一种双余度铂热电阻丝温度传感器及其制备方法与流程

本发明属于温度传感器的技术领域，具体涉及一种双余度铂热电阻丝温度传感器及其制备方法。

背景技术：

飞机的温度的测量与监控，对飞机的飞行安全与各个飞行设备的安全运行有着举足轻重的作用。它能为飞行员及时了解飞机的各个重要设备的温度信息，从而对飞行作出判断。而温度传感器则是温度测量的核心部分，这就要求我们的温度传感器具有良好的稳定性、重复性及可靠性。铂热电阻温度传感器则能很好的满足飞机的温度测量，因为铂热电阻温度传感器的准确性高，在所有常用温度传感器中，准确度最高，输出信号大，灵敏度高。测温范围广，稳定好。在使用中，可以在很长时间内保持0.1℃以下的稳定。并且无需参考点，温度值可从测得的电阻值直接求出，输出线性好。但是现有测温用铂热电阻温度传感器一般采用薄膜或厚膜器件作为感温元件，虽然具有较高的测量精度，但其可靠性低，寿命时间短，不能耐受严苛环境。为了解决该种温度传感器在使用过程中所遇到的可靠性低，环境耐受性低的问题，本发明公开了一种双余度铂热电阻丝温度传感器及其制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双余度铂热电阻丝温度传感器，通过将两根相互独立的铂热电阻丝绕设在骨架组上构成感温组件实现对外部环境温度的监测，同时公开了一种制备双余度铂热电阻丝温度传感器的方法，通过制备得到的双余度铂热电阻丝温度传感器实现在严苛环境中稳定可靠测量环境温度的功能。

本发明通过下述技术方案实现：

一种双余度铂热电阻丝温度传感器，包括中空的保护外壳，所述保护外壳的内部安装有电连接器，所述电连接器的一端连接有延伸至保护外壳一端外侧的双余度铂热电阻丝绕组，所述双余度铂热电阻丝绕组的外侧套装有安装套管；所述电连接器的另一端连接有延伸至保护外壳另一端外侧的接线端，所述保护外壳的内部还填充有环氧树脂。

工作原理：

保护外壳用于保护其内部的电连接器和双余度铂热电阻丝绕组，双余度铂热电阻丝绕组的一端为测量端，双余度铂热电阻丝绕组的另一端为连接端。双余度铂热电阻丝绕组的测量端延伸至保护外壳的一端的外侧用于检测外部环境的温度，且双余度铂热电阻丝绕组的测量端的外部设置有用于保护双余度铂热电阻丝绕组的测量端的安装套管，安装套管的一端与保护外壳的一端连接进行安装固定；双余度铂热电阻丝绕组的连接端与电连接器的一端焊接连接，电连接器的另一端通过延伸至保护外壳另一端外部的接线端与外部测量电路连接，保护外壳的内部填充环氧树脂用于固定保护外壳内部的构件并进行绝缘。当双余度铂热电阻丝绕组的测量端收到外部环境的温度影响时，双余度铂热电阻丝绕组中的两根独立构成检测回路的铂热电阻丝受到温度的影响，铂热电阻丝的电阻值随着温度的变化发生改变，通过电连接器外界的测量电路实时测量铂热电阻丝的电阻值变化，即可通过电阻值与温度的函数关系得到环境温度变化情况，实现对环境温度的检测。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述双余度铂热电阻丝绕组包括骨架组，所述骨架组上等间距绕设有第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝，所述骨架组的相对两侧上分别设置有与第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝接触的导热片；所述骨架组的一端设置有与第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝连接的接线片，所述接线片的另一端与电连接器连接。

骨架组的一端为连接端，骨架组的另一端为定位端，骨架组的连接端通过焊接、螺接、铆接的方式安装有接线片，骨架组的连接端和定位端之间的区域上等间距缠绕有第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝，同时在骨架组的相对两侧上分别设置有与第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝接触的导热片，同时第一铂热电阻丝的一端和第二铂热电阻丝的一端均延伸至骨架组的连接端并与接线片连接形成感温回路，第一铂热电阻丝的另一端和第二铂热电阻丝的另一端从骨架组的连接端等间距缠绕至骨架组的定位端后折返回到骨架组的连接端并穿出成为自由端，自由端预留一定长度作为调节长度，构成双余度铂热电阻丝绕组。在室温温度波动不大于0.1℃的环境中，用a/3级的测量仪表分别测量第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝的电阻值，并通过调节第一铂热电阻丝的自由端和第二铂热电阻丝的自由端的长度，实现对第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝的电阻的调节，进而实现对测量精度的调节。自由端长度调节完成后，将自由端与接线片连接构成回路。导热片用于将外部的温度快速且均匀地传递至第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝，此时第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝的电阻值伴随温度发生变化，通过监测第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝的电阻值变化，即可实现对周围环境的温度监测。分别采用第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝等间距绕设在骨架组上构成双余度铂热电阻丝绕组，第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝分别构成的两组电路互为备份，构成两组独立工作，且互不干扰的电路，从而提高温度传感的可靠性、增加温度传感的测量余度。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述骨架组包括平行对齐设置且相互绝缘的第一骨架和第二骨架，所述第一骨架的首端和第二骨架的首端均设置有供第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝穿过的定位孔组，所述第一骨架的末端和第二骨架的末端均设置有供第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝穿过的进线孔组和出线孔组。

第一骨架的首端和第二骨架的首端对应设置有定位孔组，第一骨架的末端和第二骨架的末端对应设置有进线孔组和出线孔组，将第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝穿入末端的进线孔组，然后沿着末端指向首端的方向将第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝等间距缠绕在第一骨架和第二骨架上，直到第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝的端头到达首端的定位孔组并穿过定位孔组并沿着首端指向末端的方向延伸至出线孔组处并从出线孔组处穿出完作为自由端，第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝穿入进线孔组的一端与接线片连接。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述保护外壳的内部设置有用于安装电连接器的阶梯槽，所述阶梯槽的内壁上设置有内螺纹并螺装有用于锁紧固定电连接器的锁紧螺母。

一种制备双余度铂热电阻丝温度传感器的方法，包括以下步骤：

步骤1、在骨架组的一端设置定位孔组，在骨架组的另一端设置进线孔组和出线孔组，将第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝穿入进线孔组并等间距绕设在骨架组上，然后将第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝穿过定位孔组后延伸至出线孔组穿出构成骨架绕组；

步骤2、在室温波动小于等于0.1℃/10min的环境下，同步测量第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝的电阻值，并调节第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝穿过出线孔组的长度以调节第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝的电阻误差达标；

步骤3、在骨架组设置有进线孔组和出线孔组的一端安装接线片，并将第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝分别与接线片连接构成测量回路，然后在骨架组的两侧安装与第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝接触的导热片构成双余度铂热电阻丝绕组；

步骤4、将双余度铂热电阻丝绕组中的接线片与电连接器连接后安装至保护外壳的内部，并向保护外壳的内部填充环氧树脂。

为了更好的实现本发明，进一步地，将第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝绕设在骨架组构成骨架绕组后，将骨架绕组放入马弗炉进行去应力热处理；所述去应力热处理的热处理温度为350℃，热处理时间为12小时。

为了更好的实现本发明，进一步地，对双余度铂热电阻丝绕组中的骨架组、第一铂热电阻丝、第二铂热电阻丝分别进行绝缘处理。

为了更好的实现本发明，进一步地，对双余度铂热电阻丝绕组中的导热片进行回火区应力处理。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明利用了铂热电阻丝的电阻值伴随温度变化的固有特性，通过在骨架组上等间距缠绕与接线片连接的第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝，进而构成两条相互独立且互不干扰的测量回路，在其中一条回路失效时，另一条回路仍然能够正常工作，进而进行正常的温度测量工作，提高了温度测量工作的可靠性，增加了温度测量的余度，同时相比于传统的薄膜或厚膜铂电阻温度传感器，由第一般若电阻丝和第二般若电阻丝构成的敏感材料直径要大几个数量级，可以应对各种严苛的环境；

（2）本发明通过第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝同时感温，使得感温时间常数大大缩减，同时通过导热片向铂热电阻丝迅速均匀传导温度，使得双余度铂热丝绕组的感温灵敏度大大增加；

（3）因铂电电阻丝会随着电流的持续通过而产生自热，但本发明通过第一铂热电阻丝和第二铂热电阻丝构成双余度铂热丝绕组对环境温度进行实时测量，双余度铂热丝绕组可以起到分流作用，在额定电流不大于0.5ma的条件下，双余度铂热丝绕组的电损耗不超过0.1mw，能够有效减弱双余度铂热丝绕组自热，提高双余度铂热丝绕组的使用安全性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为双余度铂热电阻丝绕组的正视结构示意图；

图3为双余度铂热电阻丝绕组的俯视结构示意图；

图4为骨架组上缠绕电阻丝的示意图。

其中：1-保护外壳；2-电连接器；3-双余度铂热电阻丝绕组；4-接线端；5-安装管套；6-锁紧螺母；31-骨架组；32-导热片；33-接线片；01-第一铂热电阻丝；02-第二铂热电阻丝；001-第一骨架；002-第二骨架。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的一种双余度铂热电阻丝温度传感器，如图1-图4所示，包括中空的保护外壳1，所述保护外壳1的内部安装有电连接器2，所述电连接器2的一端连接有延伸至保护外壳1一端外侧的双余度铂热电阻丝绕组3，所述双余度铂热电阻丝绕组3的外侧套装有安装套管5；所述电连接器2的另一端连接有延伸至保护外壳1另一端外侧的接线端4，所述保护外壳1的内部还填充有环氧树脂。

保护外壳1用于保护其内部的电连接器2和双余度铂热电阻丝绕组3，双余度铂热电阻丝绕组3的一端为测量端，双余度铂热电阻丝绕组3的另一端为连接端。双余度铂热电阻丝绕组3包括两根相互独立绝缘的铂热电阻丝构成的两组相互独立的测量回路，当两根铂热电阻丝收到外部环境温度影响时，铂热电阻丝的电阻值伴随温度值发生改变，通过实时检测铂热电阻丝的电阻值，即可得到环境温度的变化情况，实现对环境温度的检测。当其中一根铂热电阻丝构成的检测回路故障时，另一根铂热电阻丝构成的检测回路仍然能够正常工作，有效提高了双余度铂热电阻丝温度传感器的工作可靠性，提升了温度检测的余度。

双余度铂热电阻丝绕组3的测量端延伸至保护外壳1的一端的外侧用于检测外部环境的温度，且双余度铂热电阻丝绕组3的测量端的外部设置有用于保护双余度铂热电阻丝绕组3的测量端的安装套管5，安装套管5的一端与保护外壳1的一端连接进行焊接安装固定；双余度铂热电阻丝绕组3的连接端与电连接器2的一端焊接连接，电连接器2的另一端通过延伸至保护外壳1另一端外部的接线端4与外部测量电路连接，保护外壳1的内部填充环氧树脂用于固定保护外壳1内部的构件并进行绝缘。

所述保护外壳1的内部设置有用于安装电连接器2的阶梯槽，所述阶梯槽的内壁上设置有内螺纹并螺装有用于锁紧固定电连接器2的锁紧螺母6。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，如图2-图4所示，所述双余度铂热电阻丝绕组3包括骨架组31，所述骨架组31上等间距绕设有第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02，所述骨架组31的相对两侧上分别设置有与第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02接触的导热片32；所述骨架组31的一端设置有与第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02连接的接线片33，所述接线片33的另一端与电连接器2连接。

骨架组31为长条平板状的云母薄片组，骨架组31的一端为连接端并通过焊接、螺接、铆接的方式连接有接线片33，接线片33的另一端通过电连接器4与外部测量电路连接。第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02平行等间距缠绕在骨架组31的连接端和定位端之间，且第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02的两端均与接线片33连接构成测量回路，在骨架组31的相对两侧上还沿骨架组31的长度方向设置有导热片32，导热片32的一侧与第一铂热电阻丝01及第二铂热电阻丝02之间绝缘接触构成双余度铂热电阻丝绕组3，然后将双余度铂热电阻丝绕组3放置在外部壳体中固定后，并将电连接器4的连接端引出外部壳体，然后在壳体中灌注环氧树脂，即构成双余度铂热电阻丝温度传感器。

外部环境的温度通过导热片32快速均匀地传递至第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02，第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02之间相互绝缘，且第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02分别构成相互独立互不干扰的回路，两组回路互为备份，当一组回路出现故障时，另一组回路仍然可以正常工作，进而提高了整个双余度铂热电阻丝绕组3的工作可靠性。且第一铂热电阻丝01回路和第二铂热电阻丝02回路同时感温，使测量时间常数可缩减至1s以内，且通过导热片32使得热接触面积也大大增加，使得测量灵敏度也大大的提高。同时，第一铂热电阻丝01回路和第二铂热电阻丝02回路构成的双通道实时测量回路可以起到分流作用，在额定电流小于等于0.5ma条件下，整个双余度铂热电阻丝绕组3的电损耗不超过0.1mw，有效减弱双余度铂热电阻丝绕组3的自热。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，如图2-图4所述骨架组31包括平行对齐设置且相互绝缘的第一骨架001和第二骨架002，所述第一骨架001的首端和第二骨架002的首端均设置有供第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02穿过的定位孔组，所述第一骨架001的末端和第二骨架002的末端均设置有供第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02穿过的进线孔组和出线孔组。

第一骨架001和第二骨架002均采用厚度为0.3mm、宽度为5mm的长条平板状云母薄片，第一骨架001和第二骨架002的长度根据所需要绕设的铂热电阻丝的长度相应设置。第一骨架001的首端和第二骨架002的首端均设置有供第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02穿过的定位孔组，定位孔组包括平行设置的定位孔a和定位孔b，第一骨架001的末端和第二骨架002的末端均设置有供第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02穿过的进线孔组和出线孔组，进线孔组包括平行设置在第一骨架001与第二骨架002的末端一侧的进线孔c和进线孔d，出线孔组包括平行设置在第一骨架001与第二骨架002的末端另一侧的出线孔e和出线孔f。

先取第一骨架001，将第一铂热电阻丝01的一端和第二铂热电阻丝02的一端分别从定位孔a和定位孔b穿入，然后将第一铂热电阻丝01的另一端和第二铂热电阻丝02的另一端分别从出线孔e和出线孔f穿过作为自由端。然后将第二骨架002与第一骨架001平行对齐且重合后，将第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02同步等间距的绕制在第一骨架001和第二骨架002上，并将从定位孔a和定位孔b穿入的第一铂热电阻丝01的端头和第二铂热电阻丝02的端头分别从进线孔c和进线孔d穿出并与接线片33连接。然后调节从出线孔e和出线孔f穿出的铂热电阻丝的长度，将其电阻按需求的误差进行调节后与接线片33连接。

进一步的，所述第一骨架001的末端和第二骨架002的末端均设置有安装孔组，所述接线片33的连接端对应安装孔组设置有连接孔，所述安装孔组和连接孔之间通过连接铆钉连接。

安装孔组包括平行设置在进线孔c和进线孔d一侧的安装孔g和安装孔h，以及平行设置在出线孔e和出线孔f一侧的安装孔m和安装孔k，接线片33上分别对应安装孔g、安装孔h、安装孔m、安装孔k设置有连接孔，通过在安装孔组和连接孔中插装连接铆钉，实现接线片33在第一骨架001的末端和第二骨架002的末端的安装。然后把分别从进线孔c和进线孔d穿出的第一铂热电阻丝01的线端和第二铂热电阻丝02的线端分别焊接至接线片33的一端，把分别从出线孔e和出线孔f穿出的第一铂热电阻丝01的线端和第二铂热电阻丝02的线端分别焊接至接线片33的另一端，焊接时的接线片33的接头使用黄铜并镀银接头以保证焊接可靠性，焊接完成后对焊点进行点胶保护。

所述第一骨架001的首端和第二骨架002的首端对应设置有卡装孔，所述导热片32的一端对应卡装孔设置有固定孔，所述卡装孔和固定孔之间通过连接铆钉连接。

导热片32靠近卡装孔的一端设置有平行于骨架组31的接耳，接耳上对应卡装孔设置有固定孔，通过在卡装孔和固定孔之间插装连接铆钉，实现导热片32在骨架组31的侧面上的安装。同时导热片32靠近骨架组31的一侧上平行于骨架组31的侧面设置有贴合面板，通过连接铆钉将导热片32压紧，使得贴合面板与第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02紧贴，同时有效增加了热交换面积，使得热交换速度更快，热交换更均匀。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

一种制备双余度铂热电阻丝温度传感器的方法，包括以下步骤：

步骤1、在骨架组31的一端设置定位孔组，在骨架组31的另一端设置进线孔组和出线孔组，将第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02穿入进线孔组并等间距绕设在骨架组31上，然后将第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02穿过定位孔组后延伸至出线孔组穿出构成骨架绕组；

步骤2、在室温波动小于等于0.1℃/10min的环境下，同步测量第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02的电阻值，并调节第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02穿过出线孔组的长度以调节第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02的电阻误差达标；步骤3、在骨架组31设置有进线孔组和出线孔组的一端安装接线片33，并将第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02分别与接线片33连接构成测量回路，然后在骨架组31的两侧安装与第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02接触的导热片32构成双余度铂热电阻丝绕组；

步骤4、将双余度铂热电阻丝绕组中的接线片33与电连接器2连接后安装至保护外壳1的内部，并向保护外壳1的内部填充环氧树脂。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例4的基础上做进一步优化，将第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02绕设在骨架组31构成骨架绕组后，将骨架绕组放入马弗炉进行去应力热处理；所述去应力热处理的热处理温度为350℃，热处理时间为12小时。

第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02在绕制在骨架组31上时，由于加工的丝材受到包复引伸、缠绕的机械力影响，必然存在绕制过程中第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02产生应力集中，该应力必然影响第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02的稳定性，如果不消除，必然造成产品电阻值不稳定。所以，在产品装配过程中，必须进行去应力热处理，用马弗炉进行热处理参数为350℃×12h随炉加热，再进行随炉实效稳定处理可以很好的消除第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02的应力。

对双余度铂热电阻丝绕组中的导热片32进行回火区应力处理，对导热片32进行回火区应力处理，保证导热片32具有足够的弹力，使导热片32能让被测区域的热量快速传递至第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02上。

本实施例的其他部分与上述实施例4相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例4或5的基础上做进一步优化，对双余度铂热电阻丝绕组中的骨架组31、第一铂热电阻丝01、第二铂热电阻丝02分别进行绝缘处理。

在骨架组31中的第一骨架001和第二骨架002之间设置有橡胶绝缘层或泡沫绝缘层，同时在第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02的外部均包覆有绝缘线套，实现第一铂热电阻丝01和第二铂热电阻丝02之间的绝缘，保证整个双余度铂热电阻丝绕组3的绝缘电阻，提高其介电强度。

本实施例的其他部分与上述实施例4或5相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。