专利名称：耐高压快速响应温度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及海洋测量仪器，特别是涉及海水温度的测量传感器。
背景技术：
海洋占全球总面积的3/4，海水温度的任何变化都影响着人类的生存活动和海洋 环境的变化。海水温度是基本的海洋水文要素，海水温度对于海洋环境污染、海气界面的热 交换、海洋水文微细结构等的基础理论和应用研究都有极为重要的意义，是海洋调查和海 洋环境污染监测中最重要的观测项目之一。海洋水文微细结构的研究，诸如水团边界的相互叠置、不同水层的温度梯度等的 研究，要求测温传感器具有高精度和快速时间响应，以便掌握海水温度的分布变化规律。一 般情况下，由于载有温度传感器的测温体沉放速度和提升速度不同，温度传感器的示值与 海水的真实温度不完全一致。温度传感器示值与海水真实温度的差值取决于温度传感器的 响应时间，与温度传感器的结构特性有直接关系。在海洋调查中，为了更准确的获取不同层 次海水的真实温度，特别是在运动着的载体上测温，要求温度传感器更精确、更快速的响应 时间。同时，温度传感器要具有适宜水下环境的耐高压和防高速流体冲击的能力。图1显示现有技术的一种海水温度测量传感器。如图1所示，温度传感器呈圆柱 状结构，主要包括温度敏感元件1和信号转换电路。温度敏感元件1通常为钼电阻或半导 体器件，设置在圆柱壳体5前端的耐压保护套管2内，耐压保护套管2的底座3固定在圆柱 壳体5的连接盖4上。信号转换电路设置在圆柱壳体5内的电路板6上，圆柱壳体5后端 有电缆密封接头7。温度敏感元件1和电缆密封接头7分别由引线与电路板6上的信号转 换电路连接。图1所示的海水温度测量传感器放入海中时，温度敏感元件1感应的海水温度信 号由电路转换后，经电缆密封接头7传递到采集微处理器进行数据处理和存储。上述海水温度测量传感器，其耐压保护套管2对于内设的温度敏感元件1起着保 护作用，使温度敏感元件1在水下减少高压影响和避免高速流体的冲击。但是，现有技术海水温度测量传感器的耐压防护套管采用整体车制的结构型式， 无论保护套管的外形是圆筒形，还是圆锥筒形、阶梯圆筒形，一般都较长，而且体积大、管壁 厚。保护套管的壁厚固然能提高抗压强度，但是体长和壁厚会增加传感器的热惰性，延长了 温度敏感元件响应时间。而且，耐压防护套管与作为主壳体的圆柱壳体的连接方式采用焊 接或法兰直接紧密连接的方式，这使得传感器热容量加大。热容量越大，温度敏感元件的热 惰性越大，也使温度变化时的响应时间变慢。另外，温度敏感元件与保护套管间有间隙，间 隙的存在直接会影响到热交换的效果，造成传感器的不稳定传热过程，使得传感器的温度 随时间而变动，产生动态响应误差。总之，现有技术的海水温度测量传感器的结构设计使得其响应时间较长，停留在 1000ms左右，而海洋剖面测量用温度传感器响应时间要求达到60-70ms，因此，现有海水温 度测量传感器根本无法进行现场连续剖面测量，只能用于海上站点长时间测量。发明内容针对现有技术的海水温度测量传感器响应时间较长，难以达到连续海洋剖面测量 的要求，本实用新型推出一种新型微结构形式的温度测量传感器，其目的在于，采用微结构 针状测温探针耐压防护壳体配合导热介质和隔离的连接密封结构设计，降低传感器的热容 量，增加导热速度，增进耐压强度，缩短温度变化的响应时间，提高动态测温的准确度，以更 好适应海水温度的连续剖面测量。本实用新型所涉及的耐高压快速响应温度传感器由上下两部分构成，上部包括设 置在耐压水密壳体连接盖上的测温探针和防护外罩，下部为圆柱状的耐压水密壳体。测温 探针下部的连接底座与耐压水密壳体的连接盖固定在一起，防护外罩罩在测温探针的外 侧，并固定在连接盖上。耐压水密壳体连接盖的上部有圆筒形敞口，圆筒形敞口内设置密封 套，测温探针下部的连接底座插入连接盖的圆筒形敞口内，连接底座和密封套的上侧设置 压盖，密封套和压盖将测温探针固定在连接盖内。防护外罩罩在测温探针的外侧，并固定在 连接盖上。防护外罩为带孔的罩形体，便于测温探针与外部海水的接触，又使测温探针免受 高速流体的冲击。测温探针为针状耐压防护壳体结构，探针上部密闭，上部顶端内装有微型温度敏 感元件。微型温度敏感元件周围填充导热介质，温度敏感元件和导热介质下部封装绝缘隔 热材料的绝缘体。下部的耐压水密壳体内密封有信号转换电路，信号转换电路设置在耐压水密壳体 内的电路板上。上部的温度敏感元件通过引线与信号转换电路连接，连接引线从温度敏感 元件引出，穿过绝缘体后，从针状耐压防护壳体的下端进入耐压水密壳体内并连接信号转 换电路。耐压水密壳体的底端有电缆密封接头，电缆密封接头由信号传输线与电路板上的 信号转换电路连接。微型温度敏感元件采用热敏电阻，作为信号转换电路中振荡器桥路中的一个电阻 元件，位于桥路一臂上。当温度发生变化时，热敏电阻的阻值变化并改变桥路参数，引起桥 路的相位和幅度的变化，放大器满足振荡幅度和相位要求后就产生振荡。电桥电阻受温度 影响时其值产生变化，振荡频率也会产生变化，从而通过频率的检测达到对温度测量的目 的。T90 = [g+h*ln (f0/f) +i*ln (f0/f) 2+j*ln (f0/f)3] _1-273. 15T68 = [a+b*ln (f0/f) +c*ln (f0/f) 2+d*ln (f0/f)3] -1_273. 15其中:T68= 1. 00024 T9。，f0 = 1000. 00Hz，f 为振荡器频率A、b、c、d、g、h、i、j 均为定标常数本实用新型所涉及的耐高压快速响应温度传感器进行海水温度测量时，微型温度 敏感元件感应经耐压防护壳体和导热介质传递的海水温度信号，再由引线传送到信号转换 电路，经电路转换后通过电缆密封接头传递到采集微处理器进行数据处理和存储。本实用新型所涉及的耐高压快速响应温度传感器体积小，热容量低，响应时间短， 动态测温准确度高，适用于深海温度场剖面测量，在海气交换研究、全球海洋环境保护以及 海洋生态、渔业水产等诸多领域的开发研究中具有良好应用前景。
图1为现有技术的海水温度测量传感器结构示意图。图2为本实用新型的耐高压快速响应温度传感器结构示意图。图中标记说明1.温度敏感元件3.底座5.圆柱壳体7.电缆密封接头9.热敏电阻11.防护外罩13.罩孔15.密封套17.引线19.耐压水密壳体21.电缆密封接头
具体实施方式
结合附图对本实用新型作进一步描述。如图2所示，本实用新型所涉及的耐高压快速响应温度传感器由上、下两部分构 成，上部的测温探针8和防护外罩11设置在下部的圆柱状耐压水密壳体19的连接盖18上。耐压水密壳体连接盖18的上部有圆筒形敞口，圆筒形敞口内设置绝缘隔热材质 的密封套15，测温探针8下端焊接的圆盘形连接底座16置于密封套15内，连接底座16和 密封套15的上侧设置压盖14。压盖14与连接盖18的圆筒形敞口内侧螺纹连接，将连接底 座16与密封套15压紧，使插入连接盖18内的测温探针8与耐压水密壳体的连接盖18隔 离密封固定在一起。测温探针8为针状耐压防护壳体结构，探针上部密闭，上部顶端内装有微型温度 敏感元件，微型温度敏感元件采用热敏电阻9。微型温度敏感元件周围填充导热介质10，温 度敏感元件和导热介质10下部封装绝缘隔热材料的绝缘体12。防护外罩11为带孔的罩形体，防护外罩11的圆筒状罩形体上有六个罩孔13。防 护外罩11罩在测温探针8的外侧，防护外罩11的下部与耐压水密壳体圆筒形连接盖18的 外侧螺纹连接。耐压水密壳体19内的电路板20上设置信号转换电路，温度敏感元件的热敏电阻9 通过引线17与信号转换电路连接，连接引线17穿过绝缘体12后，从测温探针8的耐压防 护壳体下端进入耐压水密壳体19内并连接信号转换电路。耐压水密壳体19底端的电缆密封接头21由信号传输线与电路板20上的信号转 换电路连接。
2.保护套管4.连接盖6.电路板8.测温探针10导热介质12绝缘体14压盖16连接底座18连接盖20电路板
权利要求一种耐高压快速响应温度传感器，由上下两部分构成，下部为圆柱状的耐压水密壳体(19)，耐压水密壳体(19)内密封有信号转换电路，信号转换电路设置在耐压水密壳体内的电路板(20)上，其特征在于上部包括设置在耐压水密壳体(19)的连接盖(18)上的测温探针(8)和防护外罩(11)，测温探针(8)下部的连接底座(16)与耐压水密壳体的连接盖(18)固定在一起，防护外罩(11)罩在测温探针(8)的外侧，并固定在连接盖(18)上；测温探针(8)为针状耐压防护壳体结构，上部密闭，上部顶端内装有微型温度敏感元件，微型温度敏感元件周围填充导热介质(10)，温度敏感元件和导热介质(10)下部封装绝缘隔热材料的绝缘体(12)。
2.根据权利要求1所述的耐高压快速响应温度传感器，其特征在于耐压水密壳体(19)内的电路板(20)上设置信号转换电路，微型温度敏感元件通过引线(17)与信号转换 电路连接，连接引线(17)穿过绝缘体(12)后，从测温探针(8)的耐压防护壳体下端进入耐 压水密壳体(19)内并连接信号转换电路。
3.根据权利要求2所述的耐高压快速响应温度传感器，其特征在于，微型温度敏感元 件采用热敏电阻(9)。
4.根据权利要求1所述的耐高压快速响应温度传感器，其特征在于耐压水密壳体连 接盖(18)的上部有圆筒形敞口，圆筒形敞口内设置密封套(15)，测温探针(8)下端焊接的 圆盘形连接底座(16)置于密封套(15)内，连接底座(16)和密封套(15)的上侧设置压盖 (14)，压盖(14)与连接盖(18)的圆筒形敞口内侧螺纹连接，压盖(14)将连接底座(16)与 密封套(15)压紧，密封套(15)和压盖(14)将测温探针(8)固定在连接盖(18)内。
5.根据权利要求1所述的耐高压快速响应温度传感器，其特征在于防护外罩(11)为 带孔的罩形体，防护外罩(11)的圆筒状罩形体上有六个罩孔(13)，防护外罩(11)的下部与 耐压水密壳体圆筒形连接盖(18)的外侧螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的耐高压快速响应温度传感器，其特征在于，耐压水密壳体 (19)底端设置电缆密封接头(21)，电缆密封接头(21)由信号传输线与电路板(20)上的信 号转换电路连接。
专利摘要本实用新型所涉及的耐高压快速响应温度传感器，包括设置在耐压水密壳体连接盖上的测温探针和防护外罩。测温探针上部顶端内装有热敏电阻的微型温度敏感元件。微型温度敏感元件周围填充导热介质，温度敏感元件和导热介质下部封装绝缘隔热材料的绝缘体。测温探针下部的连接底座插入耐压水密壳体连接盖圆筒形敞口内的密封套内，密封套和压盖将测温探针固定在连接盖内。温度敏感元件通过引线与耐压水密壳体内的信号转换电路连接。采用微结构针状测温探针耐压防护壳体配合导热介质和隔离的连接密封结构设计，降低传感器的热容量，缩短温度变化的响应时间，提高动态测温的准确度，以更好适应海水温度的连续剖面测量。
文档编号G01K1/08GK201583362SQ201020107919
公开日2010年9月15日 申请日期2010年2月4日 优先权日2010年2月4日
发明者兰卉, 吴明钰, 张金平, 李建国 申请人:国家海洋技术中心