加热/冷却源将该装置加热或冷却到未知物的温度，从而将由该热通量传感器感测到的热通量降低到零。

在图1中图示，示出根据本发明的实施例的温度感测装置10。温度感测装置10包括温度计元件7，其进而包括温度计显示器1。温度计元件7可包括如本领域内已知的电阻温度装置(RTD)。温度计7还可是热电偶、热敏电阻或其他在期望温度范围中工作而具有期望准确度的温度传感器。温度计7配置成测量在图1中示为加热/冷却源3的热能源的温度。因此温度计7的任何热损失和热容量都由加热/冷却源3供应，而不是由未知温度的物体6供应，未知温度的物体6在本文中也称为未知物或待测物体。

在本发明的实施例中，加热/冷却源3包括珀耳帖(Peltier)热电装置，也称为热电冷却器(TEC)。当加热/冷却源3包括TEC时，可以根据热通量的方向来加热或冷却温度感测装置10。其他具有加热和冷却能力的系统也可包括加热/冷却源3。