专利名称：一种快速热电偶的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种快速热电偶，是具有高动态热电变化率的温度传感器，它用于温度检测以及火焰熄火的快速热电保护。
背景技术：
目前，公知的热电偶有一个热端，它由正热电势偶丝(下简称正丝)和负热电势偶丝(下简称负丝)的端头进行焊接而成，两偶丝的另一端即为冷端，两个冷端焊有补偿导线或输出线。输出到测量电路或电磁阀上的总电势是这4根导体的热电势和3个焊点的接触电势的代数和。热电偶的热端接受火焰的高温后，经输出线向电磁阀供给电流，使电磁阀开阀通气，当意外熄火时，热电势逐渐变小，电磁阀线圈电流消失，便恢复到常闭状态，从而起到安全保护作用。不过，由于热电偶都具有质量，不可能及时响应温度的变化。当前的技术标准CJ/T28-2003规定开阀时间小于45秒闭阀时间小于60秒，这个时间太长，对大功率燃具，这样的保护有危险。我们对热电熄火保护分析一下。为了快速开启电磁阀，必须加大热电势的幅值及其上升变化率，所以，一般采用贝塞尔系数最大的E分度偶丝，即镍铬一康铜偶丝，且偶丝的长度要大些。而为了快速关闭电磁阀，必须减小热电势的幅值，下降的变化率仍要加大。可见，开启和关闭电磁阀都要求大的热电势变化率而对其幅值的要求却是相反的。我们被迫两者都要照顾，折衷的结果，使热电保护的电磁阀开启和关闭时间一直不理想，都太长。市场上有一种改进型热电偶，其头部的锥形衬套为正丝，锥形衬套的尖端与负丝焊接，形成热端，锥形衬套的粗端便成了一个冷端，粗端与一个长导电衬套压配合。负丝的另一端焊一个正丝，它们的焊点就是一个次温端。正丝后面再焊一根输出导线。使用这种改进热电偶，阀门的保护速度加快。但是这种热电偶的具有不足之处由于其锥形衬套应耐热，故是用镍铬不锈钢的正丝(其正贝塞尔系数较低)。则工作端就必焊有另一个负丝，一般用E分度的康铜，其负贝塞尔系数高。因其热端到次热端使用了贝塞尔系数大的负丝。为了不过多损失热端的热电势，该负丝不应太短，否则要付出限制上升热电势的幅值及其变化率的代价，会反而使阀门的开启性能有所降低。这样，次热端温度就不会更高些，加上该负丝之后必焊上贝塞尔系数小的正丝，结果补偿的反向电势较小，也就限制了次温端的补偿作用不会太强，造成闭阀时间不会太短。上述所有偶丝和接点都不裸露，是封闭在绝缘套管和导电衬套里的。整体热惯性大，散热不良，会降低热电势的变化率，也影响效果。
发明内容针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本实用新型目的在于提供一种响应速度快的快速热电偶。实现上述实用新型目的的技术方案是一种快速热电偶，有一个热端A，该热端由正丝和负丝负丝的端头进行焊接而成，所述热端A的正丝的另一端焊有与该正丝匹配的另一负丝，焊点成为次热端B ;所述热端A的负丝的另一端焊有与该负丝匹配的另一正丝，焊点成为另一次热端C ;且所述另一负丝的另一端为冷端D，所述另一正丝的另一端也为冷端D ;且两个冷端D分别焊有一个热电势的输出线。所述输出线为普通良导体 。所述热端A安装在热源处，而次热端B安装在接近热源但温度低于热端之处。所述热端A的质量较小，即热响应迅速，而次热端B和另一次热端C的质量较大即热响应缓慢。所述正丝和负丝的截面积 < 另一负丝和另一正丝的截面积。所述正丝是耐热的偶丝，裸露时其截面为矩形或圆形，截面宽度大于等于负丝的直径。在两个冷端附近用耐热的绝缘子固定两根输出线。本实用新型还提供了另一种实施方式，一种快速热电偶，有一个热端A，该热端由正丝和负丝的端头进行焊接而成，所述热端A的正丝的另一端焊有另一负丝，所述另一负丝和负丝均具有一个冷端D，两个冷端D分别焊有一个热电势的输出线。所述在两个冷端D附近用耐热的绝缘子固定两根输出线。本实用新型的快速热电偶与现的技术相比，具有以下有益效果本实用新型的快速热电偶可使热电偶发挥极好的动态响应性能，可驱动电磁阀门在几秒甚至I秒很快开启或关闭。据此，热电保护可扩大到大功率燃烧器使用。另外，安装调节方便，成本低。
图I是一种具有两个次热端的全裸超调热电偶的侧视图。图2是一种具有一个次热端的全裸超调热电偶的侧视图。图3是一种具有一个次热端的半裸超调热电偶的侧向切面视图。图4是一种具有两个次热端的半裸超调热电偶的侧向切面视图。图5是热电偶E = f(t)(热电势随时间变化)的示意曲线。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的快速热电偶做进一步的详细说明。图I是一种具有两个次热端的全裸超调热电偶的侧视图。由图I可见，热电偶有一个热端A，它由正热电势偶丝2和负热电势偶丝3的端头进行焊接而成，正丝2和负丝3的另两端分别焊有与其相匹配的负丝I和正丝4，其焊点成为两个次热端B和C，有两个次热端，反向电势更强。负丝I和正丝4的另一端为冷端D，它们由耐热绝缘子9中穿过。负丝I的D端焊有热电势的输出线5。正丝2是耐热的偶丝，截面为矩形、弧形或圆形，截面宽度>负丝3的直径。这个措施是为了给工作端及其康铜一类负偶丝配置一个耐热挡火板，延长使用寿命。M— N截面示例的是弧形截面，在整体快速热电偶外表层设有绝缘层9。图2是一种具有一个次热端的全裸超调热电偶的侧视图。由图2可见，它与图I比较，省去了次热端C，而保留一个次热端B，其设计与公知相反，是在正丝2的另一端焊有一根负丝1，也就是，这时具有冷端D的两个偶丝I和3都是大塞贝尔系数的负丝，而共用的偶丝2是耐热正丝，其塞贝尔系数小，所以它可以短些，影响较小，故次温端的温度可更接近热端的温度。可见，这种布局，形成了由热端和次热端表征的两个热电偶，它们都是高输出的基本型热电偶。根据中间导体定律叠加，可以得到较高预想效果稳态热电势幅值在有裕度的前提下可补偿到最小，而动态上升和下降的热电势超调量可成倍加大，得到很高的变化率，故也能使阀门开启和关闭时间也可大大缩短。这里示例的是，输出线5是两根直线，正丝2和负丝3都是园形截面。图3是一种具有一个次热端的半裸超调热电偶的侧向剖面视图。只有次热端B和负丝I是裸露的半裸露式的结构中，其热端A及偶丝3装在耐热的锥形衬套6里，该衬套同时具有正丝2的功能。这时，负丝I的一端与锥形衬套焊接形成次热端B，负丝I的另一端焊在导电衬套8上。超调热电偶的其它部分套有绝缘物7，再从导电衬套中穿出。负丝I有I' 3个，它们的结构相同，这里采用两个，所以实际次热端B是两点并联的。有一根输出 线焊在衬套的末端，另一根焊在正丝4上。这种半裸结构热电偶的次热端B和负丝I裸露，散热好，也有热响应速度快和动态超调大的优点。而安装方式与普通热电偶相同。图4是一种具有两个次热端的半裸超调热电偶的侧向切面视图。他与图3的区别只是在负丝3和输出线5之间焊入正丝4，两个次热端补偿作用更强。图I一图4所表示的4种超调热电偶有几点相同的结构特点,统一说明如下将裸露次热端B的安装位置接近热源并面对热辐射。这有助于提高次热端的温度，加大热电势补偿效率。热端A处的热容量小，即热响应迅速，而次热端B处或C处的热容量较大，即热响应稍缓慢——热惯性稍大。于是能产生适当的传热延迟，形成较大超调量。偶丝2和偶丝3的截面积<偶丝I和4的截面积。也对提高热响应速度、产生适当的传热延迟有益。裸露式结构的正丝2是耐热的偶丝，截面为矩形、弧形或圆形，截面宽度彡负丝3的直径。这个措施是为了给工作端及其康铜一类负偶丝配置一个耐热挡火板，延长使用寿命。热电势的输出线5的电阻为毫欧级良导体，长度宜短，其截面积>偶丝的截面积。由于热电偶的热电势为毫伏级，很弱，其能量宝贵。降低包括输出线在内的热电偶内阻，才能保证这个电源有较高输出功率，降低内耗。输出到测量电路或电磁阀门上的总电势是这些导体的热电势和焊点的接触电势的代数和，其中正丝和负丝的热电势占主要部分。图5是热电偶E = f(t)(热电势随时间变化)示意曲线。图中曲线I 超调热电偶E = f(t)曲线曲线2 市面出售的改进型热电偶E = f(t)曲线曲线3 普通热电偶E = f(t)曲线+AE 超调热电偶的上升热电势超调量- AE 超调热电偶热的降电势超调量下EO电磁阀吸合工作电平El超调热电偶的稳态热电势E2改进型热电偶的稳态热电势[0044]E3普通型热电偶的稳态热电势tl超调热电偶的开阀时间t2改进型热电偶的开阀时间t3普通型热电偶的开阀时间Tl超调热电偶的闭阀时间T 2改进型热电偶的闭阀时间T 3普通型热电偶的闭阀时间从三条曲线可见，在点火时(曲线上升段)和熄火时(曲线下降段)超调热电偶反应强烈，不但有大的热电势上升超调量+ A E，还有较大的热电势下降超调量一 AE ，有较理想的电磁阀开阀裕量El—EO 。其稳态值EI更低，阀时间11和闭阀时间TI都很短El < E2 < E3tl < t2 < t3Tl < T 2 < T 3本专利的技术方案是，设法形成开启和关闭阀门时热电势的高超调量，从而尽可能地提高热电势动态上升和下降的变化率，同时进一步降低开启电磁阀时的热电势的稳态幅值。但该幅值仍要有裕度。具体的技术措施有采用两个次热端B和C :S卩热端A的正丝2和负丝3的另两端分别焊有与其相匹配的负丝I和正丝4，其焊点就是两个次热端B和C。两个次热端比一个次热端能提供更大的热电势动态超调量。尚可只采用一个次热端B :省去次热端C，而必须保留次热端B，其设计与公知的相反是在正丝2的另一端焊有一根负丝1，也就是，这时具有冷端D的两个偶丝I和3都是大塞贝尔系数的负丝，而共用的偶丝2是耐热正丝，其塞贝尔系数小，所以它可以短些，影响较小。故次热端的温度可更接近热端的温度。可见，这种布局，形成了由热端和次热端构成的两个热电偶，它们都是热电势损失小、高输出的热电偶。根据热电偶中间导体定律叠加热电势，可以得到较好的预想效果稳态热电势幅值在有裕度的前提下可补偿到最小，而动态上升和下降的热电势超调量可成倍加大，得到很高的变化率，从而可使阀门开启和关闭时间大大缩短。本超调热电偶是全裸露的，或只有次热端B、和负丝I是裸露的，即半裸的。裸露的好处是散热速度快。一般燃具安装环境是允许使用具有一定强度的全裸或半裸热电偶的。将裸露的次热端B的安装位置接近热源并面对热辐射。这有助于提高次热端的温度，加大热电势补偿效率。热端A质量小些，即热响应迅速，而次热端B、C处的质量要大，即热响应稍缓慢——热惯性稍大。于是产生了适当的传热延迟，才能形成较大超调量。共用偶丝2和偶丝3的截面积<偶丝I和4的截面积。也对提高热响应速度、产生适当的有益传热延迟。裸露式结构的正丝2是耐热的偶丝，截面为矩形、弧形或圆形，截面宽度> 负丝3的直径。这个措施相当于，给热端及其康铜一类负偶丝配置一个耐热挡火板，延长使用寿命。只有次热端B和负丝I是裸露式的结构中，其热端A及偶丝3装在耐热的锥形衬套6里，该衬套同时具有正偶丝2的功能。这时，负丝I的一端与锥形衬套焊接形成次热端B，负丝I的另一端焊在导电衬套8上。超调热电偶的其它部分套有绝缘物7，再从导电衬套中穿出。负丝I有I' 3个，它们的结构相同。这种半裸结构热电偶的次热端B和负丝I裸露，散热好，也有热响应速度快和动态超调大的优点。而安装方式与普通热电偶相同。在冷端D附近用耐热的绝缘子9来固定两根输出线5。这种结构对散热影响最小，也价廉。可见，很快的保护速度是诸多技术所产生的综合结果。权利要求1.一种快速热电偶，有一个热端(A)，该热端由正丝(2)和负丝负丝(3)的端头进行焊接而成，其特征在于所述热端(A)的正丝(2)的另一端焊有与该正丝匹配的另一负丝(I )，焊点成为次热端(B);所述热端(A)的负丝(3)的另一端焊有与该负丝匹配的另一正丝(4)，焊点成为另一次热端(C);且所述另一负丝(I)的另一端为冷端(D)，所述另一正丝(4)的另一端也为冷端(D);且两个冷端(D)分别焊有一个热电势的输出线(5)。
2.根据权利要求I所述的快速热电偶，其特征在于所述输出线(5)为普通良导体。
3.根据权利要求I所述的快速热电偶，其特征在于所述热端(A)安装在热源处，而次热端(B)安装在接近热源但温度低于热端之处。
4.根据权利要求I所述的快速热电偶，其特征在于所述热端(A)的质量较小，即热响应迅速，而次热端(B)和另一次热端(C)的质量较大即热响应缓慢。
5.根据权利要求I所述的快速热电偶，其特征在于所述正丝(2)和负丝(3)的截面积彡另一负丝(I)和另一正丝(4)的截面积。
6.根据权利要求I所述的快速热电偶，其特征在于所述正丝(2)是耐热的偶丝，裸露时其截面为矩形或圆形，截面宽度大于等于负丝(3)的直径。
7.根据权利要求I所述的快速热电偶，其特征在于在两个冷端(D)附近用耐热的绝缘子(9)固定两根输出线(5)。
8.一种快速热电偶，有一个热端(A)，该热端由正丝(2)和负丝负丝(3)的端头进行焊接而成，其特征在于所述热端(A)的正丝(2)的另一端焊有另一负丝(1)，所述另一负丝(I)和负丝(3)均具有一个冷端(D)，两个冷端(D)分别焊有一个热电势的输出线(5)。
9.根据权利要求I所述的快速热电偶，其特征在于所述在两个冷端(D)附近用耐热的绝缘子(9)固定两根输出线(5)。
专利摘要本实用新型公开了一种快速热电偶，有一个热端(A)，该热端由正丝(2)和负丝负丝(3)的端头进行焊接而成，其特征在于所述热端(A)的正丝(2)的另一端焊有与该正丝匹配的另一负丝(1)，焊点成为次热端(B)；所述热端(A)的负丝(3)的另一端焊有与该负丝匹配的另一正丝(4)，焊点成为另一次热端(C)；且所述另一负丝(1)的另一端为冷端(D)，所述另一正丝(4)的另一端也为冷端(D)；且两个冷端(D)分别焊有一个热电势的输出线(5)。该快速热电偶可产生更低的稳态热电势，热电响应速度很快。
文档编号G01K7/04GK202793633SQ201220509018
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月7日 优先权日2012年10月7日
发明者杨选民, 富良, 薛少平, 田均校, 王博, 蒲俊春 申请人:西北农林科技大学