一种以磁性液体为工质的脉动热管温差传感器及方法与流程

本发明涉及一种以磁性液体为工质的脉动热管温差传感器及方法，属于温差传感器技术领域。

背景技术：

目前有用来测量温差的设备有温差电偶计、贝克曼型差式温度计、ic温度传感器等，这些温差设备都有一些化工生产中具有的缺陷，包括热电偶和热敏电阻存在精度较低，不可靠的情况；贝克曼型温度计测温范围比较有限；ic温度传感器又需要外加电源，使用较复杂的情形。

技术实现要素：

针对现有技术中温差传感器的问题，本发明提供一种以磁性液体为工质的脉动热管温差传感器及方法，本发明单回路闭环的充有磁性液体工质的脉动热管，一段缠绕在脉动热管上的感应线圈以及与感应线圈相连接的外部负载回路；当脉动热管冷端和热端产生温差时，会推动脉动热管中的磁性液体工质流动，当磁性液体通过脉动热管上的感应线圈时，由于不同位置处磁性液体的磁通量不同，会在感应线圈上产生感应电流；利用该感应电流，可以连接外部温度传感器中，对化工反应中某些反应物料的温差进行检测。

本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：

一种以磁性液体为工质的脉动热管温差传感器，包括单回路连通的脉动热管1、工质磁性液体2、非磁性气体，工质磁性液体2和非磁性气体间隔填充在脉动热管1的中心腔体内，脉动热管1中部的外壁缠绕设置有感应线圈7，感应线圈7外接负载电路8形成电回路；单回路连通的脉动热管1的中部外壁包覆设置有保温层5且保温层5位于感应线圈7的外侧，保温层5与脉动热管1之间填设有填充绝热层6。

所述脉动热管1包括脉动横管ⅰ、脉动横管ⅱ、脉动竖管ⅰ、脉动竖管ⅱ，脉动横管ⅰ与脉动横管ⅱ平行设置，脉动竖管ⅰ与脉动竖管ⅱ平行设置，脉动横管ⅰ、脉动竖管ⅰ、脉动横管ⅱ、脉动竖管ⅱ依次连通。

进一步地，所述脉动横管ⅰ、脉动竖管ⅰ、脉动横管ⅱ、脉动竖管ⅱ的长度相等，脉动横管ⅰ、脉动竖管ⅰ、脉动横管ⅱ、脉动竖管ⅱ依次连通形成“回”字型单回路结构。

或者，所述脉动热管1包括脉动横管ⅰ、脉动横管ⅱ、脉动横管ⅲ、脉动横管ⅳ、脉动竖管、脉动弧形管ⅰ、脉动弧形管ⅱ、脉动弧形管ⅲ，脉动横管ⅰ、脉动横管ⅱ、脉动横管ⅲ、脉动横管ⅳ平行设置且脉动横管ⅲ、脉动横管ⅳ位于脉动横管ⅰ与脉动横管之间，脉动竖管ⅰ与脉动竖管ⅱ平行设置，脉动横管ⅰ与脉动横管ⅱ通过脉动竖管连通，脉动竖管ⅰ、脉动弧形管ⅰ、脉动横管ⅲ、脉动弧形管ⅱ、脉动横管ⅳ、脉动弧形管ⅲ、脉动横管ⅱ、脉动竖管依次连通形成“几”字型单回路。

所述感应线圈7缠绕设置在脉动横管ⅱ的中部。

所述感应线圈7的端头与脉动横管ⅱ端头的距离为脉动横管ⅱ长度的1/4~1/5。

所述脉动热管1的直径为0.5mm~3mm，脉动热管1内工质磁性液体2的长度随机分布。

所述负载电路8包括保护电阻、温度信号传感器、电容、信号放大器、电子触发器、单向晶体二极管、报警器、开关、温差显示器，感应线圈7两端为正极端和负极端，正极端和负极端串联设置有保护电阻形成电回路ⅰ，正极端连接有温度信号传感器，温度信号传感器的另一端分别连接信号放大器和电容，电容的另一端与负极端连接形成电回路ⅱ，信号放大器的另一端分别连接温差显示器和电子触发器，温差显示器与负极端连接形成电回路ⅲ，电子触发器的另一端依次与单向晶体二极管、报警器、开关、负极端连接形成电回路ⅳ。

进一步地，所述温差显示器为电压表，电子触发器为触发开关。

所述保温层5和填充绝热层6根据不同的反应物料，随时拆卸更换。

以磁性液体为工质的脉动热管温差传感器可以直接集成安装在储罐或反应物料池中，在加工和使用时可根据实际生产的不同情况，使用不同材料的保温隔热层或使用不同材料的脉动热管。

以磁性液体为工质的脉动热管温差传感方法，采用以磁性液体为工质的脉动热管温差传感器，具体步骤如下：

（1）将脉动热管温差传感器脉动热管上未包覆保温层的两端分别设置在物料a和物料b的内部，并使脉动热管的脉动横管ⅰ与脉动横管ⅱ位于同一水平面上；

（2）物料a和物料b分别将热量传递给脉动热管内的工质磁性液体使工质磁性液体膨胀并部分气化，物料a和物料b存在温差使得脉动热管内的工质磁性液体受热不均匀，随机分布的工质磁性液体段增大物料a的脉动热管端和物料b的脉动热管端形成压力差，推动工质磁性液体无规律脉动；

（3）工质磁性液体流经脉动横管ⅱ的感应线圈产生感应电流，为外加负载电路提供电能，电流流经温度信号传感器、信号放大器、电子触发器、单向晶体二极管、报警器、开关和温差显示器，温度信号传感器将温差信号转换成电信号，电流通过电容以减少时间延迟对温度测试带来的误差，电流经信号放大器放大电信号，再通过温差显示器显示物料a和物料b的温差；电压超过预设值，电子触发器触发闭合，电流通过单向二极管触发报警器进行报警。

本发明的有益效果：

（1）本发明单回路闭环的充有磁性液体工质的脉动热管，一段缠绕在脉动热管上的感应线圈以及与感应线圈相连接的外部负载回路；当脉动热管冷端和热端产生温差时，会推动脉动热管中的磁性液体工质流动，当磁性液体通过脉动热管上的感应线圈时，由于不同位置处磁性液体的磁通量不同，会在感应线圈上产生感应电流；利用该感应电流，可以连接外部温度传感器中，对化工反应中某些反应物料的温差进行检测；

（2）本发明能够集成在化工生产的物料池或储罐中，使用可靠，不需外部供能。利用集成的小型化脉动热管，一次成型，保温层和填充材料可以随时拆装，方便装置的使用；应用于工业化生产或是化工工艺生产过程中控制反应物料的温差。

附图说明

图1为实施例1以磁性液体为工质的脉动热管温差传感器结构示意图；

图2为实施例1脉动热管结构示意图；

图3为实施例2脉动热管结构示意图；

图4为脉动热管、感应线圈与负载电路配合示意图；

图5为脉动热管、保温层5和填充绝热层6配合示意图；

图6为负载电路图；

图中：1-脉动热管、2-磁性液体、3-物料a、4-物料b、5-保温层、6-填充绝热层、7-感应线圈、8-负载电路。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1~2、4~6所示，一种以磁性液体为工质的脉动热管温差传感器，包括单回路连通的脉动热管1、工质磁性液体2、非磁性气体，工质磁性液体2和非磁性气体间隔填充在脉动热管1的中心腔体内，脉动热管1中部的外壁缠绕设置有感应线圈7，感应线圈7外接负载电路8形成电回路；单回路连通的脉动热管1的中部外壁包覆设置有保温层5且保温层5位于感应线圈7的外侧，保温层5与脉动热管1之间填设有填充绝热层6；

脉动热管1包括脉动横管ⅰ、脉动横管ⅱ、脉动竖管ⅰ、脉动竖管ⅱ，脉动横管ⅰ与脉动横管ⅱ平行设置，脉动竖管ⅰ与脉动竖管ⅱ平行设置，脉动横管ⅰ、脉动竖管ⅰ、脉动横管ⅱ、脉动竖管ⅱ依次连通；脉动横管ⅰ、脉动竖管ⅰ、脉动横管ⅱ、脉动竖管ⅱ的长度相等，脉动横管ⅰ、脉动竖管ⅰ、脉动横管ⅱ、脉动竖管ⅱ依次连通形成“回”字型单回路结构（见图2）；

感应线圈7缠绕设置在脉动横管ⅱ的中部；

感应线圈7的端头与脉动横管ⅱ端头的距离为脉动横管ⅱ长度的1/4~1/5。

脉动热管1的直径为0.5mm~3mm，脉动热管1内工质磁性液体2的长度随机分布。

负载电路8包括保护电阻、温度信号传感器、电容、信号放大器、电子触发器、单向晶体二极管、报警器、开关、温差显示器，感应线圈7两端为正极端和负极端，正极端和负极端串联设置有保护电阻形成电回路ⅰ，正极端连接有温度信号传感器，温度信号传感器的另一端分别连接信号放大器和电容，电容的另一端与负极端连接形成电回路ⅱ，信号放大器的另一端分别连接温差显示器和电子触发器，温差显示器与负极端连接形成电回路ⅲ，电子触发器的另一端依次与单向晶体二极管、报警器、开关、负极端连接形成电回路ⅳ；

温差显示器为电压表，电子触发器为触发开关；

保温层5和填充绝热层6根据不同的反应物料，随时拆卸更换；

以磁性液体为工质的脉动热管温差传感器可以直接集成安装在储罐或反应物料池中，在加工和使用时可根据实际生产的不同情况，使用不同材料的保温隔热层或使用不同材料的脉动热管。

以磁性液体为工质的脉动热管温差传感方法，采用以磁性液体为工质的脉动热管温差传感器，具体步骤如下：

（1）将脉动热管温差传感器脉动热管上未包覆保温层的两端分别设置在物料a3和物料b4的内部，并使脉动热管的脉动横管ⅰ与脉动横管ⅱ位于同一水平面上；

（2）物料a3和物料b4分别将热量传递给脉动热管内的工质磁性液体使工质磁性液体膨胀并部分气化，物料a3和物料b4存在温差使得脉动热管内的工质磁性液体受热不均匀，随机分布的工质磁性液体段增大物料a3的脉动热管端和物料b4的脉动热管端形成压力差，推动工质磁性液体无规律脉动；

（3）工质磁性液体流经脉动横管ⅱ的感应线圈产生感应电流，为外加负载电路提供电能，电流流经温度信号传感器、信号放大器、电子触发器、单向晶体二极管、报警器、开关和温差显示器，温度信号传感器将温差信号转换成电信号，电流通过电容以减少时间延迟对温度测试带来的误差，电流经信号放大器放大电信号，再通过温差显示器显示物料a3和物料b4的温差；电压超过预设值，电子触发器触发闭合，电流通过单向二极管触发报警器进行报警。

实施例2：本实施例以磁性液体为工质的脉动热管温差传感器与实施例1基本一致，不同之处在于：脉动热管1结构不同，具体的，脉动热管1包括脉动横管ⅰ、脉动横管ⅱ、脉动横管ⅲ、脉动横管ⅳ、脉动竖管、脉动弧形管ⅰ、脉动弧形管ⅱ、脉动弧形管ⅲ，脉动横管ⅰ、脉动横管ⅱ、脉动横管ⅲ、脉动横管ⅳ平行设置且脉动横管ⅲ、脉动横管ⅳ位于脉动横管ⅰ与脉动横管之间，脉动竖管ⅰ与脉动竖管ⅱ平行设置，脉动横管ⅰ与脉动横管ⅱ通过脉动竖管连通，脉动竖管ⅰ、脉动弧形管ⅰ、脉动横管ⅲ、脉动弧形管ⅱ、脉动横管ⅳ、脉动弧形管ⅲ、脉动横管ⅱ、脉动竖管依次连通形成单回路（见图3）。

实施例3：采用实施例1的以磁性液体为工质的脉动热管温差传感器对工业生产乙酸乙酯反应进行监测；

（1）将脉动热管温差传感器脉动热管上未包覆保温层的两端分别设置在乙醇储罐a（温度为35~40℃）和乙酸储罐b（温度为55~65℃）的内部，并使脉动热管的脉动横管ⅰ与脉动横管ⅱ位于同一水平面上；

（2）乙醇储罐a和乙酸储罐b分别将热量传递给脉动热管内的工质磁性液体使工质磁性液体膨胀并部分气化，乙醇储罐a和乙酸储罐b存在温差使得脉动热管内的工质磁性液体受热不均匀，随机分布的工质磁性液体段增大乙醇储罐a的脉动热管端和乙酸储罐b的脉动热管端形成压力差，推动工质磁性液体无规律脉动；

（3）工质磁性液体流经脉动横管ⅱ的感应线圈产生感应电流，为外加负载电路提供电能，电流流经温度信号传感器、信号放大器、电子触发器、单向晶体二极管、报警器、开关和温差显示器，温度信号传感器将温差信号转换成电信号，电流通过电容以减少时间延迟对温度测试带来的误差，电流经信号放大器放大电信号，再通过温差显示器显示乙醇储罐a和乙酸储罐b的温差（15~25℃）；温差超过25℃，电压超过预设值，电子触发器触发闭合，电流通过单向二极管触发报警器进行报警，实现乙醇与乙酸的温度差监控；当温差在合适的范围内（15~25℃）时，即可将两储罐的反应原料（乙醇与乙酸）加入反应釜中进行反应。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。