一種具有雙繞組單鐵芯的測溫裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術提供了一種具有雙繞組單鐵芯的測溫裝置，線圈與鐵芯之間通過電磁耦合建立聯系，根據線圈的電壓電流信息間接獲得鐵芯的導磁特性信息，利用不同溫度下鐵磁材料導磁能力變化的特征，通過識別這些特征的變化進行溫度的測量。本實用新型專利技術可以實現接觸式和非接觸式溫度的測量，實現溫度的精確可靠測量，避免了使用傳統溫度探頭與待測溫物體之間無法直接接觸以及由于隔離材料等導致的溫度衰減和測量誤差。本實用新型專利技術提供了一種新型的溫度測量裝置，不僅可以應用于工業中，也可以應用于民生領域，如電飯煲、電磁爐等加熱電器的溫度測量與控制。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于溫度感知測量
，具體涉及一種具有雙繞組單鐵芯的測溫裝置。
技術介紹
溫度作為一個非常重要的指標參數，在工業、醫療、軍事和生活等許多領域，都需要用到測溫裝置來監測溫度，溫度的測量監測已經成為各行各業進行安全生產和減少損失采取的重要措施之一。在工業制造中，許多加工環節需要在不同溫度下進行，并且對溫度的精準度有明確的要求，常用的測溫技術有熱電耦測溫、熱敏電阻測溫、半導體測溫、光纖測溫、紅外測溫以及無線測溫技術。傳統的接觸測溫方式中,中低溫通常采用熱電阻測量，在高溫測量環境下主要采用熱電偶,廉金屬熱電偶主要用于1300℃以下的溫度測量,1300℃以上高溫溫度傳感器主要為鉑、銠等貴金屬材料制作的熱電偶和鎢錸熱電偶。導磁物質由許多微觀的磁疇組成，在低溫時，鐵氧體、硅鋼片、電工純鐵等鐵磁材料的磁疇磁矩排列有序，磁導率較高，隨著溫度的上升，金屬原子熱運動加劇，使磁疇磁矩排列逐漸變得無序，磁導率減小，當溫度繼續上升至居里溫度附近，由于高溫下原子的劇烈運動，磁疇磁矩的排列混亂無序，整體呈現為失去磁性。對于非晶合金而言，在溫度變化過程中呈現復雜的磁特性變化。《非晶合金J-A模型修正》（電機與控制學報[J]，2014年第7期，李超）中通過對多種鐵磁材料的實驗研究，證明磁導率會隨溫度變化，以其溫度特性的不同可以將鐵磁材料分為兩類：①硅鋼片、坡莫合金、電工純鐵和鐵氧體等；②納米晶和非晶合金。以硅鋼片和非晶合金為例，其最大磁導率的溫度特性曲線如圖1所示，其中電工純鐵102、硅鋼片103的最大磁導率隨著溫度的上升而減小，到達居里溫度附近時，磁導率快速降低直至接近于零。而非晶合金101的最大磁導率的溫度特性較復雜，隨著溫度的上升，非晶合金磁導率增大，上升至一定溫度后磁導率達到最大值，定義此溫度為Tb，隨著溫度的繼續上升，磁導率減小，到達居里溫度Tc附近時，磁導率急劇下降，直至接近于零?！禞-A模型誤差修正和溫度特性仿真》（電工技術學報[J]，2014年第9期，李超等）中采用新日鐵生產的冷軋有取向硅鋼片（型號Z110）進行實驗驗證，硅鋼片厚度為0.23mm，閉合磁環內半徑40mm，外半徑70mm，寬度為40mm，通過對硅鋼片磁環的BH實際測量，得到隨溫度變化的極限磁滯回線如圖2所示，發現隨溫度的上升，飽和磁化強度減小、矯頑力減小、剩磁減小、矯頑力點/剩磁點斜率增大。
技術實現思路
本技術提供了一種具有雙繞組單鐵芯的測溫裝置，利用不同溫度下鐵磁材料導磁能力變化的特征，通過識別這些特征的變化進行溫度的測量，選擇合適的導磁材料以及測溫量程，使得導磁材料的磁導率在此測溫量程區間內具有隨溫度而單向變化的特征，即隨著溫度的變化磁導率進行單向的增大或減小，本技術利用這個特征，通過建立溫度與導磁能力二者的數據關系并進行量化標定，然后根據導磁能力的變化特征間接獲得溫度數據，實現溫度測量。測溫裝置的組成包括溫度測量系統、直流電源系統、交流電源系統、直流繞組線圈、交流繞組線圈以及具有閉合磁回路的鐵芯，其中直流電源系統與直流繞組線圈連接，交流電源系統與交流繞組線圈連接，直流繞組線圈、交流繞組線圈纏繞在鐵芯的外側，直流電源系統、交流電源系統與溫度測量系統連接。測溫方法包括以下步驟：第一步：將測溫裝置與待測溫物體表面緊密接觸；第二步：將直流電源系統與直流繞組線圈連接，交流電源系統與交流繞組線圈連接；第三步：溫度測量系統控制直流電源系統、交流電源系統輸出的電壓、電流并獲得電壓電流的實時采樣數據；第四步：溫度測量系統根據電壓電流的實時采樣數據，識別鐵芯導磁能力的變化，實時計算出當前的鐵芯溫度。識別鐵芯導磁能力的變化通過計算BH曲線的不對稱度、測量偏磁直流Idc以及交流電壓Uac的變化實現。根據繞組線圈與鐵芯的空間位置，測溫方法具體可分為接觸式測量和非接觸式測量。接觸式測量中繞組線圈直接繞在鐵芯上，待測溫物體與無線圈纏繞的局部鐵芯緊密接觸，或將鐵芯與待測溫物體緊密接觸后，線圈繞制在鐵芯與待測溫物體的外側，接觸式測量中鐵芯的局部或測溫裝置整體與待測溫物體表面緊密接觸，繞組與鐵芯之間一起承受待測溫物體的溫度。非接觸式測量中將鐵芯與待測溫物體緊密接觸后，線圈纏繞在鐵芯與待測溫物體的外側，鐵芯承受待測溫物體的溫度，鐵芯以及待測溫物體與繞組線圈之間通過填充物進行充分的電、熱的絕緣以及隔離，其中繞組與待測溫物體不直接接觸?；驅⒕€圈經過充分的電、熱的絕緣以及隔離后纏繞在鐵芯上，待測溫物體與無線圈纏繞的局部鐵芯緊密接觸，繞組不與鐵芯一起承受待測溫物體的溫度。通過計算BH曲線的不對稱度測量溫度的具體步驟如下：第一步：對交流繞組線圈兩端的交流電壓Uac和流過的勵磁電流Iexc進行高速數字采樣，將波動的電壓和電流轉換為表征其變化過程的采樣數據序列，對電壓數據序列進行積分處理后得到的B_one_wave序列，將其作為磁感應強度B的變化，電流數據作為H_one_wave序列表現磁場強度H的變化，分別以B、H為縱、橫坐標軸，逐點繪制，重構出BH曲線。第二步：分別找出BH曲線的B、H軸方向的極大值、極小值以及新的中心點，以新的中心點為原點構建新的參考坐標系將BH曲線分割為四個象限，然后分別求出在新坐標系中第一象限、第三兩個象限內極值點與坐標軸形成的矩形面積，計算得出表征BH曲線特征的BH曲線不對稱度k_asy。第三步：根據計算出的BH曲線不對稱度k_asy，通過查找比對BH不對稱度-溫度的關系曲線即可獲得當前鐵芯的溫度。通過測量偏磁直流Idc實現溫度測量的具體步驟如下：交流電源系統中的交流電壓Uac固定，調控直流電源系統的電壓Udc，改變直流繞組線圈中的偏磁直流Idc大小從而讓鐵芯逐漸進入偏磁后的單側飽和工作狀態，隨著直流偏磁場的增大，鐵芯的磁滯回線逐漸進入單側飽和區域回環，交流繞組線圈中的勵磁電流Iexc也逐漸增大，通過調整偏磁直流Idc的大小，直流繞組線圈中的勵磁電流Iexc將隨之改變，不斷增大偏磁直流Idc，直到勵磁電流Iexc的峰值達到某個設定值，此時停止調整偏磁直流Idc，由于不同溫度下鐵芯的導磁能力存在差異，根據此時的直流偏磁電流Idc大小，通過偏磁直流-溫度的關系曲線即可獲得當前鐵芯的溫度數據。通過測量交流電壓Uac實現溫度測量的具體步驟如下：直流電源系統控制直流繞組線圈中的偏磁直流Idc固定不變，從而保持鐵芯中的直流偏磁恒定，通過改變交流電源系統中的交流電壓Uac，讓鐵芯進入偏磁后的單側飽和工作狀態，隨著交流繞組線圈兩端交流電壓Uac的改變，交流繞組線圈中的勵磁電流Iexc也會發生改變，通過調整交流電壓Uac的大小，直到交流繞組線圈中的勵磁電流Iexc的峰值達到某個設定值，此時停止調整交流電壓Uac，由于不同溫度下鐵芯的導磁能力存在差異，通過交流電壓-溫度的關系曲線即可獲得當前鐵芯的溫度數據。通過測量偏磁直流Idc、交流電壓Uac實現溫度測量的具體步驟如下：通過不斷調整偏磁直流Idc或交流電壓Uac，改變BH曲線的不對稱度，直至不對稱度穩定在某一個設定的目標數值，然后使用偏磁直流-溫度、交流電壓-溫度的關系曲線，通過查找比對獲得當前鐵芯的溫度。有益效果本技術可以實現接觸式和非接觸式溫度的測量，提供了一種具有雙繞組單鐵心的測溫裝置，實現本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有雙繞組單鐵芯的測溫裝置，其特征在于，測溫裝置的組成包括溫度測量系統、直流電源系統、交流電源系統、直流繞組線圈、交流繞組線圈以及具有閉合磁回路的鐵芯，其中直流電源系統與直流繞組線圈連接，交流電源系統與交流繞組線圈連接，直流繞組線圈、交流繞組線圈纏繞在鐵芯的外側，直流電源系統、交流電源系統與溫度測量系統連接。

【技術特征摘要】
1.一種具有雙繞組單鐵芯的測溫裝置，其特征在于，測溫裝置的組成包括溫度測量系統、直流電源系統、交流電源系統、直流繞組線圈、交流繞組線圈以及具有閉合磁回路的鐵芯，其中直流電源系統與直流繞組線圈連接，交流電源系統與交流繞組線圈連接，直流繞組線圈、交流繞組線圈纏繞在鐵芯的外側，直流電源系統、交流電源系統與溫度測量系統連接。2.如權利要求1所述的一種具有雙繞組單鐵芯的測溫裝置，其特征在于，根據繞組線圈與鐵芯的空間位置，測溫裝置具體可分為接觸式測量和非接觸式測量。3.如權利要求1所述的一種具有雙繞組單鐵芯的測溫裝置，其特征在于，接觸式測量中繞組線圈直接繞在鐵芯上，待測溫物體與無線圈纏繞的局部鐵...

【專利技術屬性】
技術研發人員：樂曉蓉，盧慶港，
申請(專利權)人：盧慶港，
類型：新型
國別省市：江蘇;32