一種快速響應熱電偶熱響應時間的測試系統技術方案

本實用新型專利技術揭示了一種快速響應熱電偶熱響應時間的測試系統。由單片機、電子開關、激光器、熱電偶、冰水浴容器、高速數據采集器、計算機組成；所述單片機電連接電子開關，所述電子開關電連接激光器，所述熱電偶有兩個端頭,分別是測量端和參考端，所述激光器照射熱電偶的測量端，所述熱電偶的參考端放入所述冰水浴容器內進行冰水浴，熱電偶測量端的一條線連接所述高速數據采集器的正接線柱，所述熱電偶參考端的一條線連接所述高速數據采集器的負接線柱，所述計算機連接所述高速數據采集器。該測試系統對熱電偶的熱響應時間進行測量，結果準確可靠、設備簡單，實用性較好。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于熱電偶測試
，尤其是涉及一種快速響應熱電偶熱響應時間的測試系統。
技術介紹
熱電偶傳感器結構簡單、價格便宜、測量范圍廣，被廣泛應用在工業生產中。普通熱電偶熱響應時間一般都在2s以上，難以滿足特定工況下對瞬態溫度的要求。快速響應的熱電偶熱響應時間很短，達ms量級或μs量級，能滿足瞬態溫度測量要求。熱響應時間表征熱電偶的靈敏度，是熱電偶一個很重要的指標。JB/T9238-1999中規定熱響應時間或時間常數是指在溫度出現階躍變化時，熱電偶或熱電阻的輸出變化至相當于該階躍變化的50％所需的時間,而國際上現在通用溫度階躍變化的63.2％所需的時間。熱電偶的熱響應時間測試常用投入法、熱風洞法、電加熱法、激波管法、激光調制法等，各有優缺點。如投入法由于人手反應慢，對具有較小熱響應時間的熱電偶測量時不適用；熱風洞法設備復雜、使用費用昂貴、輸入信號并不是理想的階躍信號，對小慣性熱電偶進行校準時，會產生較大的誤差；電加熱法也同樣具有上述問題；激波管法在產生溫度階躍后保持的時間短，不能使熱電偶輸出響應達到穩態，故也無法得到可靠的時間常數值；激光調制法由于其性能優良，對毫秒及亞毫秒量級熱電偶的熱響應時間測量結果好，不足的是整套設備復雜、昂貴，不便于廣泛使用。
技術實現思路
針對
技術介紹
中存在的問題，本技術的目的在于提出一種快速響應熱電偶熱響應時間的測試系統。為實現上述技術目的，本技術采用如下技術方案予以實現:一種快速響應熱電偶熱響應時間的測試系統，由單片機、電子開關、激光器、熱電偶、冰水浴容器、高速數據采集器、計算機組成；所述單片機電連接電子開關，所述電子開關電連接激光器，所述熱電偶有兩個端頭，分別是測量端和參考端，所述激光器照射熱電偶的測量端，所述熱電偶的參考端放入所述冰水浴容器內進行冰水浴，熱電偶測量端的一條線連接所述高速數據采集器的正接線柱，所述熱電偶參考端的一條線連接所述高速數據采集器的負接線柱，所述計算機連接所述高速數據采集器。優選的，所述的單片機是8051系列單片機。優選的，所述的電子開關是功率場效應管。優選的，所述的激光器為一波長為650nm的紅光激光器。優選的，所述熱電偶是指直徑在10～50μm的微細絲熱電偶。本技術的有益效果是：1、本測試系統對熱電偶的熱響應時間進行測量，結果準確可靠、設備簡單，實用性較好，對于解決熱電偶的熱響應時間的測量問題具有較大的實用價值。2、本測試系統利用單片機、電子開關、紅外激光器可獲得理想的正、負階躍溫度。丹麥B&K公司的型號為3560C的高速數據采集器集濾波與放大功能于一身，可直接用于熱電偶測溫，不用再單獨設計放大電路和濾波電路，因此可快速準確采集到實驗的熱電勢值，測試的熱響應時間可達到ms級。附圖說明圖1是熱電偶的熱響應時間的測試系統示意圖。圖2是測試得到的熱電偶的熱電勢對階躍溫度的響應曲線。圖3是圖2中Ⅰ段的放大圖。其中：1-單片機；2-電子開關；3-激光器；4-熱電偶；5-冰水浴容器；6-高速數據采集器；7-計算機。具體實施方式下面結合附圖對本技術作進一步說明：如圖1至圖3所示，本技術實施例提供的一種快速響應熱電偶熱響應時間的測試系統，由單片機1、電子開關2、激光器3、熱電偶4、冰水浴容器5、高速數據采集器6、計算機7組成。所述單片機1電連接電子開關2，所述電子開關2電連接激光器3，所述熱電偶4有兩個端頭，分別是測量端和參考端，所述激光器3照射熱電偶4的測量端，所述熱電偶4的參考端放入所述冰水浴容器5內進行冰水浴，熱電偶4測量端的一條線連接所述高速數據采集器6的正接線柱，所述熱電偶4參考端的一條線連接所述高速數據采集器6的負接線柱，所述計算機7連接所述高速數據采集器6。所述的單片機1是8051系列單片機。所述的電子開關2是功率場效應管，其響應速度在5μs之內。所述的激光器3是采用一波長為650nm的小功率普通紅光激光器，產生激勵熱源。所述熱電偶4是直徑為10～50μm的極微細純銅絲和康銅絲焊接的熱電偶。所述的冰水浴容器5內裝有冰和水混合物，溫度為0℃。所述的高速數據采集器6是集濾波與放大功能于一身的丹麥B&K公司生產的型號為3560C的高速數據采集器，其采樣頻率最大可達到25.6KHz，不用再單獨設計放大電路和濾波電路。所述的計算機7是普通計算機，普通計算機內安裝高速數據采集器自帶的7700平臺軟件，能進行數據處理。電子開關2的作用：利用單片機1控制輸出高電平時，電子開關2斷開，激光器3不工作；輸出為低電平時，電子開關2閉合，激光器3立即工作。為了記錄熱電偶4在產生階躍溫度前的初始溫度信號，單片機1在輸出低電平之前，持續輸出一段高電平。因此在單片機1開始工作之前先開啟高速數據采集器6記錄初始溫度信號，然后開啟單片機1控制電子開關2閉合讓激光器3立即工作，高速數據采集器6連續采集熱電偶4從初始溫度開始到產生階躍溫度后整個過程的響應信號。此外，激光器3加熱的終止時間應為熱電偶4熱響應時間的5倍以上。該測試系統工作過程是：在實驗開始前，首先將已靜態標定好的熱電偶4置于穩定的室溫氣流中，對激光調焦，使其焦點恰好對準熱電偶4測量端并固定，然后將熱電偶4另一端置于冰水浴容器5中作為參考端。先后開啟高速數據采集器6和單片機1電源，通過高速數據采集器6記錄熱電偶4在升、降溫過程中對階躍溫度的熱電勢響應信號，在計算機7上處理數據獲得熱電偶4對階躍溫度的響應曲線，進而得到其熱響應時間。如圖2所示，圖2是測試得到的一條快速響應熱電偶4熱電勢對階躍溫度的響應曲線，圖中U代表熱電勢，t代表測試時間。熱電勢隨時間的變化響應曲線可分為3個階段：上升段Ⅰ為加熱階段、水平段Ⅱ為動態熱平衡階段、下降段Ⅲ為冷卻階段。圖3是圖2中上升段Ⅰ的放大圖，根據圖形數據，波形電壓幅值為13.8mv，對應的階躍溫度達到318℃，從得到的響應曲線上可直接讀出熱電偶4指示溫度與初始溫度之差達到溫度階躍的63.2％所需的時間，該熱電偶4的熱響應時間約為118.8ms。同理，在下降段Ⅲ產生負溫度階躍時熱電偶4的熱響應時間約為115.2ms。則該熱電偶4的平均熱響應時間約為117ms。顯然，本領域的技術人員可以對本技術進行各種改動和變型而不脫離本技術的精神和范圍。這樣，倘若本技術的這些修改和變型屬于本技術權利要求及其等同技術的范圍之內，則本技術也意圖包含這些改動和變型在內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種快速響應熱電偶熱響應時間的測試系統，其特征在于：由單片機、電子開關、激光器、熱電偶、冰水浴容器、高速數據采集器、計算機組成；所述單片機電連接電子開關；所述電子開關電連接激光器；所述熱電偶有兩個端頭,分別是測量端和參考端；所述激光器照射熱電偶的測量端，所述熱電偶的參考端放入所述冰水浴容器內進行冰水浴，熱電偶測量端的一條線連接所述高速數據采集器的正接線柱，所述熱電偶參考端的一條線連接所述高速數據采集器的負接線柱，所述計算機連接所述高速數據采集器。

【技術特征摘要】
1.一種快速響應熱電偶熱響應時間的測試系統，其特征在于：由單片機、電子開關、激光器、熱電偶、冰水浴容器、高速數據采集器、計算機組成；所述單片機電連接電子開關；所述電子開關電連接激光器；所述熱電偶有兩個端頭,分別是測量端和參考端；所述激光器照射熱電偶的測量端，所述熱電偶的參考端放入所述冰水浴容器內進行冰水浴，熱電偶測量端的一條線連接所述高速數據采集器的正接線柱，所述熱電偶參考端的一條線連接所述高速數據采集器的負接線柱，所述計算機連接所述高速數據采集...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐立新，王良璧，謝建斌，楊智偉，姜愛雄，周富濤，管厚兵，
申請(專利權)人：蘭州交通大學，
類型：新型
國別省市：甘肅;62