[發(fā)明專利]微小空間內(nèi)溫度精確測量裝置及探頭和測溫方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110364336.2
• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN102507035A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志剛;張承武
• 申請（專利權(quán)）人: 山東省科學(xué)院能源研究所
• 主分類號: G01K7/18
• 分類號: G01K7/18;G01K1/00
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司 37205
• 代理人: 曲志波

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及一種新型溫度測量方法，尤其涉及一種利用溫度變化對阻值的影響進(jìn)而通過迭代的方式調(diào)整電阻絲的溫度逐漸與被測樣品一致。該方法是一種利用迭代電阻的測溫方法。

背景技術(shù)

????隨著科技的進(jìn)步，小型化、微型化正逐漸成為各項(xiàng)領(lǐng)域設(shè)備的發(fā)展趨勢。然而，設(shè)備微型化一方面提高了空間利用率及設(shè)備各效率的同時(shí)，設(shè)備中尺度的減小也大大增加了相關(guān)物理量的測量難度。溫度作為國際單位制中七個(gè)基本物理量之一，在微流動、微傳熱系統(tǒng)中是至關(guān)重要的物性參數(shù)，如何對微米級、亞微米級甚至納米級空間中的工質(zhì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確且有效測量是目前微／納流動及傳熱系統(tǒng)研究中亟待解決的測量難點(diǎn)問題。

目前的溫度測量方法主要分為接觸式測溫和非接觸式測溫兩大類。接觸式測溫法在測量時(shí)需要與被測物體或介質(zhì)充分接觸，一般測量的是被測對象和傳感器的平衡溫度，如液體膨脹式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)等均屬此類。接觸式測溫簡單、可靠、測量精度高，但由于達(dá)到熱平衡需要一定時(shí)間，因而會產(chǎn)生測溫的滯后現(xiàn)象；另外感溫元件往往會破壞被測對象的溫度場，并有可能受到被測介質(zhì)的腐蝕，從而導(dǎo)致明顯的測量誤差。非接觸式測溫方法則不需要與被測對象接觸，因而不會干擾溫度場，但同時(shí)也存在著精度不如接觸式測溫儀表、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且測試成本高等缺點(diǎn)。

在微/納系統(tǒng)通道內(nèi)，尤其通道尺寸降至亞微米甚至納米量級時(shí)，常規(guī)的接觸式測溫方法不但難以保證與被測表面的良好接觸，而且會嚴(yán)重影響破壞被測表面的溫度分布；同時(shí)由于此時(shí)極微量的工質(zhì)與測點(diǎn)接觸后，其測點(diǎn)的熱容將改變極微量工質(zhì)的溫度，因此常規(guī)接觸式測溫方法難以對微/納系統(tǒng)內(nèi)部工質(zhì)溫度進(jìn)行有效測量。而非接觸式溫度測量方法則測量精度較差，且對光路布置要求非常高，尤其當(dāng)尺度降低至微米級以下時(shí)，該問題變得更加突出，目前還未有非接觸式溫度測量方法能對微米級以下級空間進(jìn)行有效測量。因此，必須開發(fā)出一種新的溫度測量方法，能夠準(zhǔn)確反映微/納米尺度通道內(nèi)工質(zhì)溫度值，對于微/納系統(tǒng)的發(fā)展具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本項(xiàng)目正是針對這一需求，提出“迭代電阻測溫法”這一新的溫度測量方法，可較為方便地應(yīng)用于微納流體機(jī)械以及微換熱系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對微/納米通道內(nèi)工質(zhì)溫度的精確且有效測量，解決微/納空間工質(zhì)溫度精確測量的瓶頸問題，從而推動工業(yè)換熱設(shè)備的微/納型化發(fā)展。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足提出了一種能夠有效測量微納流體機(jī)械以及微換熱系統(tǒng)中工質(zhì)的溫度測量，解決微/納空間工質(zhì)溫度精確測量的瓶頸問題。

一種新型測溫方法，其特征是它包括如下步驟：

1依據(jù)鉑絲電阻阻值與溫度變化的對應(yīng)關(guān)系，按照預(yù)測的工質(zhì)出口溫度設(shè)立鉑絲初始溫度；該方法采取調(diào)整鉑絲兩端電壓的技術(shù)手段精確控制鉑絲的溫度，即先預(yù)測工質(zhì)出口溫度，加載電流使鉑絲溫度與預(yù)測值相等。

2使用微小空間內(nèi)溫度精確測量裝置測溫，它包括探頭和與之相連的高精度電阻測量與處理系統(tǒng)和高精度加熱系統(tǒng)。探頭包括中空的套管，套管兩端封閉且設(shè)置有金屬電極，還設(shè)置有連接兩端金屬電極的細(xì)金屬絲，所述套管為內(nèi)徑0.1mm-5mm；長度1mm-10mm的細(xì)管；在套管的側(cè)壁上開設(shè)工質(zhì)進(jìn)孔。被測工質(zhì)通過開在側(cè)壁上的工質(zhì)進(jìn)孔進(jìn)入管內(nèi)直接與鉑絲接觸；?

3調(diào)整鉑絲端電壓對鉑絲的阻值進(jìn)行迭代直至鉑絲阻值不再變化，這時(shí)鉑絲的溫度即為被測工質(zhì)的溫度。當(dāng)被測工質(zhì)的溫度與鉑絲溫度不一致時(shí)，鉑絲的阻值會發(fā)生變化，此時(shí)根據(jù)鉑絲阻值隨溫度的變化關(guān)系——鉑絲阻值隨溫度的升高而升高，進(jìn)一步調(diào)整鉑絲兩端電壓，當(dāng)鉑絲阻值增大時(shí)說明工質(zhì)溫度高于鉑絲溫度，此時(shí)加大鉑絲端電壓，提高鉑絲溫度，如果鉑絲阻值減小則相應(yīng)的減小鉑絲端電壓，降低鉑絲溫度，如此往復(fù)循環(huán)，直至鉑絲阻值不再發(fā)生變化，這一循環(huán)過程中鉑絲阻值的調(diào)整量是一個(gè)逐漸減小和遞進(jìn)的過程，是對鉑絲阻值的一個(gè)迭代過程，通過對鉑絲電阻的判斷以及不斷的迭代實(shí)現(xiàn)鉑絲的阻值不再發(fā)生變化，而此時(shí)鉑絲的溫度就是被測工質(zhì)的溫度。

一種微小空間內(nèi)液體工質(zhì)的溫度精確測量探頭，它包括中空的套管，其特征是在套管兩端封閉且設(shè)置有金屬電極，還設(shè)置有連接兩端金屬電極的細(xì)金屬絲，所述套管為內(nèi)徑0.1mm-5mm；長度1mm-10mm的細(xì)管；套管側(cè)壁開設(shè)通孔。