[发明专利]具有快速响应时间的温度探测器

说明书

本发明涉及温度探测器，尤其是那些测量相对其流动的流体温度的温度探测器。

在本发明中，温度探测器包括一个或多个叶片，该叶片大致沿着传感器的整个每感长度与该传感器热耦合。设置该叶片，是为了增强传感器与相对于探测器流动的流体间的对流换热，并促进流体的层流。该探测器还包括带腔的外壳，该腔具有腔轴;该外壳输送至少一部分沿腔轴流动的流体。叶片设在腔中，在一较佳实施例中与一管连接，而传感器就位于该管中。叶片通过增大传感器的有效表面积/质量比来增强对流换热，从而加快传感器对瞬变流动状态的响应时间。在一较佳实施例中，叶片沿叶片内边附到管上并有与叶片的内缘成锐角的叶片后缘。

图1是本发明的温度探测器的部分剖视侧视图;

图2是图1的温度探测器子组件的部分剖视立体图;

图3是本发明的温度探测器子组件的另一实施例的一部分的部分剖视侧视图。

图4是沿图2中4-4线取的端视图;

图5是沿图3中5-5线取的端视图;

图6是图1的温度探测器的另一实施例的示图。

在图1中，温度探测器10测量由12总括表示的流体的温度。最好，探测器10装在航空远载器上并测量空气的温度。探测器10包括外壳14，该外壳有一个大体上为圆柱形并沿着腔轴18-18对中的腔16。流体进入外壳14上的开口20，然后至少一部分流体大致沿箭头22进入腔16。另一部分流体，连同可能会有的杂质（如水滴）经孔24通过外壳。还有一部分流体流过眼26，以减小不希望的边界层效应。用于本发明的较佳外壳的这种及其他种形状在美国专利2，970，475中进行了披露;该专利在此被引作对比文件。

流体12在其速度被外壳14减小时，经历了绝热加热。加热的流体至少部分地沿腔轴18流入腔16中，并遇到包括与传感器30相热耦合的叶片28的探测器子组件50。探测器子组件50最好还包括管32和辐射罩34。在本发明的加固的实施例中，传感器30最好装在管32中，管32是封闭的以保护传感器免受腐或其他有害影响。一些加热的流体流入辐射罩34内，该罩为一与叶片28和管32相接触的端部开口的部件。该流体随后流经位于探测器子组件较低部分的孔36，并通过腔16中的孔38再经孔40流出探测器10。加热的流体的其余部分从辐射罩34和腔壁17之间流过，通过孔38再从孔40流出探测器10。

根据本发明，流体不仅直接地或经管32、而且还通过叶片28向传感器30传热。叶片28的作用是增大传感器30暴露给流体的有效表面，从而增强传感器与流体的热耦合。这种增强的热耦合改善了传感器的时间响应，并减小了如管导热（stem    conduction）或辐射传热这样的竟争热效应造成的误差。

叶片28最好由高导热性材料如铜制成，并大致沿传感器30的整个敏感长度L（见图2）与传感器30热耦合。若由铜制成，叶片28最好还包括耐腐蚀材料（如镍）的薄覆盖层，以防止铜的剥蚀。叶片28也要足够薄，以至附加的叶片质量对探测器的影响（趋向于放慢探测器时间响应）小于附加的叶片表面积的影响（趋向于加快探测器时间响应），以产生对流体温度变化的探测器时间响应的净加快。叶片28最好为大致平面状态，并与腔轴18对准，其理由将在下面讨论。

图2显示了图1的温度探测器子组件50的放大图。尽管每一叶片28沿整个叶片长度与流体接触，从流体到叶片或反之的热交换主要发生在各叶片的叶片前缘28a。相对讲，发生在叶片后缘28b的热交换相对较小。因此，叶片后缘28b最好与叶片内缘28c成锐角，而叶片28沿内缘28c附在管32上。这种角度能使叶片质量减小，但却保持了基本上沿传感器30的整个长度L从叶片前缘28a经叶片28至传感器30的热传导。

传感器30有热响应特性和敏感长度L。最好，传感器30是一种电阻性温度器件（RTD），它由绕在高阻材料（如氧化铝）的圆柱体上的一段铂丝组成。在此情况下，热响应特性为RTD的电阻，且探测器10包括把传感器经线44连到电路装置42的引线31，而装置42用于测量RTD的电阻并由此提供一个为电阻函数的输出46。表示腔16中的流体温度的输出46可被用于闭环控制系统或显示在指示器48上。在其他实施例中，如在图6中，传感器30a包括其他已知温度传感器，如热电偶或一些发光材料。

温度探测器10最好还含有包围管32和叶片28的辐射罩34。沿辐射罩34的内和外表面流动的流体，以与叶片28、管32及最终到传感器30相同的方式，对罩34进行加热或冷却。在某些场合，罩34达到的温度虽然与传感器30的温度足够相近以致罩34能有效地屏蔽热辐射，但它仍与传感器温度有偏差。