[发明专利]动态超调快速热电偶

说明书

所属技术领域：一种动态超调快速热电偶(下简称超调热电偶)，是具有高动态热电变化率的温度传感器，它用于温度检测以及火焰熄火的快速热电保护。 

技术背景：目前，公知的热电偶有一个热端，它由正热电势偶丝(下简称正丝)和负热电势偶丝(下简称负丝)的端头进行焊接而成，两偶丝的另一端即为冷端，两个冷端焊有补偿导线或输出线。输出到测量电路或电磁阀上的总电势是这4根导体的热电势和3个焊点的接触电势的代数和。热电偶的热端接受火焰的高温后，经输出线向电磁阀供给电流，使电磁阀开阀通气，当意外熄火时，热电势逐渐变小，电磁阀线圈电流消失，便恢复到常闭状态，从而起到安全保护作用。不过，由于热电偶都具有质量，不可能及时响应温度的变化。当前的技术标准CJ/T28-2003规定开阀时间小于45秒闭阀时间小于60秒，这个时间太长，对大功率燃具，这样的保护有危险。 

我们对热电熄火保护分析一下。为了快速开启电磁阀，必须加大热电势的幅值及其上升变化率，所以，一般采用贝塞尔系数最大的E分度偶丝，即镍铬-康铜偶丝，且偶丝的长度要大些。而为了快速关闭电磁阀，必须减小热电势的幅值，下降的变化率仍要加大。可见，开启和关闭电磁阀都要求大的热电势变化率而对其幅值的要求却是相反的。我们被迫两者都要照顾，折衷的结果，使热电保护的电磁阀开启和关闭时间一直不理想，都太长。 

市场上有一种改进型热电偶，其头部的锥形衬套为正丝，锥形衬套的尖端与负丝焊接，形成热端，锥形衬套的粗端便成了一个冷端，粗端与一个长导电衬套压配合。负丝的另一端焊一个正丝，它们的焊点就是一个次温端。正丝后面再焊一根输出导线。使用这种改进热电偶，阀门的保护速度加快。但是这种热电偶的具有不足之处：由于其锥形衬套应耐热，故是用镍铬不锈钢的正丝(其正贝塞尔系数较低)。则工作端就必焊有另一个负丝，一般用E分度的康铜，其负贝塞尔系数高。因其热端到次热端使用了贝塞尔系数大的负丝。为了不过多损失热端的热电势，该负丝不应太短，否则要付出限制上升热电势的幅值及其变化率的代价，会反而使阀门的开启性能有所降低。这样，次热端温度就不会更高些，加上该负丝之后必焊上贝塞尔系数小的正丝，结果补偿的反向电势较小，也就限制了次温端的补偿作用不会太强，造成闭阀时间不会太短。 

上述所有偶丝和接点都不裸露，是封闭在绝缘套管和导电衬套里的。整体热惯性大，散热不良，会降低热电势的变化率，也影响效果。 

发明内容：

要解决的技术问题： 

保护速度是热电保护的关键，对大功率燃烧器尤为重要。本专利的目的是，克服上述热电偶热电响应速度不够快的问题，提供动态超调快速热电偶技术，实现快速热电保护。 

技术方案： 

本专利提出热电势动态超调的思路，通过几个技术措施，可解决现有热电偶热电响应速度慢的问题。 

本专利的技术方案是，设法形成开启和关闭阀门时热电势的高超调量，从而尽可能地提高热电势动态上升和下降的变化率，同时进一步降低开启电磁阀时的热电势的稳态幅值。但该幅值仍要有裕度。 

具体的技术措施有： 

●采用两个次热端(B)和(C)：即：热端(A)的正丝(2)和负丝(3)的另两端分别焊有与其相匹配的负丝(1)和正丝(4)，其焊点就是两个次热端(B)和(C)。两个次热端比一个次热端能提供更大的热电势动态超调量。 

●尚可只采用一个次热端(B)：省去次热端(C)，而必须保留次热端(B)，其设计与公知的相反：是在正丝(2)的另一端焊有一根负丝(1)，也就是，这时具有冷端(D)的两个偶丝(1)和(3)都是大塞贝尔系数的负丝，而共用的偶丝(2)是耐热正丝，其塞贝尔系数小，所以它可以短些，影响较小。故次温端的温度可更接近热端的温度。可见，这种布局，形成了由热端和次热端构成的两个热电偶，它们都是热电势损失小、高输出的热电偶。根据热电偶中间导体定律叠加热电势，可以得到较好的预想效果：稳态热电势幅值在有裕度的前提下可补偿到最小，而动态上升和下降的热电势超调量可成倍加大，得到很高的变化率，从而可使阀门开启和关闭时间大大缩短。 

●本超调热电偶是全裸露的，或只有次热端(B)、和负丝(1)是裸露的，即半裸的。裸露的好处是散热速度快。一般燃具安装环境是允许使用具有一定强度的全裸或半裸热电偶的。 

●将裸露的次热端(B)的安装位置接近热源并面对热辐射。这有助于提高次热端的温度，加大热电势补偿效率。