CN105628242A - 检测物体表面温度分布和梯度的方法和设备 - Google Patents

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杜福嘉
李爱爱
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    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer

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Abstract

检测物体表面温度分布和梯度的方法及其设备：⑴.根据被测物体表面积的大小和所需要的分辨率在柔性电路板上布线，使所布线成网状结构；⑵.把铂电阻温度传感器焊接到柔性电路板上；⑶.用导热硅脂把电路板粘贴到被测物体表面，电路板边用胶固定；⑷.通过导线把温度传感器的信号引出到温度采集设备上；⑸.通过温度采集设备的控制器控制继电器选择相应的温度通道进行温度检测；⑹.当检测完温度后通过显示屏显示出温度值，也可以通过通讯的方式把温度发送到远程控制器中。本发明考虑了各种环境和被测物体形状对温度检测的限制，可以根据需要快速高精度地测量物体的表面温度。本发明适用于工作在各种环境下各种物体表面温度分布和梯度的精确检测。

Description

检测物体表面温度分布和梯度的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种物体表面温度分布和梯度的检测方法和设备，具体涉及一种可以检测物体表面温度分布和温度梯度的设备，特别适用于一次性布置温度传感器并检测，尤其用于物体需要检测表面温度分布和梯度并且常规仪器不易做到的场合。
背景技术
温度是影响我们生产生活的重要环境参数，同时温度也对物体的特性产生影响，特别是在热传导过程中，热量通过物体与周围环境进行热交换，从而在物体中产生温度的渐变，即温度梯度。此外由于物体组成材料的不同，物体在温度传导过程中表现出各向异性，即同一温度的分布并不是一直线，因此在物体的表面上不同的区域温度不同，为了深入了解温度对物体的影响，需要知道温度在物体表面的分布情况。
温度测量基本上可以分为接触式测量和非接触式测量，接触式测量主要是通过热电阻或热电偶与被测物体直接接触测量物体的温度，非接触式测量主要是通过红外测温仪或红外热像仪。接触式测量和红外测温仪能检测物体表面一点的温度，红外热像仪可以检测物体表面整体的温度分布情况。通常我们应用的最多的就是接触式温度测量，但是如果想检测物体表面的温度分布和梯度，单点是的测量有很大的局限性。第一，安装比较麻烦，需要把温度探头一个一个安装到物体表面，工作量大。第二，布线较多，因为每个温度传感器至少需要两根导线，如果所测物体表面积大并且需要的分辨率高，则布线工作非常繁重。红外热像仪虽然可以一次性检测物体表面的温度分布和梯度，但是红外热像仪检测温度的时候，需要靠近被检物体，对于一些极端环境下的温度测量，如高温、低温、有毒等环境，红外热像仪就不能使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速检测物体表面温度分布和梯度的方法和设备，该设备能够满足在任何环境下，快速检测物体的表面温度和梯度。该设备所使用的机构简单，可实现性强，性能优越且可具有可扩展的功能。
为实现所述目的，本发明的技术方案是，一种检测物体表面温度分布和梯度的方法，其特征在于，步骤如下：
(1).根据被测物体表面积的大小和所需要的分辨率在柔性电路板上布线，使所布线成网状结构；即在电路板上布设相互交叉的行线和列线，行线数和列线数相乘等于温度传感器的数量，在行线和列线相交的位置安置焊盘用于温度传感器的焊接；
⑵.把温度传感器焊接到柔性电路板上；
⑶.用导热硅脂把电路板粘贴到被测物体表面，电路板的边用胶固定；
⑷.通过导线把温度传感器的信号引出到温度采集设备上；
⑸.通过温度采集设备的控制器控制继电器选择相应的温度通道进行温度检测；
⑹.当检测完温度后通过显示屏显示出温度值，也可以通过通讯的方式把温度发送到远程控制器中。
其中步骤⑵中的铂电阻温度传感器型号可以采用PT100或PT1000；
步骤⑸中，所述检测电路通过继电器组对温度传感器进行选择，所述继电器组由控制器进行控制关闭和打开。
完成本申请第二个发明任务的技术方案是，上述检测物体表面温度分布和梯度的方法所使用的设备，包括温度检测控制器、继电器组、显示温度检测值的显示器及用于通讯传输的通讯电路，其特征在于，在柔性电路板上焊接有若干个铂电阻温度传感器，各铂电阻温度传感器由导线连接，布线成网状结构；该柔性电路板的输出通过通讯的方式把温度检测值传输给远程控制器。
所述“网状结构”电路的连接方式是：具体电路如图1所示，根据选择的温度传感器尺寸和被测物体表面积，在柔性电路板上进行网状布线，即布相互交叉的行线和列线，行线数和列线数相乘等于温度传感器的数量，在行线和列线相交的位置安置焊盘用于温度传感器的焊接。
所述的铂电阻温度传感器可以采用PT100或PT1000。
所述的柔性电路板的各个输出端是通过继电器组有选择地通过通讯的方式把温度检测值传输给远程控制器。
所述继电器组是由温度检测控制器通过继电器驱动电路控制。
本发明的优势：1、减少了布线的数量，以25个温度传感器为例，用此发明的方法只需要布10根线，而用传统的方法需要布50根线。布线的减少也提供了空间给温度传感器，使表面温度测量的分辨率更高。
本发明的工作原理是：
预先制作和被测物体表面面积相同的柔性电路板，根据所需要的温度分辨率在电路板上布线，把温度传感器焊接到柔性电路板上，把电路板用导热脂贴到被测物体表面，电路板的边用胶固定，最后通过温度检测设备检测物体表面的温度分布。
附图说明
下面参照附图结合实施方式对本发明做进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的电路原理框图。
具体实施方式
请参照图1，本发明一种检测物体表面温度分布和梯度的方法和设备包括温度传感器3，连接温度传感器的导线2和柔性电路板1。根据被测物体表面积的尺寸和所需要温度分辨率的要求，选择合适的温度传感器的尺寸、空间布局和电路板的大小，然后对柔性电路板上进行网格状布线，即布相互交叉的行线和列线，行线数和列线数相乘等于温度传感器的数量，在行线和列线相交的位置安置焊盘用于温度传感器的焊接。电路板1加工完成后，把温度传感器3焊接到电路板1上，然后再通过焊接外部引线把温度传感器的输出连接到检测设备上。
温度检测设备请参照图2，温度检测设备包括继电器组4，继电器驱动5，控制器6、通讯接口7和显示器8。温度传感器通过控制器6进行检测，但是控制器的检测接口是有限的，如果所检测的温度传感器过多，则要求有控制电路对温度传感器进行分时检测，本发明对温度传感器用继电器组4对要检测的温度传感器进行选择，继电器通过控制器进行驱动。如果想检测第一组温度传感器的值，则闭合继电器1，同时打开其他所有的继电器，这样就把温度传感器的输出线X1和Y1接入控制器，通过控制器对温度传感器进行检测。以此类推，如果想检测温度传感器n的值，则闭合继电器n，而打开其他所有的继电器，则控制器就对温度传感器n进行检测。温度检测的值通过两种方式获得，一是通过显示器8直接把各个点的温度传感器得到，这样显示比较直观，利用现场人员操作。二是通过通讯接口，如串口通讯(RS232,RS485)或网络通讯，把温度传感器的值传输到远程控制器，由远程控制器进行保存处理，这样有利于分析温度值的变化趋势，更好地获取关于物体温度的特性。

Claims (9)

1.一种检测物体表面温度分布和梯度的方法，其特征在于，步骤如下：
⑴.根据被测物体表面积的大小和所需要的分辨率在柔性电路板上布线，使所布线成网状结构：布设相互交叉的行线和列线，行线数和列线数相乘等于温度传感器的数量，在行线和列线相交的位置安置焊盘用于温度传感器的焊接；
⑵.把温度传感器焊接到柔性电路板上；
⑶.用导热硅脂把电路板粘贴到被测物体表面，电路板的边用胶固定；
⑷.通过导线把温度传感器的信号引出到温度采集设备上；
⑸.通过温度采集设备的控制器控制继电器选择相应的温度通道进行温度检测；
⑹.当检测完温度后通过显示屏显示出温度值，也可以通过通讯的方式把温度发送到远程控制器中。
2.根据权利要求1所述的检测物体表面温度分布和梯度的方法，其特征在于：步骤⑵中的温度传感器型号采用PT100或PT1000。
3.根据权利要求1所述的检测物体表面温度分布和梯度的方法，其特征在于：步骤⑸中，所述检测电路通过继电器组对温度传感器进行选择。
4.根据权利要求1-3之一所述的检测物体表面温度分布和梯度的方法，其特征在于：所述继电器组由控制器进行控制关闭和打开。
5.权利要求1所述的检测物体表面温度分布和梯度的方法所使用的设备，包括有温度检测控制器、继电器组、显示温度检测值的显示器及用于通讯传输的通讯电路，其特征在于，在柔性电路板上焊接有若干个铂电阻温度传感器，各铂电阻温度传感器由导线连接，布线成网状结构；该柔性电路板的输出通过通讯的方式把温度检测值传输给远程控制器。
6.根据权利要求5所述的检测物体表面温度分布和梯度的方法所使用的设备，其特征在于，所述“网状结构”电路的连接方式是：根据选择的温度传感器尺寸和被测物体表面积，在柔性电路板上进行布线，即布相互交叉的行线和列线，行线数和列线数相乘等于温度传感器的数量，在行线和列线相交的位置安置焊盘用于温度传感器的焊接。
7.根据权利要求5所述的检测物体表面温度分布和梯度的方法所使用的设备，其特征在于，所述的铂电阻温度传感器采用PT100或PT1000。
8.根据权利要求5所述的检测物体表面温度分布和梯度的方法所使用的设备，其特征在于，所述的柔性电路板的各个输出端是通过继电器组有选择地通过通讯的方式把温度检测值传输给远程控制器。
9.根据权利要求5-8之一所述的检测物体表面温度分布和梯度的方法所使用的设备，其特征在于，所述继电器组是由温度检测控制器通过继电器驱动电路控制。
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