一种基于双金属片的可自检远程操控测温装置

1.本发明涉及温度测量技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于双金属片的可自检远程操控测温装置。


背景技术：

2.现如今，随着船舶被频繁使用，船舶机舱的安全成为了重中之重，船舶机舱由于机器多、功率大、温度高，因此更需要对温度进行严密监控。一旦温度出现异常，轻则零件故障，重则引起火灾，造成生命和财产损失。近年来，轮机舱起火事件频发，据统计，2010年以来长江干线至安徽段共发生船舶火灾事故41起，其中机舱火灾事故24起，占比58.5％。因此，严格监控船舶机舱温度对保障生命安全至关重要。
3.目前，红外热成像仪器作为测温仪器被广泛地使用在船舶机舱中。然而此类仪器价格昂贵，尤其因为机舱中设备庞大、数量众多，设备重叠度高，任意视角下都无法完整观测，如果想要全面监控，热成像仪器的数量需要翻倍，成本过于高昂，这也导致了目前大部分机舱中热成像仪数量不足的现象。另外，为了提高货运和客运能力，机舱空间被压缩得极为狭小，而红外热成像仪器的体积相对较大，一些较细的管道或者某些狭窄的地方仍然需要工作人员手持其他小型测温仪器来完成测温工作。但是由于机舱长期保持相对密闭和高温的状态，加之多数机舱有气瓶等危险源，机舱内作业的危险系数极大。一直以来，各类人工作业事故频发，因此，可远程操控的无人机舱的建设迫在眉睫。除此之外，对于各类船舶，由于大部分时间都在水上，因此，船舶机舱不仅温度高而且湿度也非常大，测温仪器部件的老化和锈蚀现象非常普遍，这导致了测温仪器的测量精度在使用中不断降低的问题，但又无法判断其误差程度，只能在出现不合常理的温度数据时才能判断出仪器失效了。对于某些用于评估机组运行状态的温度监控，长期的不准确的温度数据会严重影响评估结果，造成错误的判断。
4.基于以上，一种成本低、体积小、可远程操控并且带有精度自检功能的测温装置是机舱等环境下当前亟需的。


技术实现要素：

5.根据上述提出现有船舶机舱温度监控技术无法在小空间内应用且不具备自检功能的技术问题，而提供一种基于双金属片的可自检远程操控测温装置。本发明主要利用设置双金属片的检测装置实现小空间内的检测功能，同时通过设置自检模块精确检测测温装置的精度。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种基于双金属片的可自检远程操控测温装置，包括：
8.双金属片装置，所述双金属片装置的弯曲程度随温度的变化发生改变，当所述双金属片装置弯曲程度增大时，所述双金属片装置中部与测距模块的距离变远，当所述双金属片装置弯曲程度减小时，所述双金属片装置中部与测距模块的距离变近；
9.测距模块，所述测距模块接收测距信号后测量与双金属片装置中部的距离，并将测得的距离值转换成距离信号发送至单片机；
10.自检模块，所述自检模块接收自检信号后检测双金属片装置的电流值，并将测得的电流值转换成电流信号发送至单片机；
11.显示模块，所述显示模块包括显示屏，所述显示模块接收显示信号并转化成相应的显示控制将信息在显示屏上显示；所述显示模块接收锈蚀信号并转化成锈蚀信息在显示屏上显示；所述显示模块接收温度信号并转化成温度信息在显示屏上显示；
12.wifi模块，所述wifi模块接收控制端发出的要求测温信号或要求自检信号并发送至单片机；
13.单片机，所述单片机接收距离信号并转换成相应的温度信号发送至显示模块；所述单片机模块接收要求自检信号并发送自检信号至自检模块；所述单片机接收电流信号并分析锈蚀程度，将锈蚀程度转换为锈蚀信号发送至显示模块；所述单片机模块接收要求测温信号并发送测距信号至测距模块。
14.进一步地，所述双金属片装置包括第一金属片、第二金属片、第一固定器、第二固定器；
15.所述第一金属片与第二金属片紧密压合并固定于第一固定器上，所述第一金属片的正面面向测距模块，所述第一固定器的上端设置有第二固定器，所述第一固定器和第二固定器之间的距离大于不锈钢弹片的长度，所述第二固定器用以对第二固定器与第一固定器间的第一金属片和第二金属片进行固定。
16.进一步地，所述第一金属片和第二金属片的尺寸相同，所述第一金属片的膨胀系数大于第二金属片的膨胀系数，所述第一金属片与第二金属片的膨胀系数之差大于第二金属片的膨胀系数的10％。
17.进一步地，所述自检模块包括线圈、不锈钢弹片、弹簧和磁铁，所述第一固定器、第二固定器间的第一金属片、第二金属片的两侧设置有两个等高固定端，所述固定端向双金属片装置侧依次连接有弹簧、线圈和不锈钢弹片，所述线圈上下侧分别设置有极性相反的磁铁。
18.进一步地，两侧所述线圈的缠绕方向相反，两侧上端磁铁的极性相同，两侧下端磁铁的极性相同。
19.进一步地，所述测温装置的测温方法包括以下步骤：
20.温度标定：测量不同的已知温度下，测距模块距双金属片装置中部的距离，并标定所需温度范围内所有温度对应的距离值，得到标定后的距离温度对应值；
21.将所述标定后的距离温度对应值输入至单片机中；
22.将双金属片装置放入待测机舱中，控制端向wifi模块发出要求测温信号；
23.所述wifi模块接收控制端发出的要求测温信号并发送至单片机；
24.所述单片机接收要求测温信号并发送测距信号至测距模块；
25.所述测距模块接收测距信号后测量与双金属片装置上部的距离，并将测得的距离值转换成距离信号发送至单片机；
26.所述单片机接收距离信号并根据标定后的距离温度对应值得到该距离相对应的温度值，生成相应的温度信号发送至显示模块；
27.所述显示模块接收温度信号并转化成温度信息在显示屏上显示。
28.进一步地，温度标定时，当的数值小于或等于10-3
量级时，通过测量数个点再拟合出距离和温度的线性关系进行标定；当的数值大于10-3
量级时，连续测量一定温度范围内的距离和温度的对应值进行标定，其中，k是双金属片比弯曲，x是双金属片上距离测量点到第二固定器间的直线距离，δ是双金属片厚度，δt是温度差。
29.进一步地，所述自检模块的自检方法包括以下步骤：
30.控制端向wifi模块发出要求自检信号；
31.所述wifi模块接收自检信号并发送至单片机；
32.所述单片机接收要求自检信号并发送自检信号至自检模块；
33.所述自检模块接收要求自检信号后，使两侧的线圈同时通电，所述线圈在上下侧磁铁的作用下向双金属片装置侧运动；
34.两侧所述线圈运动带动两侧的不锈钢弹片与双金属片装置相接触；
35.所述不锈钢弹片与双金属片装置的回路通电，所述自检模块测得回路中的电流值；
36.所述自检模块将测得的电流值转换成电流信号发送至单片机；
37.所述单片机接收电流信号并分析锈蚀程度，将锈蚀程度发送至锈蚀信号发送至显示模块；
38.所述显示模块接收锈蚀信号并转化成锈蚀信息在显示屏上显示。
39.进一步地，所述分析锈蚀程度包括以下方法：
40.当电流值的减小时，双金属片装置的电阻增大，锈蚀程度加重；
41.以新制的双金属片装置和不锈钢弹片组成的回路电流为初始值，当测得电流值变化达到初始值的0.8时，判断锈蚀程度为严重。
42.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
43.本发明设置了自检模块，解决了测温仪器核心部件的老化程度无法知晓的问题。
44.本发明设置了双金属片装置，通过测量双金属片的弯曲程度，间接测量船舶机舱的温度，这样的装置比起传统的红外热成像仪器，体积减小的同时降低了成本。
45.本发明设置了wifi模块，实现了远程测温的功能，避免了人工作业的高危行为。
附图说明
46.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
47.图1为本发明结构原理示意图。
48.图2为本发明自检模块在未进行自检时的结构示意图。
49.图3为本发明自检模块在进行自检时的结构示意图。
50.图4为本发明自检模块中的线圈连接电路图。
51.图5为本发明自检模块中的不锈钢弹片与双金属片的连接电路图。
52.图中：1、第一金属片；2、第二金属片；3、第一固定器；4、第二固定器；5、线圈；6、不锈钢弹片；7、弹簧；8、磁铁；9、固定端。
具体实施方式
53.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
54.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
56.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
57.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
58.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
59.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于
对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
60.如图1-5所示，本发明提供了一种基于双金属片的可自检远程操控测温装置，包括：
61.双金属片装置，所述双金属片装置的弯曲程度随温度的变化发生改变，当所述双金属片装置弯曲程度增大时，所述双金属片装置中部与测距模块的距离变远，当所述双金属片装置弯曲程度减小时，所述双金属片装置上部与测距模块的距离变近；所述第一金属片1和第二金属片2的尺寸相同，所述第一金属片1和第二金属片2的尺寸相同，所述第一金属片1的膨胀系数大于第二金属片2的膨胀系数，所述第一金属片1与第二金属片2的膨胀系数之差大于第二金属片2的膨胀系数的10％。
62.所述自检模块包括线圈5、不锈钢弹片6、弹簧7和磁铁8，所述第一固定器3、第二固定器4间的第一金属片1、第二金属片2的两侧设置有两个等高的固定端9，所述固定端9向双金属片装置侧依次连接有弹簧7、线圈5和不锈钢弹片6，所述线圈5上下侧分别设置有极性相反的磁铁8。
63.双金属片结构中，两种金属的选择不做限定，建议其膨胀系数之差能够达到较小膨胀系数的10％以上即可。双金属片的尺寸一致，并通过压合紧密连接在一起，将第二金属片2面对测距模块放置并固定在底座上，不要将含双金属片的切面面对测距模块。为了实现自检功能，双金属片共设置了两个固定器，如图2所示，在固定器1和2之间的双金属片完全固定，在固定器1之上的双金属片不做其他固定，可以发生弯曲。在测温之前，需要将双金属片与测距模块之间的距离与温度进行标定，即在已知的温度条件下，测距模块测量其到双金属片中部的距离，并标定所需温度范围内所有温度对应的距离值。这里需要注意，在标定距离时，需要提前在底板上固定测距模块和双金属片。根据悬梁臂固定形式的双金属片热弯曲参数计算模型，即：
64.其中：f(x)是金属片弯曲量，x是双金属片上距离测量点到第二固定器4间的直线距离，k是双金属片比弯曲，δ是双金属片厚度，δt是温度差。
65.可知，当的数值小于或等于10-3
量级时，温度差于弯曲量可以近似认为是线性关系，即可以通过测量数个点再拟合出距离和温度的线性关系进行标定；当的数值大于10-3
量级时，温度差与弯曲量呈非线性关系，为确保测温的准确性，需要连续测量一定温度范围内的距离和温度的关系进行标定。之后将标定后的距离和温度的对应值输入单片机。还需要说明的是，本发明中双金属片的尺寸没有限制，可以根据实际情况选择。
66.测距模块，所述测距模块接收测距信号后测量与双金属片装置中部的距离，并将测得的距离值转换成距离信号发送至单片机；测距模块可以采用红外测距的方式，例如可以选择vl6180x模块，其测量范围是5-100mm，测量精度为
±
3％。
67.自检模块，所述自检模块接收自检信号后检测双金属片装置的电流值，并将测得的电流值转换成电流信号发送至单片机；所述自检模块包括线圈5、不锈钢弹片6、弹簧7和磁铁8，所述第一固定器3、第二固定器4间的第一金属片1、第二金属片2的两侧设置有两个等高的固定端9，所述固定端9向双金属片装置侧依次连接有弹簧7、线圈5和不锈钢弹片6，
所述线圈5上下侧分别设置有极性相反的磁铁8。两侧所述线圈5的缠绕方向相反，两侧上端磁铁8的极性相同，两侧下端磁铁8的极性相同。
68.自检模块的作用是实现测温装置老化程度检测的功能，本发明中自检原理是基于金属电阻通常随锈蚀程度加大而变大的原理，通过测量双金属片的电阻来判断其锈蚀程度。根据电阻和电流的关系r＝u/i，电流的减小代表电阻的增大，即锈蚀程度加重。通常地，以新制的双金属片和不锈钢弹片组成的回路电流为1，当电流变化超过20％，即为初始值的0.8时，即认为锈蚀严重，达到预警值，建议更换。
69.显示模块，所述显示模块包括显示屏，所述显示模块接收显示信号并转化成相应的显示控制将信息在显示屏上显示；所述显示模块接收锈蚀信号并转化成0-1之间的锈蚀信息在显示屏上显示；所述显示模块接收温度信号并转化成温度信息在显示屏上显示；
70.wifi模块，所述wifi模块接收控制端发出的要求测温信号或要求自检信号并发送至单片机；wifi模块的目的是实现远程操控功能，wifi模块可以选择esp8266方便与单片机相连接。
71.单片机，所述单片机接收距离信号并转换成相应的温度信号发送至显示模块；所述单片机模块接收要求自检信号并发送自检信号至自检模块；所述单片机接收电流信号并分析锈蚀程度，将锈蚀程度转换为锈蚀信号发送至显示模块；所述单片机模块接收要求测温信号并发送测距信号至测距模块。
72.所述测温装置的测温方法包括以下步骤：
73.温度标定：测量不同的已知温度下，测距模块距双金属片装置中部的距离，并标定所需温度范围内所有温度对应的距离值，得到标定后的距离温度对应值。当的数值小于或等于10-3
量级时，通过测量数个点再拟合出距离和温度的线性关系进行标定；当的数值大于10-3
量级时，连续测量一定温度范围内的距离和温度的对应值进行标定。这里，k是双金属片比弯曲，x是双金属片上距离测量点到第二固定器4间的直线距离，δ是双金属片厚度，δt是温度差。
74.将所述标定后的距离温度对应值输入至单片机中；
75.将双金属片装置放入待测机舱中，控制端向wifi模块发出要求测温信号；
76.所述wifi模块接收控制端发出的要求测温信号并发送至单片机；
77.所述单片机接收要求测温信号并发送测距信号至测距模块；
78.所述测距模块接收测距信号后测量与双金属片装置中部的距离，并将测得的距离值转换成距离信号发送至单片机；
79.所述单片机接收距离信号并根据标定后的距离温度对应值得到该距离相对应的温度值，生成相应的温度信号发送至显示模块；
80.所述显示模块接收温度信号并转化成温度信息在显示屏上显示。
81.所述自检模块的自检方法包括以下步骤：
82.控制端向wifi模块发出要求自检信号；
83.所述wifi模块接收自检信号并发送至单片机；
84.所述单片机接收要求自检信号并发送自检信号至自检模块；
85.所述自检模块接收要求自检信号后，使两侧的线圈5同时通电，所述线圈5在上下
侧磁铁8的作用下向双金属片装置侧运动；
86.两侧所述线圈5运动带动两侧的不锈钢弹片6与双金属片装置相接触；
87.所述不锈钢弹片6与双金属片装置的回路通电，所述自检模块测得回路中的电流值；
88.所述自检模块将测得的电流值转换成电流信号发送至单片机；
89.所述单片机接收电流信号并分析锈蚀程度，将锈蚀程度发送至锈蚀信号发送至显示模块；当电流值减小时，双金属片装置的电阻增大，锈蚀程度加重；
90.以新制的双金属片装置和不锈钢弹片6组成的回路电流为初始值，当测得电流值变化达到初始值的0.8时，判断锈蚀程度为严重。
91.所述显示模块接收锈蚀信号并转化成锈蚀信息在显示屏上显示。
92.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。