[发明专利]一种高精度感温探头

说明书

技术领域

本发明涉及温度探测技术领域，特别是适用于测温精度高、流体温度变化快的测温需求的一种高精度感温探头。

背景技术

温度是表示物体冷热程度的物理量，是工业生产和科学实验中最普遍、最重要的热工参数之一。测量温度方法有接触式测量和非接触式测量之分。接触式测量是选择某一介质与被测物体相接触，并进热交换，两者达到热平衡状态时，通过测量介质的相关物理量（例如液体的体积，热电偶的热电势，导体的电阻等），得到被测物体的物理量参数。在温度探测技术即主要为探头利用技术领域中，探头形式主要有：膨胀类、电阻类、热电类、显色类等，特别是电阻类具有非常广泛的应用。

针对温度这一重要而普遍的参数，人们做了不少探索与创新，但是很多因素制约着温度探测的准确性，例如：传统探头的金属感温探头部分嵌于保护套管内部不与外界直接接触，加之信号传递中的一些外界环境温度干扰，无可避免会产生一定的测量误差；而保护套管与测温介质温度往往不一致，保护套管就会在温差作用下散热或者吸热，从而导致了测量的延时，探测过程反应迟钝；在材料的选择上，套管材料须满足一定的硬度，密封，耐腐蚀等条件，由于材料本身特性，保护套管与感温探头不容易实现连接，连接探头与套管的材料更加挑剔，其需要导热系数小，黏结性也要满足防断裂等工艺要求。

在许多工程领域中对温度测量有较高的要求，例如在地源热泵土壤热响应测试中，地下埋管进出口水温度差可能会低于2K，此时使用传统的测温探头，精度一般在±1K左右，在很多情况下这种温度探头不能准确的测量出进出口水温差，所以这种测温探头不能满足测量要求。除此以外的很多工程领域也存在着类似的情况，所以急需一种精确而廉价的测温探头。 

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度感温探头，其通过隔离方式切断感温探头与保护套管之间的传热联系，同时使感温器件与测温介质直接接触，并同时阻隔信号传递中的干扰源，解决目前温度探测技术中保温套管影响测温精度的问题。

为了达到上述目的，本发明对现有技术中存在的问题作了进一步分析：管道中流体温度的测量，是热工测量中经常遇到的问题，例如管道中水温度的测量。如图为测量装置示意图，在管道中流过温度为t_g的流体，管道周围温度为t₂，如果                                                ，就有热量沿着感受件向外导出，这就是导热损失。由于存在导热损失，感受件的温度t₂比流体温度t_g要低些，即产生了导热误差。（由于保护套管或测温管的直径不大，可假定感受件和其外面的保护套管或测温管的温度一致，都是t_g）。根据传热学原理，可以得到导热误差的关系式为

  

其中；

式中 α1，α2--分别为管内外介质对测温管之间的放热系数；

 λ1，λ2--分别为管内外两端测温管的热导率；

    U1，U2--分别为L1 和L2两段测温管的截面周长；

    L1 ，L2--分别为管内外测温管的长度。

从上式可见：

1）在测温管向外散热或者从外界吸热的影响下，温度测量将会有一定的系统误差；

2）管道中的流体与管外介质的温差越大，测温误差愈大。经计算，当流体温度为5℃管外介质温度为10℃时，测温误差为0.089℃；当流体温度为5℃，管外介质温度为20℃时，测温误差为0.311℃；当流体温度为5℃管外介质温度为30℃时，测温误差为0.533℃；当流体温度为5℃管外介质温度为50℃时，测温误差为0.755℃。可见测温误差随着管道中流体与管外介质温度差的增大而增大，如果感温器件不是粘附在保护套管上，这种误差就会不存在。

综上所述，故本发明采取的技术方案为：一种高精度感温探头，包括探头部分的感温丝，与感温丝连接、用于传递电信号的导线，保护套管，感温丝外部设有探头保护层，感温丝与探头保护层之间设有感温填充材料；导线穿过保护套管内部，导线与保护套管之间设有导线隔热填充材料；探头保护层与保护套管之间通过密封圈连接。

作为本发明的一个改进，一种高精度感温探头中，导线外围设有绝缘保护内层，用以相邻导线间的绝缘防护和信号干扰消除。

作为本发明的另一个改进，一种高精度感温探头中，保护套管和绝缘保护内层之间还设有绝缘保护外层。用以导线与保护套管之间的绝缘防护和信号干扰消除。