温度感测单元及具有温度感测单元的加热器组件的制作方法

1.本公开总体上涉及温度传感器，尤其涉及用于测量对象(例如加热器、加热对象或冷却对象等)的表面温度的表面温度传感器。


背景技术：

2.该部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
3.温度传感器通常与加热器一起使用以测量加热器的温度。当加热器具有圆柱形配置时，将温度传感器安装在加热器的弯曲表面上以测量其表面温度将会是一个挑战。如果温度传感器未正确安装，则温度传感器测量的是加热器附近的环境温度，而无法准确测量加热器的表面温度。而且，当在加热器周围仅存在小的环形空间时，现有的安装结构无法装配到小的环形空间中以将温度传感器适当地固定在该弯曲表面上。
4.除其他问题外，本公开内容解决了将温度传感器安装在加热器的弯曲表面上的问题。


技术实现要素：

5.在一种形式中，提供了一种温度感测单元，该温度感测单元包括用于测量物体的温度的温度传感器和安装构件，该安装构件是弹性的并且附接至温度传感器以将温度传感器固定在物体的周围。在一个变型中，温度传感器包括第一热电偶带和第二热电偶带，它们被连接以在它们之间形成热接合部。在其他变型中：第一热电偶带和第二热电偶带被对接焊接；温度传感器还包括支撑构件，该支撑构件与第一热电偶带和第二热电偶带重叠，用以将第一热电偶带和第二热电偶带结合在一起；第一热电偶带和第二热电偶带分别包括沿着物体的周向延伸的第一部分和从第一部分以一定角度延伸的第二部分；第二部分连接到第一部分的端部以限定l形；第二部分连接到第一部分的中部以形成t形；安装构件被附接到第一热电偶带的第一部分和第二热电偶带的第一部分；安装构件和温度传感器共同限定了连续的、封闭的几何形状。
6.在本公开的另一形式中，提供了一种加热器组件，该加热器组件包括：加热器，该加热器包括在端部处的安装凸缘；以及温度感测单元，该温度感测单元包括第一热电偶带和第二热电偶带，第二热电偶带连接至第一热电偶带在它们之间形成热接合部。安装构件被附接到第一热电偶带和第二热电偶带，使得第一热电偶带、第二热电偶带和安装构件共同限定连续的、封闭的几何形状。在这种形式的变型中：安装构件是弹性构件；安装构件是弹簧；第一热电偶带和第二热电偶带分别包括沿着物体的周向延伸的第一部分和从第一部分以一定角度延伸的第二部分；第二部分连接到第一部分的端部以形成l形；第二部分连接到第一部分的中部以形成t 形；以及安装构件被附接到第一热电偶带的第一部分和第二热电偶带的第一部分。
7.在又一形式中，提供了一种用于测量具有圆柱形配置的物体的温度的温度感测单元，该温度感测单元包括第一热电偶带和第二热电偶带，第一热电偶带和第二热电偶带分
别限定沿着周向延伸的第一部分和从第一部分以一定角度延伸的第二部分。安装构件附接到第一热电偶带的第一部分和第二热电偶带的第一部分，并且一对引线附接到第一热电偶带的第二部分和第二热电偶带的第二部分。在一个变型中，第一热电偶带的第一部分和第二热电偶带的第一部分被连接以形成热接合部。
8.在又一形式中，提供了一种加热器组件，该加热器组件包括：加热器，其包括外周表面；温度感测单元，该温度感测单元包括用于测量加热器的温度的温度传感器；以及用于将温度传感器安装到加热器的外围表面的安装构件。安装构件是弹性的，并且温度传感器和安装构件共同限定连续的、封闭的几何形状。在一个变型中，加热器还包括设置在加热器的端部周围的安装凸缘，温度传感器还包括路由穿过并固定到安装凸缘的一对引线。
9.根据本文提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和特定示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
10.通过具体实施方式和附图，将更加全面地理解本公开，其中：
11.图1是安装在加热器上并根据本公开的教导构造的温度感测单元的立体图；
12.图2是图1的温度感测单元的另一立体图；
13.图3是根据本公开的教导的安装在加热器上并构造的温度感测单元的示意性侧视图；
14.图4是根据本公开的教导的安装在加热器上并构造的温度感测单元的示意性剖视图；
15.图5是示出表面温度传感器的第一热电偶带和第二热电偶带之间的第一连接形式的示意图；
16.图6是图5的第一热电偶带或第二热电偶带的立体图；
17.图7是图5的部分a的放大图；
18.图8是示出根据本公开的教导的温度感测单元的表面温度传感器的第一热电偶带和第二热电偶带之间的第二连接形式的示意图；
19.图9是根据本公开的教导构造的温度感测单元的变型的俯视图；
20.图10是根据本公开的教导构造的温度感测单元的另一变型的俯视图；
21.图11是根据本公开的教导构造的温度感测单元的又一变型的立体图；
22.图12是温度感测单元的又一变型的立体图，其示出了表面温度传感器与安装构件之间的连接；
23.图13是根据本公开的教导构造的包括加热器和温度感测单元的加热器组件的立体图；
24.图14是根据本公开的教导的在组装期间待安装在加热对象内的加热器组件的立体图；和
25.图15是根据本公开内容的教导的待安装在加热对象内的加热器组件的立体图。
26.贯穿附图的若干视图，相应的附图标记指示相应的部分。
具体实施方式
27.以下描述本质上仅是示例性的，并且无意于限制本公开、应用或用途。
28.参照图1和图2，根据本公开的温度感测单元10被配置为测量物体(例如加热器12或加热对象)的表面温度。在一种形式中，温度感测单元10用于过热保护。如图所示，加热器12可具有圆柱形配置并限定弯曲表面14。替代地，加热器12可具有另一种几何配置，例如正方形、矩形或其他多边形，同时保持在本公开的范围内。因此，应当理解，温度感测单元10可以安装到具有外周表面(包括如图所示的具有闭合的外部弯曲表面14)的任何加热器12。
29.温度感测单元10包括表面温度传感器16和附接到表面温度传感器16的安装构件18，该安装构件18用于将表面温度传感器16安装到弯曲表面14上。表面温度传感器16包括第一热电偶带20、第二热电偶带 22、以及附接到第一热电偶带20和从第二热电偶带22且从第一热电偶带 20和从第二热电偶带22延伸的一对引线24。在一种形式中，引线24由护套25接收并保护。第一热电偶带20和第二热电偶带22分别具有近端 30和远端32(如图4所示)。第一热电偶带20和第二热电偶带22在近端30处连接以在它们之间形成热接合部26。
30.安装构件18附接到第一热电偶带20和第二热电偶带22的远端 32，使得第一热电偶带20和第二热电偶带22与安装构件18共同限定围绕加热器12的连续的环或闭合形状。安装构件18可以是拉伸型弹簧或可以提供弹力或弹簧力以将第一热电偶带20和第二热电偶带22拉至弯曲表面14附近的任何弹性工具。安装构件18在这种情况下施加力或张力，以经由布满的环绕弹簧将第一热电偶带20和第二热电偶带22保持在弯曲表面14上。由安装构件18施加到第一热电偶带20和第二热电偶带22上的力不应超过使用温度下材料的屈服强度。在一种形式中，用于安装构件的材料是镍合金，例如其能够在高达约1000℃的更高温度下工作。然而，在一种形式下，安装构件18的形状及其弹性特性的情况下，材料在高达约500℃的温度下工作。
31.参照图3和图4，第一热电偶带20和第二热电偶带22分别包括近端30和远端32。安装构件18包括连接到第一热电偶带20和第二热电偶带22的远端32的相对端。第一热电偶20和第二热电偶22的远端32 以及安装构件18的相对端可以配置成使它们的连接可移除或固定。例如，在一种形式中，第一热电偶带20和第二热电偶带22的远端32可限定孔/ 开口，并且安装构件18的相对端可限定钩以接合第一热电偶带20和第二热电偶带22的远端32的孔，从而限定了可移除的连接。替代地，连接的一端可以是可移除的，而另一端，例如通过焊接，是固定的。
32.一对引线24可以在近端30和远端32之间的位置处直接连接到第一热电偶带20和第二热电偶带22。一对引线24将信号从第一热电偶带 20和第二热电偶带22发送到接收信号的外部控制器(未示出)，并根据本领域技术人员理解的热电偶的一般操作原理，基于该信号确定加热器12 的表面温度。
33.参照图5，第一热电偶带20和第二热电偶带22代表表面温度传感器16的“+”引脚和
“‑”
引脚，并且可以对接焊接或以任何其他方式物理连接以形成其间的热接合部26。
34.参照图6，第一热电偶带20和第二热电偶带22分别限定薄的或低的轮廓，使得第一热电偶带20和第二热电偶带22可以稍微弯曲或塑性变形，以顺应弯曲表面14，并且使得表面温度传感器16可以具有非常小的轮廓或厚度。在一种形式中，第一热电偶带和第二热电偶带可具有大约 0.004英寸(0.106mm)的厚度t和大约0.063英寸(1.6mm)的宽度w。根据特
定的应用，第一热电偶带20和第二热电偶带22可以具有相同或不同的尺寸。这样，第一热电偶带20和第二热电偶带22更靠近弯曲表面14，并且由于它们的低轮廓和较低的质量而具有非常快的响应时间。通过这种配置，整个温度感测单元10具有更快的响应时间并且能够抑制热失控，热失控是用于常规热电偶的标准圆线的问题。
35.参照图7，当通过对接焊接来形成热接合部26时，应形成对接接头以避免在第一热电偶带20和第二热电偶带22的表面上与焊接有关的不连续性。换句话说，为了保持如上所述的低轮廓，焊接接头不应突出到超出第一热电偶带20和第二热电偶带22的上表面和下表面太远。
36.参照图8，替代地，代替通过对接焊接所进行的直接连接，第一热电偶带20和第二热电偶带22可以通过支撑条30间接连接，该支撑条 30与第一热电偶带20和第二热电偶带22叠置。使用支撑条30具有的优点是，为第一热电偶带20和第二热电偶带22提供结构支撑的同时，从第一热电偶带20和第二热电偶带22散热。替代地，代替使用支撑条30，金属丝或任何连接工具可以用来将第一热电偶带20和第二热电偶带22连接在一起。
37.参照图9，根据本公开的教导构造的温度感测单元40的变型与图 1至图4所示的类似，不同之处在于表面温度传感器42的配置，特别是第一热电偶带44和第二热电偶带46的配置。因此，相同的元件将由相同的附图标记表示，并且为了清楚，在此省略其详细描述。
38.更具体地，本实施方式的表面温度传感器42包括第一热电偶带 44和第二热电偶带46，第一热电偶带44和第二热电偶带46分别限定如图所示的“t”配置。第一热电偶带44和第二热电偶带46分别包括沿着加热器12的周向延伸的第一部分48和从第一部分48的中部沿着基本上平行于加热器12的纵向轴线的方向延伸的第二部分50。第二部分50从第一部分48以一定角度延伸，该角度可以是如图所示的锐角、钝角或直角。在第一部分48的相邻端部之间形成热接合部52。热接合部52可以通过如图5所示的对接焊接或任何其他连接方式而形成。弹簧形式的安装构件18 连接到第一部分48的远离相邻端部的远端。如图所示，导线24连接到第二部分50。
39.参照图10，根据本公开的教导构造的温度感测单元60的另一变型与图9的温度感测单元类似，不同之处在于第一热电偶带64和第二热电偶带66的配置。更具体地，温度感测单元60包括表面温度传感器62 和用于将表面温度传感器62固定至加热器或加热对象的表面(例如，弯曲表面)的安装构件18。表面温度传感器62包括第一热电偶带64和第二热电偶带66，第一热电偶带64和第二热电偶带66分别具有如图所示的“l”形配置。第一热电偶带64和第二热电偶带66分别具有第一部分68和连接到第一部分68的一端的第二部分70，从而形成l形。第一和第二热电偶带64、66的第一部分68被连接以在它们之间形成热接合部72。第二部分70在基本上平行于加热器的纵向轴线的方向上延伸并且连接到引线24。尽管在图10中第二部分70被示出为垂直于第一部分68，但是应该理解，第二部分70能够以锐角或钝角从第一部分68延伸，只要第二部分70 从第一部分68突出以方便将引线24连接到第一和第二热电偶带64、66 即可。
40.参照图11，根据本公开的教导所构造的温度感测单元80的又一变型在结构上与图1至图4的温度感测单元相似，不同之处在于在第一和第二热电偶带84、86中的每一个与安装构件18的相邻端之间设置有绝缘体82。绝缘体82可以是用于将安装构件18(即，弹簧)与第一和第二热电偶带84、86电隔离的陶瓷隔离件。陶瓷隔离件仅是可选的，并且不应被解释
为限制本公开的范围。
41.参照图12，带条90可设置在第一和第二热电偶带中的每一个与安装构件18的相对端之间，以调节安装构件18的弹簧力或使温度感测单元适应于具有特定尺寸的加热器或加热对象。因此，带条90可以被认为是用于温度感测单元的尺寸调节构件，使得其可以被装配到加热器或加热对象的各种形状和尺寸。
42.参照图13，根据本公开的教导所构造的加热器组件100包括加热器12、温度感测单元10以及设置在加热器12的端部并且围绕加热器102 的安装凸缘106。温度感测单元16在结构上类似于结合图1至图4描述的本公开的各种形式中的任何一种，因此相同的元件由相同的附图标记表示，并且为了清楚，在此省略其详细描述。
43.温度感测单元10包括表面温度传感器16和从表面温度传感器16 延伸的一对导线24。导线24由护套25接收和保护，护套25沿加热器12 的长度路由到安装凸缘106。安装凸缘106包括开口108，以允许来自加热器12的电力电缆108和来自温度感测单元10的护套25穿过。因此，电力电缆108和护套25可以适当地定位并且固定到加热器12的安装凸缘 106而不会缠结，从而为加热器组件100提供了较低的轮廓和引线的有序布置。
44.参照图14和15，加热器组件100被示为与其中安装有加热器组件100的加热对象110相邻。如图所示，电力电缆108和护套25(或者如果不使用护套25，则为引线24)路由穿过并固定到设置在加热器12的端部处的安装凸缘106，从而对加热器组件100提供低的轮廓和引线的有序布置。通过适当地布置并固定到安装凸缘106上的电力电缆108和护套25，加热器组件100可以较容易地将安装在加热对象110内，在这种情况下，该加热对象是护套。
45.本公开的温度感测单元具有的优点是对加热器或加热对象进行精确的表面温度测量的同时保持加热器组件的低轮廓。另外，温度感测单元可以容易地安装到加热器或加热对象的任何弯曲表面上，以减少组装时间。
46.应当注意，本公开不限于描述和示出为示例的形式。已经描述了各种各样的修改，并且更多的修改是本领域技术人员的知识的一部分。可以在不脱离本公开和本专利的保护范围的情况下，将这些和进一步的修改以及技术等同物的任何替换可添加到说明书和附图中。