一种测量低温表面的装置及其组装方式的制作方法

1.本发明属于温度测量技术领域，尤其是在医疗、化工、机械等领域针对低温物体的表面温度进行精准测量，具体涉及一种测量低温表面的装置及其组装方式。


背景技术：

2.低温物体的表面温度测量在很多领域都很常见，诸如医疗、化工、机械等领域。众所周知，物体表面温度测量的精准性一直是一个难题，目前的低温表面测量方法有传感器法(热电偶、热电阻以及热敏电阻)和红外测温法。
3.其中，传感器测温法属于接触性测温法，其原理是将传感器贴合于被测物的表面，当被测物表面温度产生变化时，传感器就会产生电信号，并将电信号通过引线传递给mcu进行数据的分析，从而达到测量表面温度的目的。但是，传感器测温法易受到周围环境的影响，周围环境温度高于待测温表面21温度时，就会与传感器产生热交换，从而破坏表面的温度场，进而影响测温的精准性；同时传感器的引线也会参与热交换，进一步影响测温的精准性。现有技术中，传感器测温法大多采用“等温线”接触法，这样可以弥补引线的热交换带来的影响，但是仍然无法解决传感器热交换带来的影响，故传感器测温法的精准性还是不能令人满意。
4.红外测温法属于非接触测温法，其原理是被测物体表面会实时的向外辐射出红外线，根据表面温度的高低会辐射出不同强度的红外线，先由光学系统汇集这些辐射能量，再交由红外线传感器将这些光信号转化成电信号，最后电信号经过处理将电信号转化成温度值，从而实现了测量物体表面温度的功能。但是红外测温法易受到环境温度、距离以及被测物材质的影响，从而影响测温的精准性。
5.现有的专利文献cn203572589u公开了一种用于测量低温介质的铂电阻温度传感器封装结构,即属于传感器测温法。该专利在传感器壳体内放置陶瓷铂电阻敏感元件和测量引线，传感器壳体端部通过密封胶密封；测量引线的一端连接陶瓷铂电阻敏感元件，另一端延伸穿出密封胶；测量引线中间部分绕成螺旋状填充于传感器壳体中部内；传感器壳体两端内、且在测量引线的两端采用填充材料填充。该技术方案将测量引线绕成螺旋状置入传感器壳体内，使更长的测量引线和陶瓷铂电阻敏感元件同时进行充分预冷，这样可消除或减少敏感元件与测量引线的热传导，以缩短铂电阻敏感元件的响应时间，缩短测温时间。但是，该专利文献的技术方案是针对管道内的低温介质，通过将测温装置完全深入到管道内进行的测量，无法在高温环境中排除周围环境的温度干扰，实现对低温物体的表面温度进行精准测量，且该专利的技术方案为了让更长的测量引线可以充分预冷，减少温度传导时间，把测量引线绕成螺旋线密封在壳体内部，增大了测温装置的尺寸，不便于固定安装在特定仪器的狭小空间表面使用。


技术实现要素：

6.本发明旨在针对现有技术的上述缺陷，提供一种能够在高温环境中免受环境因素
干扰、实时、精准地测量低温表面的装置及其组装方法，且该装置适用范围广泛，体积小巧，便于固定安装和使用。
7.为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种测量低温表面的装置，包括测温结构组件，所述测温结构组件包括微型测温探头、针头和微型热电偶；所述微型测温探头为t型结构，包括端部和伸长部，所述端部的下端面为测温接触端面，所述伸长部设有中空的探头内孔，所述微型热电偶置于所述探头内孔中并与所述端部上端面上的内孔底面贴合接触；所述针头上设置有中空的针头内孔，所述微型测温探头安装在所述针头下端的针头内孔中，使得微型测温探头的伸长部完全置于所述针头内孔中，并且微型测温探头的端部的上端面与针头的下端面紧密贴合固定。
9.进一步地，所述微型热电偶包括底部的测温头表面，中部的孵育引线和上部的常规引线，所述孵育引线完全置于所述微型测温探头的伸长部的探头内孔内；所述孵育引线的长度为2～3mm。
10.更进一步地，所述微型测温探头的伸长部与微型热电偶的固定连接处为第一结合处，所述微型测温探头的端部与与针头的固定连接处为第二结合处，所述第一结合处和第二结合处均涂抹有进行密封的厌氧胶。
11.更进一步地，所述微型测温探头的伸长部的外壁上沿环向开设有一个长凹槽。
12.更进一步地，所述微型测温探头由高导热系数的金属材料加工而成，所述高导热系数的金属材料包括但不局限于使用h59材质；所述针头、固定基座和限位挡板均由耐高温且低导热系数的非金属材料加工而成，所述耐高温且低导热系数的非金属材料包括但不局限于使用ptfe材质；所述微型测温探头的测温接触端面的面积为2.0mm2，端部的厚度为0.4mm。
13.进一步地，所述测温结构组件还包括针筒和弹簧，所示针筒包括针筒内孔，所述针头的上端设置有横截面增大的第一阶梯轴，所述针头通过所述第一阶梯轴滑动连接在针筒内孔内；所述弹簧位于针筒内孔内的针头上方，且处于预压缩状态；所述微型热电偶的上端延伸穿过所述弹簧的弹簧内孔。
14.更进一步地，所述装置还包括基座和限位挡板，所述基座设置有中空的基座内孔，所述限位挡板设置有中空的挡板内孔，且所述挡板内孔的内径小于所述基座内孔的内径；所述针筒上端设置有横截面增大的第二阶梯轴，所述基座内孔的上端设置有与第二阶梯轴对应的阶梯孔，所述针筒通过所述第二阶梯轴固定在所述基座内孔的阶梯孔内；所述限位挡板固定在所述基座的上端，且所述挡板内孔与所述基座内孔贯通，使得所述微型热电偶的上端依次延伸穿过所述基座内孔和挡板内孔。
15.更进一步地，所述基座在基座内孔的两侧设置有螺纹孔，所述限位挡板在挡板内孔的两侧设置有供螺钉穿过的螺钉贯穿孔，所述基座和限位挡板通过所述螺纹孔、螺钉贯穿孔，利用十字盘头螺钉进行螺接固定；所述基座的两侧设置有安装固定孔。
16.用于组装上述任一种测量低温表面的装置的组装方法，所述方法包括：
17.步骤s1：将针头自上而下塞入针筒的针筒内孔内；将弹簧自上而下塞入针筒的针筒内孔内；
18.步骤s2：将微型热电偶自上而下塞入微型测温探头的探头内孔内，微型热电偶的测温头表面贴合在探头内孔的内孔底面上；微型测温探头与微型热电偶的第一结合处涂抹
有厌氧胶，将第一结合处密封住；
19.步骤s3：将步骤s2中安装好的部件自下而上塞入针头的针头内孔内，微型热电偶的常规引线由弹簧的弹簧内孔、针筒的针筒内孔、固定基座的基座内孔穿出；微型测温探头与针头的第二结合处涂抹有厌氧胶，将第二结合处密封住；在一些实施例中，将步骤s2中安装好的部件自下而上塞入针头的针头内孔内时，可以通过设计很小的过盈量以确保安装的牢固性和可靠性；
20.步骤s4：将步骤s1-s3中安装好的部件整体自上而下放入固定基座的基座内孔内；
21.步骤s5：将限位挡板的挡板下表面贴合在固定基座的基座上表面上，将限位挡板的螺钉贯穿孔与固定基座的螺纹孔对齐，用十字盘头螺钉将限位挡板和固定基座固定在一起，此时弹簧处于预压缩的状态，且弹簧被约束在针头、针筒以及限位挡板所形成的空腔内，微型热电偶的常规引线从限位挡板的挡板内孔穿出。
22.进一步地，所述方法还包括步骤s6：所述测量低温表面的装置可以根据需要进行手持使用或固定安装使用；手持使用时，可根据需要改变基座的形状或调整基座的尺寸；固定安装使用时，可采用粘胶固定或通过基座两侧设置的安装固定孔进行安装固定。
23.与现有技术相比，本发明所产生的有益效果是：
24.(1)本技术提供的测量低温表面的装置，其微型测温探头是由导热系数较高的金属材质加工而成(例如h59黄铜材质)，这样就保证了微型测温探头接触低温物体的表面后，两者之间可以迅速的产生热交换；而且由于测温探头的体积微小，使其温度不足以对低温物体(被测温物体)产生影响；同时其周圈又被包裹在导热系数很低的非金属材料(如ptfe聚四氟乙烯材质)制成的针头中，从而保证了外界的高温环境不足以对微型测温探头产生影响，这样微型测温探头的端面在贴合到低温物体的瞬间，就可以与低温物体表面的温度保持一致；
25.而微型测温探头体积微小，导致其自身热阻可以忽略不计，这样就可以保证探头端面的温度与其余部分的温度完全一致，微型测温探头就可以当成一个理想的等温体，微型热电偶被约束在微型测温探头的微小孔径内，其头部贴合在孔径的内壁上，相当于被孵育在一个等温的环境中，其对测温有影响的2～3mm长度的孵育引线也被包裹在微型测温探头的等温的孔径内，这样就保证了微型热电偶可以在不受外界的干扰下，实时地精准采集并反馈微型测温探头的温度；
26.因微型测温探头端面的温度与被测的低温物体表面的温度是一致的，微型热电偶的温度又与微型测温探头的端面温度一致，这样就等价于微型热电偶实时精准地采集了低温物体表面的温度；这样就达到了在高温环境中，有效避免环境温度、传感器热交换、引线热交换等因素的干扰，实现实时、精准地测量低温表面的目的；
27.(2)相比于专利文献cn203572589u的测温装置仅针对管道内的低温介质，通过将测温装置完全深入到管道内进行的测量，而本技术提供的测量低温表面的装置，可以应用于任何领域对低温物体的表面进行测量，适用范围更加广泛，尤其合适对温度测量精度要求非常高的医疗行业；同时，专利文献cn203572589u的技术方案为了让更长的测量引线可以充分预冷，减少温度传导时间，把测量引线绕成螺旋线密封在壳体内部，增大了测温装置的尺寸，不便于固定安装在特定仪器的狭小空间表面使用；而本技术的测温装置仅把对测温有影响的2～3mm竖直长度的孵育引线密封在了壳体内部，体积非常小巧，使用时可以根
据需要采用粘胶固定或者通过基座上设置的安装固定孔方便地固定安装于任何仪器表面的狭小空间内，也可以根据需要改变基座的形状或增大基座的尺寸进行手持使用，使用方式更加灵活便捷。
附图说明
28.图1为本发明实施例的测量低温表面的装置进行测温时的结构示意图；
29.图2为本发明实施例的测量低温表面的装置的结构示意图；
30.图3为图2中的a处局部放大图；
31.图4为本发明实施例的微型测温探头的结构示意图；
32.图5为本发明实施例的微型测温探头的半剖结构示意图；
33.图6为本发明实施例的针头的半剖结构示意图；
34.图7为本发明实施例的微型热电偶的结构示意图；
35.图8为本发明实施例的针筒的半剖结构示意图；
36.图9为本发明实施例的弹簧的结构示意图；
37.图10为本发明实施例的基座的半剖结构示意图；
38.图11为本发明实施例的限位挡板的结构示意图；
39.附图标记说明：
40.1-测温结构组件；
41.11-微型测温探头，111-端部，112-伸长部，113-测温接触端面，114-长凹槽，115-探头内孔，116-内孔底面，117-第一结合处，118-第二结合处，119-外围接触面；
42.12
‑‑
针头，121-针头内孔；
43.13
‑‑
微型热电偶，131-测温头表面，132-孵育引线，133-常规引线；
44.14-针筒，141-针筒内孔；
45.15-基座，151-基座内孔，152-螺纹孔，153-安装固定孔，154-基座上表面；
46.16-弹簧，161-弹簧内孔；
47.17-限位挡板，171-挡板内孔，172-挡板下表面，173-螺钉贯穿孔；
48.18-十字盘头螺钉；19-厌氧胶；
49.2-低温待测物体；21-待测温表面。
具体实施方式
50.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。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。
51.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
52.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.结合图1-2所示，本发明提供了一种测量低温表面的装置，所述装置包括测温结构组件1，所述测温结构组件1包括微型测温探头11、微型热电偶13、针头12、针筒14、弹簧16、基座15和限位挡板17；所述测温结构组件1通过下端的微型测温探头11对低温待测物体2的待测温表面21进行温度测量。
54.结合图2-4所示，所述微型测温探头11为t型结构，包括端部111和伸长部112，所述端部111的下端面为测温接触端面113，所述伸长部112设有中空的探头内孔115，所述微型热电偶13置于所述探头内孔115中并与所述端部111上端面上的内孔底面116贴合接触；所述针头12上设置有中空的针头内孔121，所述微型测温探头11安装在所述针头12下端的针头内孔121中，使得微型测温探头11的伸长部完全置于所述针头内孔121中，并且微型测温探头11的端部111的上端面与针头12的下端面紧密贴合固定；所述微型测温探头11由高导热系数的金属材料加工而成，例如h59材质；所述针头12、固定基座15和限位挡板17均由耐高温且低导热系数的非金属材料加工而成，例如ptfe(聚四氟乙烯)材质，能适应高温环境且能阻断热交换的影响。
55.所述微型热电偶13包括底部的测温头表面131，中部的孵育引线132和上部的常规引线133；所述常规引线133的上端通过2pin的插针连接温度采集仪，用于采集和显示温度；所述孵育引线132的长度为2～3mm，所述孵育引线132完全置于所述微型测温探头11的伸长部112的探头内孔115内；所述微型测温探头11的伸长部112的外壁上沿环向开设有一个长凹槽114，可以有效减少微型测温探头11的伸长部112与针头内孔121的接触面积，减少热交换的发生；所述微型测温探头11的伸长部112与微型热电偶13的固定连接处为第一结合处117，所述微型测温探头11的端部111与与针头12的固定连接处为第二结合处118，所述第一结合处117和第二结合处118均涂抹有进行密封的厌氧胶19。
56.在一些实施例中，作为优选方案，所述微型测温探头11的测温接触端面113的面积为2.0mm2，端部111的厚度为0.4mm。
57.所示针筒14包括针筒内孔141，所述针头12的上端设置有横截面增大的第一阶梯轴，所述针头12通过所述第一阶梯轴滑动连接在针筒内孔141内；所述弹簧16位于针筒内孔141内的针头12上方，且处于预压缩状态；所述微型热电偶13的上端延伸穿过所述弹簧16的弹簧内孔161。
58.所述基座15设置有中空的基座内孔151，基座内孔151的两侧设置有螺纹孔152；所述限位挡板17设置有中空的挡板内孔171，且所述挡板内孔171的内径小于所述基座内孔151的内径，挡板内孔171的两侧设置有供螺钉穿过的螺钉贯穿孔173；所述基座15和限位挡板17通过所述螺纹孔152、螺钉贯穿孔173，并利用十字盘头螺钉18进行螺接固定，并使所述挡板内孔171与所述基座内孔151贯通；所述针筒14上端设置有横截面增大的第二阶梯轴，所述基座内孔151的上端设置有与第二阶梯轴对应的阶梯孔，所述针筒14通过所述第二阶梯轴固定在所述基座内孔151的阶梯孔内，且使得所述微型热电偶13的上端依次延伸穿过
所述基座内孔151和挡板内孔171；所述基座15在所述螺纹孔152的两侧且与螺纹孔轴向垂直的方向设置有安装固定孔153，以便将所述测量低温表面的装置固定安装在特定仪器的表面适用，此外，在其他的一些实施例中，也可以根据需要灵活调整安装固定孔153的位置和大小，也可以采用粘胶固定的方式固定，亦或通过增大固定基座15的尺寸直接进行手持使用。
59.一种用于组装上述测量低温表面的装置的组装方法，所述方法包括：
60.步骤s1：将针头12自上而下塞入针筒14的针筒内孔141内；将弹簧16自上而下塞入针筒14的针筒内孔141内；
61.步骤s2：将微型热电偶13自上而下塞入微型测温探头11的探头内孔115内，微型热电偶13的测温头表面131贴合在探头内孔115的内孔底面116上；微型测温探头11与微型热电偶13的第一结合处117涂抹有厌氧胶19，将第一结合处117密封住；
62.步骤s3：将步骤s2中安装好的部件自下而上塞入针头12的针头内孔121内，微型热电偶13的常规引线133由弹簧16的弹簧内孔16、针筒14的针筒内孔141、固定基座15的基座内孔15穿出；微型测温探头11与针头12的第二结合处118涂抹有厌氧胶19，将第二结合处118密封住；在一些实施例中，将步骤s2中安装好的部件自下而上塞入针头的针头内孔内时，可以通过设计很小的过盈量以确保安装的牢固性和可靠性；
63.步骤s4：将步骤s1-s3中安装好的部件整体自上而下放入固定基座15的基座内孔151内；
64.步骤s5：将限位挡板17的挡板下表面172贴合在固定基座15的基座上表面154上，将限位挡板17的螺钉贯穿孔173与固定基座15的螺纹孔152对齐，用十字盘头螺钉18将限位挡板17和固定基座15固定在一起，此时弹簧16处于预压缩的状态，且弹簧16被约束在针头12、针筒14以及限位挡板17所形成的空腔内，微型热电偶13的常规引线133从限位挡板17的挡板内孔171穿出。
65.在一些实施例中，还包括步骤s6：所述测量低温表面的装置可以根据需要进行手持使用或者固定安装后使用；手持使用时可根据需要调整基座的形状和尺寸；固定安装使用时可采用粘胶固定或通过基座15两侧设置的安装固定孔153进行安装固定。
66.测温原理：
67.(1)针头12是可以在针筒14的针筒内孔141内上下滑动的，由于弹簧16的存在，可以保证安装在针头12上的微型测温探头11可以紧密的贴合在低温待测物体2的待测温表面21上进行测温。
68.(2)微型测温探头11是由导热系数非常高的材质h59加工而成，其底部与被测物体的接触的测温接触端面113的面积大小只有2.0mm2，该面积非常的小，故测温接触端面113与低温待测物体2的待测温表面21的接触热阻r0可以忽略不计，即r0＝0；微型测温探头11的端部111的厚度尺寸只有0.4mm，这样就使得端部111的测温接触端面113到探头内孔115的内孔底面116的导热热阻r1可以忽略不计，即r1＝0；假设低温待测物体2的待测温表面21的温度为t0，测温接触端面113的温度为t1，内孔底面116的温度为t2，那么可以得出t0＝t1＝t2；
69.(3)微型测温探头11的端部111与环境接触的外围接触面119的面积大小只有2.86mm2，该面积非常的小，与之接触的空气又被称为“热的不良导体”，故该外围接触面119
受外界高温环境的影响可以忽略不计；微型测温探头11的其余外表面又被针头12的针头内孔121包裹住，针头12又由耐高温且导热系数非常低的ptfe材质加工而成，能够适应高温环境，避免高温环境下针头发生热分解，又能避免热传导造成的测量误差影响；并且由于微型测温探头11周圈的长凹槽114的存在，其与针头12的针头内孔121的接触面积只有2.26mm2，故该接触面受到针头12的热传递可以忽略不计；微型测温探头11的伸长部112体积大小只有2.05mm3，该体积非常的小，故微型测温探头11自身的导热热阻r2可以忽略不计，即r2＝0；正因为如此，微型测温探头11可以当成一个等温体，即微型测温探头11的每一处温度都为t2；
70.(4)微型热电偶13的测温头表面131的面积大小只有0.196mm2，其头部是贴合在微型测温探头11的内孔底面116上，微型热电偶13对测温有影响的孵育引线132也是被包裹在微型测温探头11的探头内孔115内，故微型热电偶13相当于被孵育在一个等温的环境中，从而不受外界的干扰，不存在有梯度温度的环境；此时微型热电偶13所测的温度t3，就等同于微型测温探头11的温度t2，从而得到t3＝t2＝t1＝t0，也就是说微型热电偶13所测的温度就是被测物体2的待测温表面21的温度。
71.通过上述方式，就实现了在高温环境中，有效避免环境温度、传感器热交换、引线热交换等因素的干扰，实现实时、精准地测量低温表面的目的，且本技术的测量低温表面的装置，可以应用于任何领域，尤其合适对温度测量精度要求非常高的医疗行业；同时，所述测量低温表面的装置可以根据需要进行手持使用或固定使用；在固定使用时，由于其体积非常小巧，可采用粘胶固定或者通过基座15两侧设置的安装固定孔153方便地安装于任何仪器的狭小空间表面使用，也可以适应性地增大基座15的尺寸以便手持使用，使用方式更加灵活便捷。
72.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。