提供一種用于測量待測物體的溫度的溫度感測裝置。該溫度感測裝置包括與該待測物體接觸的探頭。該裝置使用熱能源向探頭輸送或從探頭輸送熱能來阻止熱傳遞給該待測物體或從該待測物體熱傳遞。該熱能源可以包括加熱／冷卻源。該溫度感測裝置還包括熱通量傳感器。該探頭與該加熱／冷卻源之間的溫度差異將驅動熱通量通過該熱通量傳感器。還提供了一種用于確定待測物體的溫度的方法。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本文描述的主題大體上涉及感測裝置，更特別的，涉及增加溫度測量準確度的裝 置和方法。
技術介紹
用于測量溫度的感測裝置或探頭(例如電阻溫度裝置(RTD)等)在本領域中一般 是已知的。這類探頭中的大部分具有相當大的熱容量，并且通過它們的結構向周圍環(huán)境釋 放熱量。在探頭與正測量其的溫度的物體或表面(這里稱為未知物或待測物體)接觸時這 可產生問題。例如，嘗試測量未知物的溫度的探頭典型地處于與該未知物不同的溫度，例如室 溫。當該探頭與待測物體接觸時這產生熱傳遞的問題。因為該探頭處于與該未知物不同的 溫度，當這兩者接觸時探頭實際上改變該未知物的溫度。因此，該探頭可嚴重地干擾該未知 物的溫度以致于不能檢測該未知物的準確溫度。當使用已知裝置或者探頭測量溫度時，它必須與待測物體緊密熱接觸(低熱阻)。 相反地，待測物體必須具有與探頭之間的低熱阻。待測物體必須具有某個容量的熱源或者 散熱器(sink)以向探頭供應或者/從探頭移除熱能，使探頭溫度與待測物體溫度一致，并 維持該溫度下從探頭的能量損失。如果這些條件不能滿足，探頭將會冷卻或者加熱待測物 體，改變待測物體的溫度并導致測量誤差。為了測量具有高熱阻的未知物的溫度，典型地使用非接觸方法。一般地，非接觸方 法使用由頂傳感器(通常物理上遠離未知物)檢測的來自未知物的紅外(IR)輻射。然而， 在使用非接觸溫度測量裝置的情況下，噪聲和表面發(fā)射率都限制系統(tǒng)準確度。因此，提供一種可更準確地測量具有高熱阻的未知物的溫度的感測裝置是可取 的。提供一種可更準確地測量具有低熱阻和不良供熱的未知物的溫度的感測裝置是進一步 可取的。另外，提供一種在未知物和感測裝置之間存在不良熱接觸的情況下更準確地測量 溫度的感測裝置是可取的。
技術實現(xiàn)思路
根據(jù)本專利技術的實施例，用于測量待測物體的溫度的溫度感測裝置包括與該待測物 體接觸的探頭和用于阻止熱量向該待測物體傳遞或從該待測物體傳遞的部件。該用于阻止 熱量向待測物體傳遞或從待測物體傳遞的部件將熱能輸送給探頭或從探頭輸送。在本專利技術的另一個實施例中，用于測量待測物體的溫度的溫度感測裝置包括探頭 和用于阻止熱量向該待測物體傳遞或從該待測物體傳遞的加熱/冷卻源。該溫度感測裝置 進一步包括熱通量傳感器。該探頭與該加熱/冷卻源之間的溫度差異將驅動熱通量通過該 熱通量傳感器。在本專利技術的再另一個實施例中，提供了一種用于確定待測物體的溫度的方法。該 方法包括使探頭與該待測物體接觸，并且通過使用熱能源將熱能向探頭輸送或從探頭輸送4來阻止熱量向該待測物體傳遞或從該待測物體傳遞。該方法進一步包括基于該探頭和該熱 能源之間的熱通量來平衡探頭溫度和待測物體溫度。附圖說明僅以示例的方式提供的實施例的下列詳細說明將參照附圖給出，其中圖1是根據(jù)本專利技術的實施例的與待測物體接觸的溫度感測裝置的示意圖。具體實施例方式本專利技術的實施例關注用于測量未知物或待測物體的溫度的裝置和方法。能量，也 就是熱損失或熱增益(thermal gain)，不由該未知物供應給溫度感測裝置。相反，能量由 熱能源供應給溫度感測裝置，該熱能源服務于平衡感測裝置的溫度與未知物的溫度。該熱 能源是用于阻止熱量向未知物傳遞或從未知物傳遞的部件。在本專利技術的實施例中，熱能源 為加熱/冷卻源。該裝置進一步包括耦合于加熱/冷卻源的熱通量傳感器。該加熱/冷卻 源將該裝置加熱或冷卻到未知物的溫度，從而將由該熱通量傳感器感測到的熱通量降低到 零。在圖1中圖示，示出根據(jù)本專利技術的實施例的溫度感測裝置10。溫度感測裝置10包 括溫度計元件7，其進而包括溫度計顯示器1。溫度計元件7可包括如本領域內已知的電阻 溫度裝置(RTD)。溫度計7還可是熱電偶、熱敏電阻或其他在期望溫度范圍中工作而具有期 望準確度的溫度傳感器。溫度計7配置成測量在圖1中示為加熱/冷卻源3的熱能源的溫 度。因此溫度計7的任何熱損失和熱容量都由加熱/冷卻源3供應，而不是由未知溫度的 物體6供應，未知溫度的物體6在本文中也稱為未知物或待測物體。在本專利技術的實施例中，加熱/冷卻源3包括珀耳帖(Peltier)熱電裝置，也稱為熱 電冷卻器(TEC)。當加熱/冷卻源3包括TEC時，可以根據(jù)熱通量的方向來加熱或冷卻溫度 感測裝置10。其他具有加熱和冷卻能力的系統(tǒng)也可包括加熱/冷卻源3。在備選實施例中，加熱/冷卻源3僅包括加熱源。適合在溫度感測裝置10中使用 的加熱器包括例如電阻元件(例如鎳鉻合金絲(Nichrome wire)等)。在再另一個實施例 中，加熱/冷卻源3僅包括冷卻源。適合在溫度感測裝置10中使用的冷卻器包括例如蒸發(fā) 冷卻器和相變冷卻器。熱通量傳感器4連接到加熱/冷卻源3。加熱/冷卻源3和熱通量傳感器4連接 以便最小化它們接合處的熱阻并且橫跨熱通量傳感器4的表面區(qū)域分布能量。熱通量傳感 器4可包括任何提供與流過其的熱能或‘通量’成比例的電輸出的裝置。熱通量傳感器4還連接到傳感器探頭5。熱通量傳感器4和傳感器探頭5也連接 以便最小化它們接合處的熱阻并且橫跨熱通量傳感器4的表面區(qū)域分布能量。在本專利技術的 實施例中，熱通量傳感器4設置在加熱/冷卻源3和探頭5之間。探頭5提供將熱通量傳 感器4熱連接到未知物6的部件。因此，探頭5可由高熱導率并且低熱質量的材料構成，包 括但是不限于金剛石或陶瓷材料。典型地，探頭5做成是盡可能小以最小化它的熱阻和熱 質量同時允許實用的機械結構并為用戶提供足夠便利。重新參考熱通量傳感器4，熱通量傳感器4輸出電信號給包括放大器的反饋控制 電路2。該電信號與通過熱通量傳感器4的熱通量的大小和方向成比例。控制電路2基于這些信號調整對加熱/冷卻源3的功率來使熱通量為零或者大致為零。指示器8指示什么 時候達到該狀況，并且控制電路2進入中性狀態(tài)。此時，可以通過顯示器1讀取未知溫度。指示器8從控制電路2接收輸出信號并包括當在顯示器1上的讀數(shù)有效時開啟的 光源(未示出)。指示器8還可包括當讀數(shù)有效時發(fā)聲的報警器。關于顯示器1，顯示的溫 度值本身可在讀數(shù)有效前為空白、閃爍、或由例如“等待”等詞代替。指示器8是通知用戶 已經完成溫度平衡并且因此顯示器1上的顯示讀數(shù)是有效的任何形式的指示。參考上文描述的使用溫度感測裝置10來確定未知物6的溫度，首先使探頭5與待 檢測物體或者未知物6接觸。當在溫度感測裝置10和未知物6之間有熱阻時，存在進入或 離開探頭5的熱通量。在任何一種情況下，探頭5的溫度將變得與加熱/冷卻源3的不同。 傳感器探頭5與加熱/冷卻源3之間的溫度差異驅動熱通量通過熱通量傳感器4。熱通量傳感器4輸出信號到控制電路2，并且控制電路2傳送對應電流給加熱/冷 卻源3。從控制電路2傳送的電流調節(jié)給加熱/冷卻源3的功率以使熱通量傳感器4感測 到的熱通量為零。傳送的電流可與感測到的熱通量的大小和方向成比例。控制電路2的輸 出還連接到指示器8。基于包括指示器8的指示器類型，指示器8配置成指示或者顯示什么 時候熱通量為零或者接近為零。最初，當使探頭5與未知物6接觸時，溫度感測裝置10和未知物6通常處于不同 溫度。當裝置10與未知物6相比冷時，存在進入探頭5的熱通量。備選地，當裝置10與未 知物6相比熱時，存在離開探頭5的熱通量。接下來的討論涉及在裝置10與未知物6相比 冷的情況下裝本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
１．一種用于測量待測物體的溫度的溫度感測裝置，所述溫度感測裝置包括：與所述待測物體接觸的探頭；以及適用于阻止熱傳遞給所述待測物體或從所述待測物體熱傳遞的熱能源；其中所述熱能源通過給所述探頭輸送或從所述探頭輸送熱能來阻止熱傳遞。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：R·G·布朗，
申請(專利權)人：通用電氣基礎設施傳感公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US
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