专利名称：温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种感测温度的设备和方法。本发明特别涉及一种监控箱体(housing)附近的热分布(thermal profile )的设备和方法。
背景技术：
包含发热元件的箱体一般都是按照一定设计要求制造的。例如，有些箱体可在一定温度范围内工作，而如果箱体内部温度超出该范围，则内部元件可能发生损坏。目前，为了识别这种箱体的热分布，要求使用者在整个箱体内设置热像仪(thermal camera)或布置热电偶。这两种选择方案都是成本高，效率低，且要求自身配备电源。断路器(circuit breaker)单元是包含发热元件的箱体的一个示例。断路器过热是涉及很高费用的问题，它会导致低效率，甚至因触电死亡和火突而丧失人的生命。与断路器单元相关的问题一般都是因为部件缺陷、安装后的布线不当、试图加装附加设备、面板过载、或因为增加非线性载荷时没有对面板进行修改所引起。此外，许多面板的接线端(lug)很小，这导致布线也必须小，这是频繁过热的原因。中性总线具有导致总线损坏的过热趋向。因为面板的过热是出现问题的最初现象(sign)之一，所以，重要的是要连续而有效地监控面板的过热现象，以便能够尽快找出问题并予以修正，这在中性总线开始过热时是特别重要的。另外，在发生过载和电路;故烧断之前警惕可能发生的问题是有益的，原因在于一旦被烧断，则必须在断路器能够复位前找出问题并予以修理。例如，美国5,270,658号专利已经对断路器单元的监控进行了描述，该专利描述了 一种监控诸如电压浪涌和温度之类的断路器面板特性的监控模块。然而，为了测量温度，该模块使用了温度传感器换能器(temperature sensor transducer),每个都须插入到插座上，而且不4吏用外部电源则无法工作。在某种程度上，温度传感器换能器可能变得非常昂贵，原因在于其要求在整个单元内布置许多传感器。此外，这个解决方案在大型商用单元上是特别昂贵的，原因在于其使用了外部电源。
因此，迄今为止，还没有可监控箱体附近的热分布的合适装置或方法。
发明内容
本公开内容描述了 一种用于监控箱体附近热分布的设备和方法。本发明实施例所提供的一个特别优点是能够使用箱体的固有热特性向监控箱体的热分布的监控装置供电。在笫 一 实施例中，本发明提供了 一种用于监控箱体附近的热分布的设备，所述设备包括至少一个由箱体支撑并被配置成用于监控箱体附近的热分布的温度传感器、至少一个与所述至少一个温度传感器电路连接并被配置成用来向所述至少一个温度传感器提供足够的电力的热电发电器、以及与所述至少一个温度传感器电路连接并被配置成用来至少指示热分布在预定的热分布范围之外之处的指示器装置。在第二实施例中，本发明提供了 一种用于监控箱体附近的热分布的方法，该方法包括利用温度梯度来向温度传感器供电，通过温度传感器来感测箱体附近的热分布，并向操作员指示箱体热分布在预定范围之外之处。通过参照结合附图而采用的以下说明，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。
参照附图来阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些及其它特征、方面、以及优点，相同的字符在附图中自始至终表示相同的部分，其中图1是根据本发明一个实施例的电路的示意图2是本发明实施例所涉及的示例性箱体的图形表示；
图3是描述依照本发明进一步实施例的逐步方法的流程图。
相同的附图标记在多个视图中自始至终指示相同或相应的部件和单元，除非另有说明，否则所述多个视图并不是按比例的。
具体实施例方式本发明的 一 个实施例涉及温度传感器电路，其包括用于激励(energize )温度传感器的热电发电器(thermoelectric generator),该热
电发电器又连接到指示器装置。本实施例所提供的一个特别优点是能够提供一种监控装置，该监控装置在未连接到电能源的情况下使用环境热能来监控箱体附近的热分布。下面参照附图所论述的、要求保护的本发明的具体配置和布置仅是出于举例说明的目的。在不脱离所附权利要求书的精神和范围的情况下，可以实现、使用或出售技术人员的能力范围内的其它配置和布置。例如，虽然本文参照电路断路器单元描述了本发明的一些实施例，但技术人员将认识到本发明的实施例能够在存在温度梯度的任何箱体内实现，所述温度梯度大到足以向对热分布监控有利的热电发电器供电。例如，本发明可适用的一些非限制性箱体包括断路器单元、计算机或电视机。如此处所使用的，以单数形式表述的且前面使用词语"一个"或"一种"的元件或功能应理解为不排除所述元件或功能的复数形式，除非已明确表述此类排他性。此外，对要求保护的本发明的"一个实施例，，的参考不应解释为排除也并入所述特征的其它实施例的存在。现在参照图1,在100处总体上示出了对应于本发明的一个实施例的示例性温度传感器电路。温度传感器电路100包括热电发电器102、温度传感器104和指示器装置106。热电发电器102经由线路108连接到温度传感器104并经由线路112连接到接地线110。应当认识到，热电发电器102通过经由珀耳帖-塞贝克效应(Peltier-Seebeck effect)将温度梯度转换成电流(反之亦然)来提供电流源。热电发电器102可以包括任何已知的热电发电器装置，诸如以TEG POWER MODULE商标销售的和可从ThermalElectronics Corporation (热电子^^司)获4寻的那些。现在同样参照图2,可以将热电发电器102安装到箱体114。如图所示，箱体114包括支撑断路器118的断路器面板116，不过，应当理解的是，在实施示例性实施例时，可以采用任何箱体，这些箱体可以是家用和/或非家用的，并包含需要进行过热监控的例如电气和/或非电气装置、导线、处理器、电路板等。箱体114还包括壳体(enclosure)120,该壳体120包括一起限定腔体(cavity) 124的背板121和壁122。门126可以经由铰链128耦合到壳体120。热电发电器102包括在第一电极132中终止的第一电极丝130和在第二电极136中终止的第二电极丝134。依照本发明的特征，将两个电极132和136有利地定位在最可能承受最大温度梯度的位置，例如，一个在设置有诸如断路器118和导线(未示出)之类的内部加热元件的箱体114的腔体124内，而另一个设置在该腔体外部并例如如图所示地连接到单独的结构138。电极132可以连接到可用来在热电发电器102工作期间使背板121的温度波动稳定的散热片(heat sink) 140，尤其是在背板包括诸如钢之类的金属片的情况下。此处所使用的术语"热电发电器"意图包括能够将温度梯度转换为电流的任何装置。应当认识到，热电发电器102可以包括设置在整个箱体内有效位置处的多个热电发电器，在所述有效位置处需要提供用
于操作温度传感器电路100的足够电力。温度传感器104可包括一个或多个接触式温度传感器、非接触式传感器或其任何组合。例如，可以采用非接触式温度传感器，其可以测量来自腔体124内的特定表面区域或体积的红外辐射。瓦特隆(Watlow)公司以RAYTEK商标出售适合于在本实施例的实践中使用的温度传感器。温度传感器104被配置为监控腔体124内的热分布。因为在本实施例中腔体124很大程度上包含所述单元的全部电路，所以可以预期将生成从腔体内部到面板116的最大梯度。此外，由于过热电路本身是烧坏电路的最主要原因，所以监控腔体124的热分布是非常有益的。虽然未示出，但可以将一个或多个接触式温度传感器直接附着于不易由非接触式温度传感器来监控的导线或结构。指示器装置106可以包括击穿二极管142、电阻器144和指示器146。在此特定示例性实施例中，击穿二极管104、电阻器144和指示器146经由线路148和150而连接在温度传感器104与接地线110之间的电路中。击穿二极管142可以包括在施加大于击穿电压的电压时允许电流流过的齐纳或雪崩二极管。应当认识到，击穿二极管142可以被改变以产生可以激励指示器146的预定温度。在一个可选实施例中，电阻器144可以包括由操作员来控制以改变指示器146将被照亮的温度的可变电阻器。
指示器146可以包括诸如发光二极管(以下称为"LED")、卣素 灯、或机械标记之类的可视指示器。在其它实施例中，指示器146可以 包括诸如蜂鸣器之类的可听(auditory)指示器，或用于状态传输的通信 端口。该指示器可以配置为在箱体的热分布超出预定热分布范围时向操 作员发出信号。此处所使用的术语"操作员"可以包括技师、使用者、旁 观者、房主等等。此处所使用的术语"预定热分布参数"或"预定热分布范 围"意图表示意使箱体的内部部件运行的所选或推荐温度范围。例如， 断路器单元的温度范围可以意指在85-90华氏度之间最有效地运行，例 如，如果该温度低于85度或高于90度，则将在热分布参数或范围之外。 此外，其可以包括上限或下限，例如高于或低于90华氏度。此外，热 分布范围可以由箱体的设计人员给出，或者可以由操作员来选择。在操作时，例如，当从二极管142流过来的电压达到指示器 要求的电压电平(voltage level)时，可以激活指示器146。因此，操作 员还能够控制他/她希望得到警示的温度。操作员能够打开^t块上的选择 器开关，其选择不同值的二极管，其中每个二极管对应于不同温度水平 (temperature level)。如果用电阻器来改变温度水平，则操作员将调整 电位计。在另一实施例中，指示器146可以提供对腔体124的热分布 的连续指示。例如，可以用数字4义表、才莫拟板(analog panel)、或柱状 图板(bar graph panel)来连续地指示箱体的特定区域内的温度。此外， 如果使用一个以上传感器，则可以使单独的指示器146与单独的传感器 配对。可替换地，温度传感器104可以包括热红外成像仪，该热红外成 像仪可以接到以热光来显示箱体的视频显示器上。上述两种技术的优点 是能够实时查看温度。"实时"系指在监视器上连续并瞬时地显示箱体的 分布。在另一实施例中，本发明提供了一种用于监视箱体附近的热 分布的方法，该方法包括利用温度梯度来向温度传感器供电，通过温度 传感器来感测箱体附近的热分布，并向操作员指示箱体热分布在预定范 围之外之处。参照图3,示出了更好地帮助图解本示例性方法的流程图。 虽然该流程图示出了示例性逐步方法，但技术人员应认识到可以在保持 相同结果的同时重新布置或重新排列这些步骤。
通过使用热电发电器来实现利用温度梯度步骤301向温度传 感器步骤302供电。在本示例性实施例中，热电发电器可以设置在断路 器单元的腔体上。典型地，断路器单元经由流过许多电路的电流来产生 内部热量。此外，电路过载会产生比典型情况更多的内部热量。因此， 热电发电器可以利用来自断路器单元的第一侧(例如面板内侧)和断路 器单元的笫二侧(例如面板的环境室温一侧)的温度梯度。例如，箱体 外的环境温度可以是75华氏度，而箱体的内部温度可以是90华氏度。 热电发电器通过热电效应而能够将温度差直接转换成电压。这在本领域 中称为"塞贝克效应"，该效应是指在两种不同金属或半导体之间存在温 度差的情况下产生电压，即热电EMF,如果导体形成完整环路，则该电 压将引起连续的电流在导体中流动。通常，所产生的电压的量级为几微 伏每度梯度差。在本特定实施例中，温度感测步骤302可以利用所产生的电 压来向至少一个温度传感器供电。温度传感器例如是非接触式温度传感 器，其利用箱体的已知区域并测量由箱体的内部部件所释放的IR辐射。在步骤303中，选择阈值温度。这可以根据制造指南而提前 进行，或者可以在由操作员安装前或安装后选择。可以在任何时间经由 二极管变化来改变所述阈值温度。指示步骤304可以包括使用可视或可听指示器。在一个示例 性实施例中，使用LED来指示箱体温度在所选的阔值温度之外。在随附 实施例中，使用诸如报警器之类的可听信号来向操作员指示温度在所选 的阈值之外。例如，可以利用上述方法来监控由于过载和其它缺陷而易于 过热的断路器单元的热分布。虽然在一些而未在其它附图中示出本发明的各种实施例的具 体特征，但这只是为方便起见。根据本发明的原理， 一个附图的(一个 或者多个)特征可以与任何其它附图中的任何或所有特征相结合。应广 泛并全面地解释此处所使用的词语"包括"、"包含"、"具有"和"带有"， 并其不限于任何物理上的相互关联。此外，不应将此处所公开的任何实 施例解释为唯一可能的实施例。反而意在将修改及其它实施例包括在所 附权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种用于监控箱体附近的热分布的设备，所述设备包括至少一个温度传感器，可由箱体支撑并被配置成用于监控所述箱体附近的热分布；至少一个热电发电器，与所述至少一个温度传感器电路连接并被配置成提供足以向所述至少一个温度传感器供电的电能；指示器装置，与所述温度传感器电路连接并被配置成用来至少提供指示所述热分布在预定热分布范围之外之处。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述箱体包括腔体且在所 述腔体内设置有至少一个断路器，并且其中，所述至少一个温度传感器 被配置成用于监控所述腔体内的所述热分布。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述指示器装置还包括与 电阻器和指示器电路连接的击穿二极管。
4. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述指示器可以包括一个 或多个可视指示器、可听指示器或其组合。
5. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述指示器提供对所述热 分布的连续指示。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述热电发电器包括位于 所述箱体的所述腔体内的第 一 电极和位于所述腔体外的第二电极。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述预定范围可以改变。
8. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述热电发电器包括散热片。
9. 一种用于监控箱体附近的热分布的方法，所述方法包括 利用温度梯度来向温度传感器供电； 通过温度传感器来感测所述箱体附近的热分布；向操作员指示所述箱体的所述热分布在预定范围之外之处。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述箱体包括腔体和设置 在所述腔体内的至少一个断路器，并且其中，所述至少一个温度传感器 被配置成用于监控所述腔体内的所述热分布。
全文摘要
本发明公开了一种用于监控箱体附近的热分布的设备和方法，所述装置包括至少一个温度传感器，其可由箱体支撑并被配置成用于监控箱体附近的热分布；至少一个热电发电器，其与所述至少一个温度传感器电路连接且被配置成用来提供足以向至少一个温度传感器供电的电能；以及指示器装置，其与温度传感器电路连接并被配置成至少提供指示热分布在预定热分布范围之外之处。
文档编号G01K1/00GK101493358SQ20091000279
公开日2009年7月29日 申请日期2009年1月22日 优先权日2008年1月22日
发明者C·小赖弗斯 申请人:通用电气公司