专利名称：动态超调快速热电偶的制作方法
动态超调快速热电偶
湖微鹏 一种动态超调快速热电偶(下简称超调热电偶)，是具有高动态
热电变化率的as传,，它用于旨检测以及火焰熄火的快速热电保护。
絲絲.目前，公知的热电偶有一个热端，它由正热电鄉丝(下简称正丝) 和负热电势偶丝(下简称负丝)的端头进行焊接而成，两偶丝的另一端即为冷端，两个 冷端焊有补偿导线或晚出线。输出到测量*^或电磁阀上的总电势是这4根导体的热电
势和3个焊点的接触电势的代数和。热电偶的热端接受火焰的高温后，经输出线向电磁 阀供给电流，使电磁阀开阀通气，当意外熄火时，热电# 渐变小，电磁阀线圈电流消 失，便恢复到常闭状态，从而起到安全 作用。不过，由于热电偶都具有质量，不可 能及时响应温度的变化。当前的技7l^准GFT28"2003规定开阀时间小于45秒闭阀时间 小f60秒，这个时间太长，对大功率燃具，这样的保护有危险。
我们对热电熄火做分析一下。为了鹏开启电磁阀，必须加大热电势的幅舰其 上升变化率，所以，H^ffl贝塞尔系数最大的E分度偶丝，即镍^"糊偶丝，且偶 丝的长度要大些。而为了快速关闭电磁阀，必须發J、热电势的離，下降的变化率仍要 加大。可见，开启和关闭电磁阀鹏求大的热电被化率而对其幅值的要求却是相反的。 我们被迫两者都要照顾，折衷的结果，使热电保护的电磁阀开启和关闭时间一直不理 想，都太长。
市场上有一种 型热电偶，其头部的锥,套为正丝，锥^W套的尖端与负丝焊 接，形成热端，锥糊套的粗端便成了一个冷端，粗端与一错导电衬套压配合。负丝 的另一端焊一个正丝，它们的焊点就是一个鄉端-正丝后面再焊一根输出导线。舰 这种65tM电偶，阀门的，皿加快。但是这种热电偶的具有不足之处由于其锥形 衬套应耐热，故是用镍铬不锈钢的正丝(其正贝塞尔系数较低)。则工作端就必焊有另 个负丝， 一般用E分度的康铜，其负贝塞尔系数高。因其热端到次热端使用了贝塞尔 系数大的负丝。为了不过多损失热端的热电势，该负丝不应太短，否则皿出限制上升 热电势的幅m&其变化率的代价，会反而使阀门的开启性能有所降低。这样，次热端温 度就不会更高些，加上该负丝之后必焊上贝塞尔系数小的正丝，结果补偿的反向电, 小，也就限制了 端的补偿作用不会太强，造成闭阀时间不会太短。
t述所有偶丝和接点都^露，，闭在绝缘套管和导电衬套里的。整体热惯性大， 散热不良，会降低热电势的变化率，也影响效果。发柳系 要條離术/繊
^度是热电微的关键，对大功率燃烧器尤为重要。本专利的目的是，克脏 述热电輸电响^IS不够快的问题，,动态超调鹏热电鹏术，实现快速热电保护。
發术方審
本专利提出热电糊态超调的思路，M31几个技术措施，可解决现有热电偶热电响 g度慢的问题。
本专利的狱方案是，设法形成开启和关闭阏门时热电势的高超调量，从而尽可能 地提高热电，态上升和下降的变化率，同时进一步降低开启电磁阀时的热电势的稳态 幅值。但该幅值仍l^裕度。
具体的技术措施有
*采用两个次热端(B)和(C):艮P:热端(A)的正丝(2)和负丝(3)的另两端
分别焊有与其相匹配的负丝(1)和正丝(4)，其焊点就是两个次热端(B)和(C)。两
个次热端比一个次 ^^更大的热电，态超调量。
尚可只采用一个次热端(B):省去次热端(C)，而必须保留次热端(B)，其设 计与公知的相反是在正丝(2)的另一端焊有一根负丝(1)，也就是，这时具有冷端
(D)的两个偶丝(1)和(3)都是大塞贝尔系数的负丝，而共用的偶丝(2)是耐热正 丝，其塞贝尔系数小，所以它可以短些，影响较小。故次温端的鹏可更接近繊的温 度。可见，这种布局，形成了由 和次热端构成的两个热电偶，它们都是热电势损失 小、高输出的热电偶。根据热电偶中间导体定律叠加热电势，可以得到较好的预想效 果稳絲电势幅值在有裕度的前提下可补偿到最小，而动态上升和下降的热电势超 调量可成倍加大，得到很高的变化率，从而可使阀门开启和关闭时间大，短。
*本超调热电偶是全裸露的，或只有次热端(B)、和负丝(1)是裸露的，即半裸 的。裸露的好处是散热速度快。一m^具安装环境是允许^具有一定强度的全裸或半 裸热电偶的。
将裸露的次热端(B)的安，置,m^并面对热辐射。这有助于提高次热端 的旨，加大热电势补偿效率。
*热端(A〉质量小些，即热响应腿，而次热端(B) (C)处的质量要大，即热 响应稍缓1t~~^惯性稍大。于是产生了适当的传热延迟，才能形自大超调量。
*共用偶丝(2)和偶丝(3)的截面积《偶丝(1)和(4)的截面积。也对提高热 响i^S、产生Jg当的有益传热Eifi。
*裸露式结构的正丝(2)是耐热的偶丝，截面为矩形、弧形或圆形，截面宽度》负丝(3)的直径。这个措施相当于，给热端及其i^一类负偶丝配置一个耐热挡火板， 延长《tffi寿命。
*只有次热端(B)和负丝(1)是裸露式的结构中，其热端(A)及偶丝(3)装 在耐热的锥形衬套(6)里，该衬套同时具有正偶丝(2)的功能。这时，负丝(1)的 -端与锥^M^^焊接形成次热,)，负丝(1)的另一端焊在导电衬套(8)上。超调热 电偶的其它部賴有绝缘物(7)，再从导电衬套中穿出。负丝(1)有r 3个，它们的 结构相同。这种賴结构热电偶的次热端(B)和负丝(1)裸露，散热好，也有热响繊 度快和动态超调大的优点。而安M式与普通热电偶相同。
*在冷端(D) ITO用耐热的绝缘子(10)来固定两根输出线(5)。这种结构对散 热影响最小，也价廉。
可见，很快的^rii度是诸多技术所产生的综合结果。
实施本专利可使热电偶发挥极好的动态响应性能，可驱动电磁阀门在几秒甚至1秒
很快开启戯闭。据此，热电做可扩大到大功率燃烧器鹏。另外，安装调节方便，
成本低.
图1是一种具有两个次热端的全,调热电偶的側视图
图2是一种具有一个次热端的全,调热电偶的侧视图 图3是一种具有一个次 的 ^调热电偶的側向切面视图 图4是一种具有两个次热端的^IS调热电偶的側向切面视图 图5是热电偶E二附)(热电势随时间变化)的示意曲线
图中:
1
2
4
5
次热端(B)的负丝 热端(A)的正丝 热端(A)的负丝 次热端(C)的正丝 输出导线
6
8
9
锥糊套 绝缘管 导电衬套 绝缘子
曲线l 超调热电偶E-附)曲线
曲线2 市面出售的&a型热电偶E-f(t)曲线曲线3 普通热电偶E-柳曲线
+ AE 超调热电偶的上升热电，调量
—A E 超调热电偶的下降热电^g调量
Eo 电磁阀吸合工作电平
E！ 超调热电偶的稳态热电势
& 改鹏热电偶的稳絲电势
E3 普通型热电偶的稳絲电势
tl 超调热电偶的开阀时间
t2 ,型热电偶的开阀时间
t3 普通型热电偶的开阀时间
Ti 超调热电偶的闭阀时间 T2 aiS型热电偶的闭阀时间 T.; 普通型热电偶的闭阀时间
斜微方式.-
下面结合附图和实施例对本专利加以说明。
图1是一种具有两个次热端的全鹏调热电偶的側视图。由图1可见，热电偶有 个热端(A)，它由正热电鄉丝(2沐负热电#^丝(3)的端头进行焊接而成，正丝(2) 和负丝(3)的另两端分别焊有与其相匹配的负丝(1)和正丝(4),其焊点成为两个次 热端(B)和(C)，有两个次热端，反向电势更强。负丝(1)和正丝(4)的另一端为 冷端(D)，它们由耐热绝缘子(9)中穿过。负丝(1)的(D)端焊有热电势的输出线 (5)。正丝(2)是耐热的偶丝，截面为矩形、弧形或圆形，截面宽度》负丝(3)的直 径。这个措施是为了给工作端及其麟一类负偶丝隨一个耐热挡火板，延长舰寿命。 M—N截面示例的是弧皿面。
图2是一种具有一个次热端的全自调热电偶的側视图。由图2可见，它与图1 比较，省去了次热端(C)，而保留一个次热端(B)，其设计与公知相反，是在正丝(2) 的另一端焊有一根负丝(1)，也就是，这时具有冷端(D)的两个偶丝(1)和(3)都 是大塞贝尔系数的负丝，，而共用的偶丝(2)是耐热正丝，其塞贝尔系数小，所以它可 6以短些，影响较小，故^M端的鹏可更舰M的mm。可见，这种布局，形成了由 热端和次热端表征的两个热电偶，它们都是高输出的基本型热电偶。根据中间导体定律
叠加，可以得到较高预想效果稳絲电势幅值在有裕度的鹏下可补偿到最小，而
动态上升和下降的热电舰调量可成倍加大，得到很高的变化率，故也能使阀门开启和
关闭时间也可大大縮短。这里示例的是，输出线(5)是两,线，正丝(2)和负丝(3) 都是园,面。
图3是一种具有一个次M的半^^调热电偶的側向剖面视图。只有次热端(B) 和负丝(1)是裸露的争凍露式的结构中，其热端(A)及偶丝(3) ^fc酣热的锥形衬 套(6)里，该衬套同时具有正丝(2)的功能。这时，负丝(1)的一端与锥,套焊 接形成次热端(B)，负丝(1)的另一端焊在导电衬套(8)上。超调热电偶的其它部M 有绝缘物(7)，再从导电衬套中穿出。负丝0)有r 3个，它们的结构相同，继采 用两个，所以实际次热端(B)是两点并联的。有,输出^W衬套的末端，另一W^ 正丝(4) h。这种半裸结构热电偶的次热端(B)和负丝(1)裸露，散热好，也有热响应
速度快和动态超调大的优点。而安M式与普通热电偶相同。
图4是一种具有两个次热端的^M调热电偶的側向切面视图。他与图3的区别 只是在负丝(3)和输出线(5)之间焊入正丝(4)，两个次热端补偿作用更强。 图1—图4所表示的4种超调热电偶有几点相同的结构特点，统一说明如下
将裸露次热端(B)的安驗置接近繊并面对繊射。这有助f提高次热端的温 度，加大热电势补偿效率。
热端(A)处的热容量小，即热响应ffiii,而次热端(B)皿(C)处的热容量较 大，即热响应稍缓1i~~^惯性稍大。于是能产生适当的传热舰，形繊大超调量。
偶丝(2)和偶丝(3)的截面积《偶丝(1)和(4)的截面积。M提髙热响自 度、产4it当的皿MiS有益。
裸露式结构的正丝(2)是耐热的偶丝，截面为矩形、弧形或圆形，截面宽度》负 丝(3)的直径。这个措施是为了给工作端及其康铜一类负偶丝配置一个耐热挡火板， 延长使用寿命。
热电势的输出线(5)的电阻为亳,良导体，长度宜短，^i面积^偶丝的截面 积。由于热电偶的热电势为毫伏级，很弱，其m宝贵。斷氐包括输出线在内的热电偶 内阻，才能保证这个电源有较高输出功率，降低内耗。
输出到測量电路或电磁阀门上的总电势是这些导体的热电势和焊点的接触电势的 代数和，其中正丝和负丝的热电势占主要部分。
图5是热电偶E-fl(t)(热电势随时间变化)示意曲线。图中 曲线l 超调热电偶E-戮t)曲线曲线2 市面出售的,型热电偶E-附)曲线
曲线3 普通热电偶E-f(t)曲线
+ AE 超调热电偶的上升热电，调量
—A E 超调热电偶热的降电势超调量下
Eo 电磁阀吸合工作电平
Ei 超调热电偶的稳g电势
E2 改进型热电偶的稳M电势
E3 普通型热电偶的稳态热电势
ti 超调热电偶的开阀时间
ti efca型热电偶的开阀时间
t3 普通型热电偶的开阀时间
Ti 超调热电偶的闭阀时间 T2 6fct型热电偶的闭阀时间 T3 普通型热电偁的闭阀时间
^H条曲线可见，在点火时(曲线上升段)和熄火时(曲线下降段)超m电偶 反应强烈，不但有大的热电势上5^调量+AE，还有较大的热电势下降超调量一AE ， 有较理想的电磁阀开阀裕量E!^Eo o
其稳 &更低，阀时间ti和闭阀时间Ti舰艮短
E' < Ez< E3
tl < t2 < t3
Ti <T2 < T权利要求
1，一种热电偶有一个热端，它由正热电势偶丝(下简称正丝)和负热电势偶丝(下简称负丝)的端头进行焊接而成，两偶丝再各焊上补偿导线或输出线，输出到测量电路或电磁阀上的总电势是这4根导体的热电势和3个焊点的接触电势的代数和，上述所有偶丝和焊点都封闭在绝缘套管和导电衬套里，本超调热电偶的特征在于它具有动态超调特性，热端(A)的正丝(2)和负丝(3)的另两端分别焊有与其相匹配的负丝(1)和正丝(4)，其焊点成为两个次热端(B)和(C)，负丝(1)和正丝(4)的另一端为冷端(D)，两个(D)端焊有热电势的输出线(5)，它们为普通良导体；尚可省去次热端(C)，而只保留次热端(B)，但这种具有单个次热端的快超调热电偶的设计与公知技术相反是在正丝(2)的另一端焊有一根负丝(1)，也就是，这时具有冷端(D)的两个偶丝(1)和(3)都是负丝，塞贝尔系数大，而共用的偶丝(2)是耐热的正丝，塞贝尔系数小，故减小正丝(2)的长度对热电偶的效率损失不大，采用较短的正丝(2)，次热端(B)的温度就更接近热端(A)的温度，其反向热电势在幅度上就能更接近热端的正向热电势，而温度传导时间延迟也不会太长，这样，由热端(A)和次热端(B)结构而成的两个基本热电偶就都是高效热电偶，其热电势幅度高，动态变化率大，正、负热电势抵消后动态超调量±ΔE大，而稳态幅值E1可降低；本超调热电偶是全裸露的，或只有次热端(B)、和负丝(1)是裸露的，即半裸的。
2，权利要求l皿的超调热电偶的特征是，热端(A)安装在皿处，而次热端(B) 安装在接近，但Mffi低于热端之处。
3，权利要求1自的超调热电偶的特征是，热端(A)处的热容量小，即热响应迅 速，而次热端(B)处或(C)处的热容量较大即热响应稍1t~^惯性稍大。
4，权利要求l皿的超调热电偶的特征是，正丝(2)和负丝(3)的截面积《偶丝 (1)和(4)的截面积。
5，权利要求1皿的超调热电偶的特征是，正丝(2)是耐热的偶丝，裸露时， 面为矩形、弧形或圆形，截面宽度》负丝(3)的直径。
6，权利要求im的超调热电偶的特征是，只有次热端(B)和负丝(1)是裸露的 结构中，其热端(A)及偶丝(3)装在耐热的锥形衬套(6)里，该衬套同时担当正偶 丝(2)的功能，负丝(1)的一端与锥糊套的粗端焊接，形成次热端(B)，负丝(1) 的另一端,导电衬套(8)上，超调热电偶的其它部分套有绝缘物(7)再从导电衬套 中(8)穿出，负丝(1)有r 3个，平链接。
7，权利要求l自的超调热电偶的特征是，在冷端(D) IM用耐热的绝缘子(10) 固定两根输出线(5)。
全文摘要
一种动态超调快速热电偶(简称快速热电偶)，用于熄火保护。其热端由正、负热电偶丝熔接而成。本热电偶的特点在于热端(A)的正、负偶丝又分别焊有负、正偶丝，形成两个焊点，即为次热端(B)和(C)。尚可只保留次热端(B)，偶丝(1)和(3)都是贝塞尔系数大的偶丝。由冷端输出所有各个导体的接触电势和热电势的代数和。本热电偶的热端(A)的热惯性小，且易于散热，而次热端(B)和(C)的热惯性稍大。主要焊点和偶丝裸露，或只有热端(A)和偶丝(1)裸露。这样，可产生更低的稳态热电势和较大的动态超调，热电响应速度很快。
文档编号G01K7/02GK101476944SQ20081001721
公开日2009年7月8日 申请日期2008年1月3日 优先权日2008年1月3日
发明者良 富 申请人:富 良;西北农林科技大学