一种发热器温度场测量装置发明专利

专利名称：一种发热器温度场测量装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210061962.2

专利申请（专利权）人：合肥工业大学
权利人地址：安徽省合肥市包河区屯溪路193号

专利发明（设计）人：程真英,刘欣,马少华,雷英俊,李瑞君

专利摘要：本发明公开了一种发热器温度场测量装置，其发热器为棒状发热器，即发热棒；温度场测量装置为测温筒，测温筒具有轴向贯穿的中心通孔，发热棒能够自中心通孔的一端插入在中心通孔中；在测温筒的内侧壁上沿轴向和周向分布多测温点，在各测温点处设置温度传感器，利用各温度传感器检测获得各测温点温度，根据多点测温获得发热棒的温度场信息，实现发热棒的温度场测量。本发明尤其针对卷烟加热器中处在半封闭狭窄腔中的小型加热棒的温度场检测，能够实现快速检测，数据准确、重复性好，从而为生产提供准确的指导意见。

主权利要求：
1.一种发热器温度场测量装置，其特征是：所述发热器为棒状发热器，即发热棒(5)；所述温度场测量装置为测温筒(1)，所述测温筒(1)具有轴向贯穿的中心通孔(10)，所述发热棒(5)能够自所述中心通孔(10)的一端插入在所述中心通孔(10)中；在所述测温筒(1)的内侧壁上沿轴向和周向分布多测温点，在各测温点处设置温度传感器(6)，利用各温度传感器(6)检测获得各测温点温度，根据多点测温获得发热棒(5)的温度场信息，实现发热棒(5)的温度场测量；所述测温筒(1)是在筒状支撑体的内侧壁上固定设置弹性卡扣(7)，铂电阻温度传感器固定所述弹性卡扣(7)中，使铂电阻温度传感器的感温面在弹性卡扣(7)的弹力支撑下与发热棒(5)表面相贴合；设置各弹性卡扣(7)的圆周位置和轴向位置，使测温点在发热棒(5)的外表面形成包括螺旋分布在内的设定的分布形式和设定的分布密度，获得满足要求的测量精度；所述弹性卡扣(7)是由长条形的弹性板材在两端形成固定段，在中段形成拱状体，所述拱状体的拱顶部形成有卡槽(9)，卡槽(9)两侧有折起的侧耳，所述铂电阻温度传感器置于所述卡槽中。
2.根据权利要求1所述的发热器温度场测量装置，其特征是：所述筒状支撑体是由上盘件(2)、下盘件(4)和压板(8)装配构成；所述弹性卡扣(7)利用其两端的固定段连接在下盘件(4)和上盘件(2)之间，压板(8)为弹性卡扣(7)的支撑背板。
3.根据权利要求2所述的发热器温度场测量装置，其特征是：所述上盘件(2)和下盘件(4)的外缘是呈“十”字的凸缘，各弹性卡扣(7)一一对应固定安装在各凸缘上，相邻凸缘之间的空隙形成引线槽。
4.根据权利要求3所述的发热器温度场测量装置，其特征是：设置测温底座(3)，是由竖向梁和水平座构成的“L”形测温底座，在所述水平座上设有限位槽(3b)，测温筒(1)中的下盘件(4)的两侧带有下固定耳，所述下固定耳固定设置在所述水平座的限位槽(3b)中，使测温筒(1)呈竖向固定安装在所述“L”形测温底座(3)上；所述竖向梁中朝向测温筒所在一侧为“U”形的竖向通槽(3a)；所述发热器是卷烟加热器(13)中的发热棒(5)，待测的发热棒(5)自测温筒(1)的顶部插入在测温筒的中心通孔(10)中，卷烟加热器(13)的“U”形壳体凸伸在测温底座(3)中竖向梁的竖向通槽(3a)内，实现具有半封闭式狭窄腔的卷烟加热器(13)的温度场测量。
5.根据权利要求3所述的发热器温度场测量装置，其特征是：设置磁性式测温底座，是将一对侧板(14)利用“U”形板相连接形成的固定座，在所述侧板(14)的顶部一侧设有回型槽口(16)，测温筒(1)中上盘件(2)的两侧带有上固定耳，将所述上固定耳限位在所述回型槽口(16)中使测温筒(1)固定设置在测温底座(3)中；在所述测温底座的顶部另一侧设有磁块(15)，所述磁块(15)是由螺钉以横担的形式固定设置在一对侧板(14)的顶部；所述发热器是卷烟加热器(13)中的发热棒(5)，待测的发热棒(5)自测温筒(1)的底部插入在测温筒(1)的中心通孔(10)中，卷烟加热器(13)的“U”形壳体置于所述“U”形板的“U”形腔中，磁块(15)利用磁性吸力将所述卷烟加热器(13)吸附于测温底座(3)，使得在测温筒(1)与发热棒(5)之间获得轴向预紧。
6.根据权利要求1所述的发热器温度场测量装置，其特征是：所述筒状支撑体为套筒(17)，在所述套筒(17)的内侧壁上，根据所述弹性卡扣(7)所在位置分别设置下固定槽(19)和上预紧槽(18)；所述弹性卡扣(7)的两端固定段均折弯呈水平，分别形成上固定段和下固定段；所述弹性卡扣(7)的下固定段卡固在所述下固定槽(19)中，所述弹性卡扣(7)的上固定段卡固在所述上预紧槽(18)中，并在上预紧槽(18)中形成有轴向间隙；在所述套筒(17)的顶部向下设置有螺孔，螺孔的孔底部与上预紧槽(18)相连通，预紧螺钉在套筒(17)的顶部旋入所述螺孔，使预竖螺钉的底端抵于上预紧槽(18)中的弹性卡扣(7)下固定段，调整预紧螺钉的旋入深度能够调节弹性卡扣(7)的弹性预紧力。 说明书 : 一种发热器温度场测量装置技术领域[0001] 本发明涉及发热器温度场测量装置，更具体地说是一种棒状发热器的温度场测量装置，尤其是应用于具有半封闭式狭窄腔的卷烟加热器中的发热棒的温度场测量装置。背景技术[0002] 近年来，食品烟草类商业中新兴卷烟加热器，是在半封闭狭窄腔中设置小型加热棒，为保证卷烟的抽吸口感，并降低有害物质，需要对加热棒的加热温度进行严格把控。但是，由于该类小型加热棒的形状尺寸的限制，以及其处于半封闭狭窄腔中的应用形式的制约，迄今还没有一种能够快速实现其温度场检测，又能保证检测过程高重复性的检测装置。发明内容[0003] 本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种发热器温度场测量装置，尤其针对卷烟加热器中处在半封闭狭窄腔中的小型加热棒的温度场检测，以期实现快速检测，并保证检测过程的高重复性，从而为生产提供准确的指导意见。[0004] 本发明为实现发明目的采用如下技术方案：[0005] 本发明发热器温度场测量装置的结构特点是：[0006] 所述发热器为棒状发热器，即发热棒；所述温度场测量装置为测温筒，所述测温筒具有轴向贯穿的中心通孔，所述发热棒能够自所述中心通孔的一端插入在所述中心通孔中；在所述测温筒的内侧壁上沿轴向和周向分布多测温点，在各测温点处设置温度传感器，利用各温度传感器检测获得各测温点温度，根据多点测温获得发热棒的温度场信息，实现发热棒的温度场测量。[0007] 本发明发热器温度场测量装置的结构特点也在于：所述测温筒是在筒状支撑体的内侧壁上固定设置弹性卡扣，铂电阻温度传感器固定所述弹性卡扣中，使铂电阻温度传感器的感温面在弹性卡扣的弹力支撑下与发热棒表面相贴合；设置各弹性卡扣的圆周位置和轴向位置，使测温点在发热棒的外表面形成包括螺旋分布在内的设定的分布形式和设定的分布密度，获得满足要求的测量精度。[0008] 本发明发热器温度场测量装置的结构特点也在于：所述弹性卡扣是由长条形的弹性板材在两端形成固定段，在中段形成拱状体，所述拱状体的拱顶部形成有卡槽，卡槽两侧有折起的侧耳，所述铂电阻温度传感器置于所述卡槽中。[0009] 本发明发热器温度场测量装置的结构特点也在于：所述筒状支撑体是由上盘件、下盘件和压板装配构成；所述弹性卡扣利用其两端的固定段连接在下盘件和上盘件之间，压板为弹性卡扣的支撑背板。[0010] 本发明发热器温度场测量装置的结构特点也在于：所述上盘件和下盘件的外缘是呈“十”字的凸缘，各弹性卡扣一一对应固定安装在各凸缘上，相邻凸缘之间的空隙形成引线槽。[0011] 本发明发热器温度场测量装置的结构特点也在于：设置测温底座，是由竖向梁和水平座构成的“L”形测温底座，在所述水平座上设有限位槽，测温筒中的下盘件的两侧带有下固定耳，所述下固定耳固定设置在所述水平座的限位槽中，使测温筒呈竖向固定安装在所述“L”形测温底座上；所述竖向梁中朝向测温筒所在一侧为“U”形的竖向通槽；所述发热器是卷烟加热器中的发热棒，待测的发热棒自测温筒的顶部插入在测温筒的中心通孔中，卷烟加热器的“U”形壳体凸伸在测温底座中竖向梁的竖向通槽内，实现具有半封闭式狭窄腔的卷烟加热器的温度场测量。[0012] 本发明发热器温度场测量装置的结构特点也在于：设置磁性式测温底座，是将一对侧板利用“U”形板相连接形成的固定座，在所述侧板的顶部一侧设有回型槽口，测温筒中上盘件的两侧带有上固定耳，将所述上固定耳限位在所述回型槽口中使测温筒固定设置在测温底座中；在所述测温底座的顶部另一侧设有磁块，所述磁块是由螺钉以横担的形式固定设置在一对侧板的顶部；所述发热器是卷烟加热器中的发热棒，待测的发热棒自测温筒的底部插入在测温筒的中心通孔中，卷烟加热器的“U”形壳体置于所述“U”形板的“U”形腔中，磁块利用磁性吸力将所述卷烟加热器吸附于测温底座，使得在测温筒与发热棒之间获得轴向预紧。[0013] 本发明发热器温度场测量装置的结构特点也在于：所述筒状支撑体为套筒，在所述套筒的内侧壁上，根据所述弹性卡扣所在位置分别设置下固定槽和上预紧槽；所述弹性卡扣的两端固定段均折弯呈水平，分别形成上固定段和下固定段；所述弹性卡扣的下固定段卡固在所述下固定槽中，所述弹性卡扣的上固定段卡固在所述上预紧槽中，并在上预紧槽中形成有轴向间隙；在所述套筒的顶部向下设置有螺孔，螺孔的孔底部与上预紧槽相连通，预紧螺钉在套筒的顶部旋入所述螺孔，使预竖螺钉的底端抵于上预紧槽中的弹性卡扣下固定段，调整预紧螺钉的旋入深度能够调节弹性卡扣的弹性预紧力。[0014] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：[0015] 1、本发明通过合理分布测温点，根据多点测温获得温度场信息，测温信息准确，测量过程快捷。[0016] 2、本发明设置弹性卡扣，铂电阻温度传感器的感温面在弹性卡扣7的弹力支撑下与发热棒表面有效且牢固地贴合，实现接触式温度检测，其抗干扰能力强，重复性好，有效保证了数据准确可靠、过程稳定快捷，为生产提供准确的指导意见。[0017] 3、本发明能够广泛适用于多种不同尺寸和形状的微型高深宽比工件的温度场测量，其耐高温，能用于300℃以上的高温测量环境中。附图说明[0018] 图1为本发明结构示意图；[0019] 图2为本发明中测温筒结构示意图；[0020] 图3a为本发明中弹性卡扣展开图；[0021] 图3b为本发明中弹性卡扣结构图；[0022] 图4为本发明中测温底座结构图；[0023] 图5为本发明中测温铂电阻排布示意图；[0024] 图6为测量卷烟加热吸烟器中发热棒温度的结构爆炸图；[0025] 图7为具体实施例中的测温曲线图；[0026] 图8a为本发明中磁吸式测温底座结构图；[0027] 图8b为图8a所示的磁吸式测温底座与卷烟加热器装配示意图；[0028] 图9a为本发明中筒状支撑体另一结构形式示意图；[0029] 图9b为图9a所示筒状支撑体与卷烟加热器装配示意图。[0030] 图中标号：1测温筒，2上盘件，3测温底座，3a竖向通槽，3b限位槽，4下盘件，5发热棒，6温度传感器，7弹性卡扣，8压板，9卡槽，10中心通孔，11凸缘，12引线槽，13卷烟加热器，14侧板，15磁性块，16回型槽口，17套筒，18上预紧槽，19下固定槽。具体实施方式[0031] 参见图1、图2和图5，本实施例中发热器为棒状发热器，即发热棒5；温度场测量装置为测温筒1，测温筒1具有轴向贯穿的中心通孔10，发热棒5能够自中心通孔10的一端插入在中心通孔10中；在测温筒1的内侧壁上沿轴向和周向分布多测温点，在各测温点处设置温度传感器6，利用各温度传感器6检测获得各测温点温度，根据多点测温获得发热棒5的温度场信息，实现发热棒5的温度场测量。[0032] 具体实施中，相应的技术措施也包括：[0033] 如图1和图2所示，测温筒1是在筒状支撑体的内侧壁上固定设置弹性卡扣7，铂电阻温度传感器固定弹性卡扣7中，使铂电阻温度传感器的感温面在弹性卡扣7的弹力支撑下与发热棒5表面相贴合，为提供测温时足够的贴合力，以及提高多次测温的示值重复性，弹性卡扣7采用刚度、硬度性能较好的铍青铜为制作材料；针对不同截面形状的加热棒，为完整获得加热棒的温度场，设置各弹性卡扣7的圆周位置和轴向位置，使测温点在发热棒5的外表面形成包括螺旋分布在内的设定的分布形式和设定的分布密度，获得满足要求的测量精度。[0034] 如图3a和图3b所示，弹性卡扣7是由长条形的弹性板材在两端形成固定段，在中段形成拱状体，拱状体的拱顶部形成有卡槽9，卡槽9两侧有折起的侧耳，铂电阻温度传感器置于卡槽9中。针对卷烟加热器中的小型发热棒5，采用深圳市铂电科技有限公司出品的允差等级小于±0.5℃的小型铂电阻温度传感器6，其小型的测温面能够很好地贴合小型加热棒的加热侧面，满足测量精度要求。铂电阻温度传感器6置于卡槽9中后，采用东莞市汇瑞胶业有限公司的HR‑8767C型耐高温绝缘修补胶，填补铂电阻温度传感器6与卡槽9之间的剩余缝隙，在高温环境中，能够有效加固铂电阻温度传感器6，避免测温中由于贴合挤压产生位置偏移而引起的测温误差。[0035] 如图3a所示为弹性卡扣7的展开图，该展开铍青铜件采用化学腐蚀的方式制备，再采用折弯或压制成型的工艺将展开件制作成如图3b所示弹性卡扣7的结构件，两步走的制备工艺大大降低了该小型弹性卡扣7的加工难度和制作成本。[0036] 如图1所示，筒状支撑体是由上盘件2、下盘件4和压板8装配构成；弹性卡扣7利用其两端的固定段连接在下盘件4和上盘件2之间，由于半封闭狭窄腔中的应用形式的制约，弹性卡扣7与下盘件4和上盘件2之间采用小螺钉进行固定连接，为保证装配时小螺钉的细螺纹强度，下盘件4和上盘件2均采用强度高的航空铝合金加工制作，经实验测试结果，可在长期使用下仍能保证固定的稳定性；上盘件2和下盘件4的中心都有与发热棒5径向截面形状一致的通孔，在将自发热元件5插入进行测温时，提供对发热棒的初步定位和限位作用。具体实施中，可根据发热棒5的不同截面形状对通孔进行调整；压板8为弹性卡扣7的支撑背板，压板8的厚度和个数可随筒状支撑体所需要的支撑强度进行增加，提高测温装置的使用寿命。[0037] 图2所示的上盘件2和下盘件4的外缘是呈“十”字的凸缘，各弹性卡扣7一一对应固定安装在各凸缘上，相邻凸缘之间的空隙形成引线槽，铂电阻温度传感器6的引线采用胜牌绝缘材料有限公司出品的PTFE铁氟龙耐高温热缩管套装，在高温环境下可避免引线与金属制凸缘之间的短路。[0038] 图4示意了一种形式的测温底座3，是由竖向梁和水平座构成的“L”形测温底座，在水平座上设有限位槽3b，测温筒1中的下盘件4的两侧带有下固定耳，下固定耳固定设置在水平座的限位槽3b中，使测温筒1呈竖向固定安装在“L”形测温底座3上；竖向梁中朝向测温筒1所在一侧为“U”形的竖向通槽3a。[0039] 如图4和图5所示，发热器是卷烟加热器13中的发热棒5，待测的发热棒5自测温筒1的顶部插入在测温筒的中心通孔10中，卷烟加热器13的“U”形壳体凸伸在测温底座3中竖向梁的竖向通槽3a内，实现具有半封闭式狭窄腔的卷烟加热器13的温度场测量。[0040] 测量过程简单易操作，将卷烟加热器13中的发热棒5对准上盘件4中心的通孔，卷烟加热器13的“U”形壳体对准测温底座3中竖向梁的竖向通槽3a，竖向径直将卷烟加热器13插入测温装置中至上盘件与加热腔的底部接触，即可开启测温程序进行测温，为保证测温精度，测温过程中不要移动或触碰整体测温装置。[0041] 图7为本实施例中测温结果示意，图中八条曲线为四个测温点的测温数据，每个测温点分别进行了两次测温，其中曲线a1、曲线b1、曲线c1和曲线d1分别为四个测温点的第一次测温曲线，曲线a2、曲线b2、曲线c2和曲线d2对应为同样的四个测温点的第二次测温曲线，图7所示可见，每个测温点的第一次测温曲线与第二次测温曲线几乎重合，由此表明本发明测温装置测温准确，重复性好。测温结果还表明：测量装置在不同温度段的测温重复性优于±1℃，能够直观显示被测件的温度分布，具有良好的稳定性和重复性。[0042] 图2所示为双层测温结构，沿测温筒的轴向间隔设置有两道上盘件2，并在轴向相应设置两组弹性卡扣7，获得两组不同轴向位置上的温度分布；图5示意了呈螺旋分布的测温点布置形式，针对发热棒实行多截面、多点测温。[0043] 图8a和图8b示意了另一种形式的测温底座，为磁性式测温底座，是将一对侧板14利用“U”形板相连接形成的固定座，在侧板14的顶部一侧设有回型槽口16，测温筒1中上盘件2的两侧带有上固定耳，将上固定耳限位在回型槽口16中使测温筒1固定设置在测温底座3中；在测温底座的顶部另一侧设有磁块15，磁块15是由螺钉以横担的形式固定设置在一对侧板14的顶部；如图8b所示，发热器是卷烟加热器13中的发热棒5，待测的发热棒5自测温筒1的底部插入在测温筒1的中心通孔10中，卷烟加热器13的“U”形壳体置于“U”形板的“U”形腔中，磁块15利用磁性吸力将卷烟加热器13吸附于测温底座3，使得在测温筒1与发热棒5之间获得轴向预紧。其测量过程为：将测温筒1的下盘件对准卷烟加热器13中的发热棒5，然后竖直插入至加热腔的底部，再将磁性式测温底座沿着侧板上14的回型槽口16套入测温筒1中上盘件2的上固定耳，磁块15与卷烟加热器13中的含铁件产生吸力，从而固定住测温装置，最后启动测温程序进行测温。[0044] 图9a和图9示意了筒状支撑体的另一种结构形式，将筒状支撑体设置为套筒17，在套筒17的内侧壁上，根据弹性卡扣7所在位置分别设置下固定槽19和上预紧槽18；弹性卡扣7的两端固定段均折弯呈水平，分别形成上固定段和下固定段；弹性卡扣7的下固定段卡固在下固定槽19中，弹性卡扣7的上固定段卡固在上预紧槽18中，并在上预紧槽18中形成有轴向间隙；在套筒17的顶部向下设置有螺孔，螺孔的孔底部与上预紧槽18相连通，预紧螺钉在套筒17的顶部旋入螺孔，使预竖螺钉的底端抵于上预紧槽18中的弹性卡扣下固定段，调整预紧螺钉的旋入深度能够调节弹性卡扣7的弹性预紧力。其测量过程为：将套筒17底部的通孔对准卷烟加热器13中的发热棒5，竖向径直插入至卷烟加热器13中加热腔的底部，最后拧动套筒17顶部的两侧螺钉，使弹性卡扣7上的温度传感器6的测温面贴紧发热棒5，即可开启测温程序进行测温。[0045] 最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；可以参考上述各实例对本发明的各项特征进行等同替换，这些替换并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

专利地区：安徽

专利申请日期：2022-01-19

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN114397034B