專利名稱：動態(tài)超調(diào)快速熱電偶的制作方法
動態(tài)超調(diào)快速熱電偶
湖微鵬 一種動態(tài)超調(diào)快速熱電偶(下簡稱超調(diào)熱電偶)，是具有高動態(tài)
熱電變化率的as傳,，它用于旨檢測以及火焰熄火的快速熱電保護。
絲絲.目前，公知的熱電偶有一個熱端，它由正熱電鄉(xiāng)絲(下簡稱正絲) 和負熱電勢偶絲(下簡稱負絲)的端頭進行焊接而成，兩偶絲的另一端即為冷端，兩個 冷端焊有補償導線或晚出線。輸出到測量*^或電磁閥上的總電勢是這4根導體的熱電
勢和3個焊點的接觸電勢的代數(shù)和。熱電偶的熱端接受火焰的高溫后，經(jīng)輸出線向電磁 閥供給電流，使電磁閥開閥通氣，當意外熄火時，熱電# 漸變小，電磁閥線圈電流消 失，便恢復到常閉狀態(tài)，從而起到安全 作用。不過，由于熱電偶都具有質(zhì)量，不可 能及時響應溫度的變化。當前的技7l^準GFT28"2003規(guī)定開閥時間小于45秒閉閥時間 小f60秒，這個時間太長，對大功率燃具，這樣的保護有危險。
我們對熱電熄火做分析一下。為了鵬開啟電磁閥，必須加大熱電勢的幅艦其 上升變化率，所以，H^ffl貝塞爾系數(shù)最大的E分度偶絲，即鎳^"糊偶絲，且偶 絲的長度要大些。而為了快速關(guān)閉電磁閥，必須發(fā)J、熱電勢的離，下降的變化率仍要 加大?？梢?，開啟和關(guān)閉電磁閥鵬求大的熱電被化率而對其幅值的要求卻是相反的。 我們被迫兩者都要照顧，折衷的結(jié)果，使熱電保護的電磁閥開啟和關(guān)閉時間一直不理 想，都太長。
市場上有一種 型熱電偶，其頭部的錐,套為正絲，錐^W套的尖端與負絲焊 接，形成熱端，錐糊套的粗端便成了一個冷端，粗端與一錯導電襯套壓配合。負絲 的另一端焊一個正絲，它們的焊點就是一個鄉(xiāng)端-正絲后面再焊一根輸出導線。艦 這種65tM電偶，閥門的，皿加快。但是這種熱電偶的具有不足之處由于其錐形 襯套應耐熱，故是用鎳鉻不銹鋼的正絲(其正貝塞爾系數(shù)較低)。則工作端就必焊有另 個負絲， 一般用E分度的康銅，其負貝塞爾系數(shù)高。因其熱端到次熱端使用了貝塞爾 系數(shù)大的負絲。為了不過多損失熱端的熱電勢，該負絲不應太短，否則皿出限制上升 熱電勢的幅m&其變化率的代價，會反而使閥門的開啟性能有所降低。這樣，次熱端溫 度就不會更高些，加上該負絲之后必焊上貝塞爾系數(shù)小的正絲，結(jié)果補償?shù)姆聪螂? 小，也就限制了 端的補償作用不會太強，造成閉閥時間不會太短。
t述所有偶絲和接點都^露，，閉在絕緣套管和導電襯套里的。整體熱慣性大， 散熱不良，會降低熱電勢的變化率，也影響效果。發(fā)柳系 要條離術(shù)/繊
^度是熱電微的關(guān)鍵，對大功率燃燒器尤為重要。本專利的目的是，克臟 述熱電輸電響^IS不夠快的問題，,動態(tài)超調(diào)鵬熱電鵬術(shù)，實現(xiàn)快速熱電保護。
發(fā)術(shù)方審
本專利提出熱電糊態(tài)超調(diào)的思路，M31幾個技術(shù)措施，可解決現(xiàn)有熱電偶熱電響 g度慢的問題。
本專利的獄方案是，設法形成開啟和關(guān)閉閼門時熱電勢的高超調(diào)量，從而盡可能 地提高熱電，態(tài)上升和下降的變化率，同時進一步降低開啟電磁閥時的熱電勢的穩(wěn)態(tài) 幅值。但該幅值仍l^裕度。
具體的技術(shù)措施有
*采用兩個次熱端(B)和(C):艮P:熱端(A)的正絲(2)和負絲(3)的另兩端
分別焊有與其相匹配的負絲(1)和正絲(4)，其焊點就是兩個次熱端(B)和(C)。兩
個次熱端比一個次 ^^更大的熱電，態(tài)超調(diào)量。
尚可只采用一個次熱端(B):省去次熱端(C)，而必須保留次熱端(B)，其設 計與公知的相反是在正絲(2)的另一端焊有一根負絲(1)，也就是，這時具有冷端
(D)的兩個偶絲(1)和(3)都是大塞貝爾系數(shù)的負絲，而共用的偶絲(2)是耐熱正 絲，其塞貝爾系數(shù)小，所以它可以短些，影響較小。故次溫端的鵬可更接近繊的溫 度。可見，這種布局，形成了由 和次熱端構(gòu)成的兩個熱電偶，它們都是熱電勢損失 小、高輸出的熱電偶。根據(jù)熱電偶中間導體定律疊加熱電勢，可以得到較好的預想效 果穩(wěn)絲電勢幅值在有裕度的前提下可補償?shù)阶钚?，而動態(tài)上升和下降的熱電勢超 調(diào)量可成倍加大，得到很高的變化率，從而可使閥門開啟和關(guān)閉時間大，短。
*本超調(diào)熱電偶是全裸露的，或只有次熱端(B)、和負絲(1)是裸露的，即半裸 的。裸露的好處是散熱速度快。一m^具安裝環(huán)境是允許^具有一定強度的全裸或半 裸熱電偶的。
將裸露的次熱端(B)的安，置,m^并面對熱輻射。這有助于提高次熱端 的旨，加大熱電勢補償效率。
*熱端(A〉質(zhì)量小些，即熱響應腿，而次熱端(B) (C)處的質(zhì)量要大，即熱 響應稍緩1t~~^慣性稍大。于是產(chǎn)生了適當?shù)膫鳠嵫舆t，才能形自大超調(diào)量。
*共用偶絲(2)和偶絲(3)的截面積《偶絲(1)和(4)的截面積。也對提高熱 響i^S、產(chǎn)生Jg當?shù)挠幸鎮(zhèn)鳠酔ifi。
*裸露式結(jié)構(gòu)的正絲(2)是耐熱的偶絲，截面為矩形、弧形或圓形，截面寬度》負絲(3)的直徑。這個措施相當于，給熱端及其i^一類負偶絲配置一個耐熱擋火板， 延長《tffi壽命。
*只有次熱端(B)和負絲(1)是裸露式的結(jié)構(gòu)中，其熱端(A)及偶絲(3)裝 在耐熱的錐形襯套(6)里，該襯套同時具有正偶絲(2)的功能。這時，負絲(1)的 -端與錐^M^^焊接形成次熱,)，負絲(1)的另一端焊在導電襯套(8)上。超調(diào)熱 電偶的其它部賴有絕緣物(7)，再從導電襯套中穿出。負絲(1)有r 3個，它們的 結(jié)構(gòu)相同。這種賴結(jié)構(gòu)熱電偶的次熱端(B)和負絲(1)裸露，散熱好，也有熱響繊 度快和動態(tài)超調(diào)大的優(yōu)點。而安M式與普通熱電偶相同。
*在冷端(D) ITO用耐熱的絕緣子(10)來固定兩根輸出線(5)。這種結(jié)構(gòu)對散 熱影響最小，也價廉。
可見，很快的^rii度是諸多技術(shù)所產(chǎn)生的綜合結(jié)果。
實施本專利可使熱電偶發(fā)揮極好的動態(tài)響應性能，可驅(qū)動電磁閥門在幾秒甚至1秒
很快開啟戯閉。據(jù)此，熱電做可擴大到大功率燃燒器鵬。另外，安裝調(diào)節(jié)方便，
成本低.


圖1是一種具有兩個次熱端的全,調(diào)熱電偶的側(cè)視圖
圖2是一種具有一個次熱端的全,調(diào)熱電偶的側(cè)視圖 圖3是一種具有一個次 的 ^調(diào)熱電偶的側(cè)向切面視圖 圖4是一種具有兩個次熱端的^IS調(diào)熱電偶的側(cè)向切面視圖 圖5是熱電偶E二附)(熱電勢隨時間變化)的示意曲線
圖中:
1
2
4
5
次熱端(B)的負絲 熱端(A)的正絲 熱端(A)的負絲 次熱端(C)的正絲 輸出導線
6
8
9
錐糊套 絕緣管 導電襯套 絕緣子
曲線l 超調(diào)熱電偶E-附)曲線
曲線2 市面出售的&a型熱電偶E-f(t)曲線曲線3 普通熱電偶E-柳曲線
+ AE 超調(diào)熱電偶的上升熱電，調(diào)量
—A E 超調(diào)熱電偶的下降熱電^g調(diào)量
Eo 電磁閥吸合工作電平
E！ 超調(diào)熱電偶的穩(wěn)態(tài)熱電勢
& 改鵬熱電偶的穩(wěn)絲電勢
E3 普通型熱電偶的穩(wěn)絲電勢
tl 超調(diào)熱電偶的開閥時間
t2 ,型熱電偶的開閥時間
t3 普通型熱電偶的開閥時間
Ti 超調(diào)熱電偶的閉閥時間 T2 aiS型熱電偶的閉閥時間 T.; 普通型熱電偶的閉閥時間
斜微方式.-
下面結(jié)合附圖和實施例對本專利加以說明。
圖1是一種具有兩個次熱端的全鵬調(diào)熱電偶的側(cè)視圖。由圖1可見，熱電偶有 個熱端(A)，它由正熱電鄉(xiāng)絲(2沐負熱電#^絲(3)的端頭進行焊接而成，正絲(2) 和負絲(3)的另兩端分別焊有與其相匹配的負絲(1)和正絲(4),其焊點成為兩個次 熱端(B)和(C)，有兩個次熱端，反向電勢更強。負絲(1)和正絲(4)的另一端為 冷端(D)，它們由耐熱絕緣子(9)中穿過。負絲(1)的(D)端焊有熱電勢的輸出線 (5)。正絲(2)是耐熱的偶絲，截面為矩形、弧形或圓形，截面寬度》負絲(3)的直 徑。這個措施是為了給工作端及其麟一類負偶絲隨一個耐熱擋火板，延長艦壽命。 M—N截面示例的是弧皿面。
圖2是一種具有一個次熱端的全自調(diào)熱電偶的側(cè)視圖。由圖2可見，它與圖1 比較，省去了次熱端(C)，而保留一個次熱端(B)，其設計與公知相反，是在正絲(2) 的另一端焊有一根負絲(1)，也就是，這時具有冷端(D)的兩個偶絲(1)和(3)都 是大塞貝爾系數(shù)的負絲，，而共用的偶絲(2)是耐熱正絲，其塞貝爾系數(shù)小，所以它可 6以短些，影響較小，故^M端的鵬可更艦M的mm?？梢?，這種布局，形成了由 熱端和次熱端表征的兩個熱電偶，它們都是高輸出的基本型熱電偶。根據(jù)中間導體定律
疊加，可以得到較高預想效果穩(wěn)絲電勢幅值在有裕度的鵬下可補償?shù)阶钚?，?br> 動態(tài)上升和下降的熱電艦調(diào)量可成倍加大，得到很高的變化率，故也能使閥門開啟和
關(guān)閉時間也可大大縮短。這里示例的是，輸出線(5)是兩,線，正絲(2)和負絲(3) 都是園,面。
圖3是一種具有一個次M的半^^調(diào)熱電偶的側(cè)向剖面視圖。只有次熱端(B) 和負絲(1)是裸露的爭凍露式的結(jié)構(gòu)中，其熱端(A)及偶絲(3) ^fc酣熱的錐形襯 套(6)里，該襯套同時具有正絲(2)的功能。這時，負絲(1)的一端與錐,套焊 接形成次熱端(B)，負絲(1)的另一端焊在導電襯套(8)上。超調(diào)熱電偶的其它部M 有絕緣物(7)，再從導電襯套中穿出。負絲0)有r 3個，它們的結(jié)構(gòu)相同，繼采 用兩個，所以實際次熱端(B)是兩點并聯(lián)的。有,輸出^W襯套的末端，另一W^ 正絲(4) h。這種半裸結(jié)構(gòu)熱電偶的次熱端(B)和負絲(1)裸露，散熱好，也有熱響應
速度快和動態(tài)超調(diào)大的優(yōu)點。而安M式與普通熱電偶相同。
圖4是一種具有兩個次熱端的^M調(diào)熱電偶的側(cè)向切面視圖。他與圖3的區(qū)別 只是在負絲(3)和輸出線(5)之間焊入正絲(4)，兩個次熱端補償作用更強。 圖1—圖4所表示的4種超調(diào)熱電偶有幾點相同的結(jié)構(gòu)特點，統(tǒng)一說明如下
將裸露次熱端(B)的安驗置接近繊并面對繊射。這有助f提高次熱端的溫 度，加大熱電勢補償效率。
熱端(A)處的熱容量小，即熱響應ffiii,而次熱端(B)皿(C)處的熱容量較 大，即熱響應稍緩1i~~^慣性稍大。于是能產(chǎn)生適當?shù)膫鳠崤?，形繊大超調(diào)量。
偶絲(2)和偶絲(3)的截面積《偶絲(1)和(4)的截面積。M提髙熱響自 度、產(chǎn)4it當?shù)拿驧iS有益。
裸露式結(jié)構(gòu)的正絲(2)是耐熱的偶絲，截面為矩形、弧形或圓形，截面寬度》負 絲(3)的直徑。這個措施是為了給工作端及其康銅一類負偶絲配置一個耐熱擋火板， 延長使用壽命。
熱電勢的輸出線(5)的電阻為亳,良導體，長度宜短，^i面積^偶絲的截面 積。由于熱電偶的熱電勢為毫伏級，很弱，其m寶貴。斷氐包括輸出線在內(nèi)的熱電偶 內(nèi)阻，才能保證這個電源有較高輸出功率，降低內(nèi)耗。
輸出到測量電路或電磁閥門上的總電勢是這些導體的熱電勢和焊點的接觸電勢的 代數(shù)和，其中正絲和負絲的熱電勢占主要部分。
圖5是熱電偶E-fl(t)(熱電勢隨時間變化)示意曲線。圖中 曲線l 超調(diào)熱電偶E-戮t)曲線曲線2 市面出售的,型熱電偶E-附)曲線
曲線3 普通熱電偶E-f(t)曲線
+ AE 超調(diào)熱電偶的上升熱電，調(diào)量
—A E 超調(diào)熱電偶熱的降電勢超調(diào)量下
Eo 電磁閥吸合工作電平
Ei 超調(diào)熱電偶的穩(wěn)g電勢
E2 改進型熱電偶的穩(wěn)M電勢
E3 普通型熱電偶的穩(wěn)態(tài)熱電勢
ti 超調(diào)熱電偶的開閥時間
ti efca型熱電偶的開閥時間
t3 普通型熱電偶的開閥時間
Ti 超調(diào)熱電偶的閉閥時間 T2 6fct型熱電偶的閉閥時間 T3 普通型熱電偁的閉閥時間
^H條曲線可見，在點火時(曲線上升段)和熄火時(曲線下降段)超m電偶 反應強烈，不但有大的熱電勢上5^調(diào)量+AE，還有較大的熱電勢下降超調(diào)量一AE ， 有較理想的電磁閥開閥裕量E!^Eo o
其穩(wěn) &更低，閥時間ti和閉閥時間Ti艦艮短
E' < Ez< E3
tl < t2 < t3
Ti <T2 < T權(quán)利要求
1，一種熱電偶有一個熱端，它由正熱電勢偶絲(下簡稱正絲)和負熱電勢偶絲(下簡稱負絲)的端頭進行焊接而成，兩偶絲再各焊上補償導線或輸出線，輸出到測量電路或電磁閥上的總電勢是這4根導體的熱電勢和3個焊點的接觸電勢的代數(shù)和，上述所有偶絲和焊點都封閉在絕緣套管和導電襯套里，本超調(diào)熱電偶的特征在于它具有動態(tài)超調(diào)特性，熱端(A)的正絲(2)和負絲(3)的另兩端分別焊有與其相匹配的負絲(1)和正絲(4)，其焊點成為兩個次熱端(B)和(C)，負絲(1)和正絲(4)的另一端為冷端(D)，兩個(D)端焊有熱電勢的輸出線(5)，它們?yōu)槠胀紝w；尚可省去次熱端(C)，而只保留次熱端(B)，但這種具有單個次熱端的快超調(diào)熱電偶的設計與公知技術(shù)相反是在正絲(2)的另一端焊有一根負絲(1)，也就是，這時具有冷端(D)的兩個偶絲(1)和(3)都是負絲，塞貝爾系數(shù)大，而共用的偶絲(2)是耐熱的正絲，塞貝爾系數(shù)小，故減小正絲(2)的長度對熱電偶的效率損失不大，采用較短的正絲(2)，次熱端(B)的溫度就更接近熱端(A)的溫度，其反向熱電勢在幅度上就能更接近熱端的正向熱電勢，而溫度傳導時間延遲也不會太長，這樣，由熱端(A)和次熱端(B)結(jié)構(gòu)而成的兩個基本熱電偶就都是高效熱電偶，其熱電勢幅度高，動態(tài)變化率大，正、負熱電勢抵消后動態(tài)超調(diào)量±ΔE大，而穩(wěn)態(tài)幅值E1可降低；本超調(diào)熱電偶是全裸露的，或只有次熱端(B)、和負絲(1)是裸露的，即半裸的。
2，權(quán)利要求l皿的超調(diào)熱電偶的特征是，熱端(A)安裝在皿處，而次熱端(B) 安裝在接近，但Mffi低于熱端之處。
3，權(quán)利要求1自的超調(diào)熱電偶的特征是，熱端(A)處的熱容量小，即熱響應迅 速，而次熱端(B)處或(C)處的熱容量較大即熱響應稍1t~^慣性稍大。
4，權(quán)利要求l皿的超調(diào)熱電偶的特征是，正絲(2)和負絲(3)的截面積《偶絲 (1)和(4)的截面積。
5，權(quán)利要求1皿的超調(diào)熱電偶的特征是，正絲(2)是耐熱的偶絲，裸露時， 面為矩形、弧形或圓形，截面寬度》負絲(3)的直徑。
6，權(quán)利要求im的超調(diào)熱電偶的特征是，只有次熱端(B)和負絲(1)是裸露的 結(jié)構(gòu)中，其熱端(A)及偶絲(3)裝在耐熱的錐形襯套(6)里，該襯套同時擔當正偶 絲(2)的功能，負絲(1)的一端與錐糊套的粗端焊接，形成次熱端(B)，負絲(1) 的另一端,導電襯套(8)上，超調(diào)熱電偶的其它部分套有絕緣物(7)再從導電襯套 中(8)穿出，負絲(1)有r 3個，平鏈接。
7，權(quán)利要求l自的超調(diào)熱電偶的特征是，在冷端(D) IM用耐熱的絕緣子(10) 固定兩根輸出線(5)。
全文摘要
一種動態(tài)超調(diào)快速熱電偶(簡稱快速熱電偶)，用于熄火保護。其熱端由正、負熱電偶絲熔接而成。本熱電偶的特點在于熱端(A)的正、負偶絲又分別焊有負、正偶絲，形成兩個焊點，即為次熱端(B)和(C)。尚可只保留次熱端(B)，偶絲(1)和(3)都是貝塞爾系數(shù)大的偶絲。由冷端輸出所有各個導體的接觸電勢和熱電勢的代數(shù)和。本熱電偶的熱端(A)的熱慣性小，且易于散熱，而次熱端(B)和(C)的熱慣性稍大。主要焊點和偶絲裸露，或只有熱端(A)和偶絲(1)裸露。這樣，可產(chǎn)生更低的穩(wěn)態(tài)熱電勢和較大的動態(tài)超調(diào)，熱電響應速度很快。
文檔編號G01K7/02GK101476944SQ20081001721
公開日2009年7月8日 申請日期2008年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月3日
發(fā)明者良 富 申請人:富 良;西北農(nóng)林科技大學