[0001] 本
申请是申请日为2014年4月30日、
国际申请号为PCT/US2014/036170、
国家申请号为201480023562.6、
发明名称为“温度传感器带”的发明
专利申请的分案申请。
[0002] 本申请是基于提交于2013年5月10日，题目为“温度传感器带”的美国临时申请No.61/821,959的正式申请，本申请全篇地援引于此作为参考。
背景技术
[0003] 本发明总体涉及温度传感器，并更尤其地涉及可在
焊接操作过程中使用的温度传感器带。
[0004] 焊接是在各种行业和应用中的利用日益增长的工艺。此类工艺在某些情况下可以是自动化的，尽管大量用于手动焊接操作的应用继续存在。在这两种情况下，此类焊接操作依赖各种类型的设备以保证焊接耗材(例如，送丝，保护气体等)的供应，以合适的量在所需的时间提供给焊接。
[0005] 焊接操作在各种不同的材料上进行。例如，
工件可由
碳钢或耐蚀
合金形成，例如
不锈钢。某些工件可能对热——例如在焊接操作中产生的热——敏感。因此，工件上的焊接
质量可取决于工件暴露在焊接操作期间的温度。不幸的是，在焊接操作发生在接缝上时，可能很难检测接缝附近的工件的温度。因此，可能很难确定在焊接操作期间工件暴露在中的温度。
发明内容
[0006] 在一个
实施例中，温度传感器带包括至少一个温度传感器。温度传感器被配置为提供表征工件的温度的指示。温度传感器带还包括横跨至少一个温度传感器设置的
支撑材料。支撑材料被配置为将至少一个温度传感器支撑在传感器带上。温度传感器带还包括至少部分地围绕至少一个温度传感器的隔离材料，其中隔离材料配置为热隔离至少一个温度传感器。
[0007] 在另一个实施例中，温度传感器带包括多个温度传感器，每个温度传感器配置为提供表征温度的指示。温度传感器带还包括具有隔离材料的第一层，其中第一层至少部分地热隔离多个温度传感器。此外，温度传感器带包括有保护材料的第二层，其中第一层被设置在多个温度传感器和第二层之间。
[0008] 在又一个实施例中，温度传感器带包括一个或多个配置为检测工件表面上的温度的温度传感器。温度传感器带还包括具有横跨一个或多个温度传感器设置的支撑材料的带。支撑材料被配置为支撑一个或多个温度传感器。
附图说明
[0009] 在整个附图中，附图标记中类似的字符代表相似的部件，当阅读下面的详细说明并结合附图标记，本发明的这些和其他特征，方面和优点将被更好地理解，其中：
[0010] 图1是根据本公开的方面，包括可由
碳钢或耐蚀合金形成的工件的焊接系统的实施例的图解；
[0011] 图2是根据本公开的方面，具有温度传感器带的焊接系统的实施例的图解；
[0012] 图3是根据本公开的方面，温度传感器带的实施例的横截面图；
[0013] 图4是根据本公开的方面，有温度传感器
外壳的温度传感器带的实施例的立体图；
[0014] 图5是根据本公开的方面，有温度传感器外壳的温度传感器带的另一实施例的立体图；以及
[0015] 图6是根据本公开的方面，图5中有温度传感器插入其中的外壳的实施例的立体图。
具体实施方式
[0016] 本发明的实施例可用于可检测一个或多个温度的任何应用。例如，图1示出了弧焊系统10。如图所示，弧焊系统10可包含电源12，电源12产生焊接功率并通过
导管16供应焊接功率至
电极14。直流电(DC)或交流电(AC)可用于连同消耗或非消耗电极14一起传送
电流到焊接点。在这样一个焊接系统10中，操作者18可通过
定位电极14及触发电流流动的启动和停止以控制电极14的
位置和操作。如图所示，头盔组件20由焊接操作者18佩戴。头盔组件20包括头盔外壳22和可被变暗的目镜组件24以防止或限制暴露于焊接
电弧26产生的光。
[0017] 当操作者18通过从电源12到电极14施加功率开始焊接操作(或例如等离子切割的其它操作)时，焊接电弧26在电极14和工件28之间形成，例如图示的管道。工件28可由碳钢或耐蚀合金形成，如不锈钢，或其它金属和合金(例如，
铝、
钛、锆、铌、钽、镍合金)。非金属(例如塑料、
聚合物、
橡胶)工件28也可被焊接或以其它方式结合，例如，通过搅拌焊接。
[0018] 通常地，本文描述的技术使某些操作(例如，焊接、切割、
研磨、
感应加热、测试)通过施加由电源12供应的功率在工件28上进行。工件28可设置在工业设施(例如，工业厂房，造船厂)内，但也可设置在住宅设施内，如
车库或家中。工件28可包括管状件(例如管)，平板(例如，金属或塑料薄板和板材)，成
角度的工件28(例如，角
铁)，或可例如通过使用由电源12传送的功率被焊接、切割、研磨、感应加热或测试的任何其它零件。
[0019] 电极14和导管16由此传送足够的电流和
电压以生成在电极14和工件28之间的焊接电弧26。焊接电弧26在电极14与工件28之间的点
熔化金属(基材和添加的少许填充材料)，从而在金属冷却时提供接缝。焊接系统10可配置为通过任何合适的技术形成
焊缝，包括手工
电弧焊(SMAW)(即
焊条焊接)、钨极气体保护电弧焊(GTAW)，气体保护金属电弧焊(GMAW)，药芯
焊丝电弧焊(FCAW)，惰性气体保护焊(MIG)，
钨极惰性气体保护焊(TIG)，
气焊(例如，
氧乙炔焊)，亚弧焊(SAW)，和/或
电阻焊。如可以理解的，保护气体可用于某些应用中，例如，GTAW，GMAW和FCAW。焊接过程中所使用的
波形可包括调节的金属沉积(RMD)型波形，此外还有，表面张
力传送(STT)、冷金属转移(CMT)。
[0020] 如下所述，施加至工件28的热可通过使用温度传感器带被检测(例如，感应)。通过使用温度传感器带，在焊接施加位置附近的工件28的温度可被检测和/或监测，以确定焊接操作的质量和/或控制在进行中的焊接操作的温度。如可以理解的，这样的温度传感器带可用于需要温度检测的任何应用，例如焊接，切割，研磨，感应加热，测试，等等。
[0021] 图2是有温度传感器带的焊接系统10的实施例的图解。工件28有一个接缝30，在那里要进行结合(例如焊接)。温度传感器带32被定位在邻近于接缝30的位置，以检测接缝30被焊接之前，期间和/或之后工件28的一个或多个温度。例如，在某些实施例中，温度传感器带32可被定位在离接缝30 1至4英寸以内的位置。第二温度传感器带34被定位在邻近于接缝30的位置，在接缝30相对于温度传感器带32的相反侧上。如可以理解的，温度传感器带32和34大体上是相同的。尽管示出两个温度传感器带32和34，然而焊接系统10可包括1个，2个，3个，4个，5个，或更多个温度传感器带。此外，在一些实施例中，两个或更多个温度传感器带可以是在接缝30的一侧上彼此邻近的。温度传感器带32和34可以由任何合适的材料形成，所述合适的材料使带32和34能够缠绕在工件28周围(例如围绕工件28的外表面)，例如弹性材料、柔性材料，耐热性材料，布，具有钩和环形
紧固件的材料(例如，魔术贴(VelcroTM))，等等。而在如图所示的实施例中，工件28具有圆形的外表面，在其它实施例中，工件28可具有外表面，所述外表面是三角形，方形，矩形，平坦的或外表面的任何其他标准的或非标准形状。如可以理解的，两个或更多个温度传感器带32和34可与任何合适的构造连接以允许对任何形状的接缝30的温度测量。例如，两个或更多个温度传感器带32和34可串连连接在一起。
[0022] 温度传感器带32和34，包括附连于，安装在其中，安装在其上和/或以其他方式与之结合的温度传感器36。温度传感器36可附连于温度传感器带32，34，使得温度传感器36与工件28的表面(例如，外表面，内表面，或温度传感器可经由与温度传感器带32，34的传导来检测温度)
接触。在某些实施例中，温度传感器36可在不与工件28的表面接触的情况下检测温度。温度传感器36可以是能提供对应于温度的指示的任何合适的装置。例如，一个或多个温度传感器36可以是
热电偶、双金属
开关，电阻温度检测器(RTD)，
热敏电阻，蜡
马达(例如，适用于通过蜡的
相变行为将
热能转换成机械能的
致动器装置)，和/或红外传感器。表征工件28的温度的指示可包括
信号，例如电压信号、电流信号、无线、信号、磁信号等。该指示可另外地或可替代地为一个或多个数据包，或者是可包括数字、文字或它们的组合的其他指示。
[0023] 如图所示，温度传感器36配置为通过使用
电缆38与另一个装置进行通信。此外，在其他实施例中，温度传感器36可使用有线及/或无线通信提供与温度对应的指示(例如，数据或信号)。
数据接收器40可通过电缆38接收来自温度传感器36的指示。数据接收器40可是一个独立的装置，或者可结合到
计算机系统、
焊接电源(例如，如图1中所示的电源12)或任何合适的装置，包括基于
云的装置(例如，基于云服务可
访问的
服务器)。在某些实施例中，数据接收器40可包括一个或多个存储装置42，用于存储来自温度传感器36的指示。一个或多个存储装置42(例如，非易失性
存储器)可包括
只读存储器，闪存，
硬盘驱动器，或任何其他合适的光，磁或固态存储介质，或它们的组合。一个或多个存储装置42可存储数据(例如，来自温度传感器36的指示，温度数据等)，指令(例如，用于确定温度的
软件或固件，等)，以及任何其他合适的数据。在某些实施例中，数据接收器40可包括一个或多个处理器43，用于处理来自温度传感器36的指示，例如用于转换温度数据的指示。此外，在一些实施例中，数据接收器40可接收来自温度传感器36的指示，并且可提供此指示至另一个装置，而不存储指示。例如，数据接收器40可起到直通装置的作用，将来自温度传感器36的指示提供给网络装置、存储装置、服务器，和/或用于存储和/或处理的其他合适的装置(例如，互联网服务器，云存储等)。
[0024] 此外，在某些实施例中，温度传感器带32、34还可包括一个或多个配置为使用无线信号46通信的温度传感器44。此外，数据接收器40可配置为接收无线信号48，用于存储和/或处理来自无线温度传感器44的指示。如可以理解的，无线温度传感器44可为热电偶，双金属开关，电阻温度检测器(RTD)，热敏电阻，蜡马达，和/或红外传感器，具有适用于发射无线信号的无线模
块(例如，蓝牙(BluetoothTM)模块，WiFi模块，网状网络模块)。此外，在一些实施例中，无线温度传感器44还使用有线通信进行通信。在某些实施例中，工件28可配置为在焊接操作中旋转。在这样的实施例中，无线温度传感器44可被使用，使得温度传感器引线不缠绕在工件28周围。带32、34可部分地设置在工件28上。例如，仅带32、34的一部分可被定位以获得工件28的温度读数。因为带32、34的柔性，带32、34可被定位在工件28上以提供弯曲的带32、34(例如，S弯曲或任何其它弯曲)，和/或在使用中围绕某些接缝。另外，在尺寸较大的工件28中，带32、34可不完全地围绕较大工件28，而仅只需要对工件28的某些部分取读数。带32，34可另外设置在工件28的内部，诸如管的内部。例如，带32，34可包括
磁性层或附连点(例如，设置在带32、34上的
磁铁)，其适宜用于通过磁性将带32，34附连在工件28上。同样地，带32，34可在工件28的内侧或外侧部分夹紧。
[0025] 温度传感器带32、34也可包括无线发射机/接收机系统50。无线系统50可从结合在温度传感器带32、34上的温度传感器36和44接收与温度对应的指示。无线系统50可电连接到温度传感器带32，34上的温度传感器36，44和/或从温度传感器带32，34上的无线温度传感器44接收无线信号。在某些实施例中，无线系统50可包括
电池用于给温度传感器36、44供电。无线系统50提供了可由数据接收器40接收的无线信号52。如可以理解的，通过使用温度传感器带32、34，工件28的温度可被检测和/或监测。因此，在接缝30上进行的焊接的质量可被确定和/或控制。
[0026] 图3是温度传感器带32、34的实施例的横截面图。温度传感器带32、34可包括隔离层54。该隔离层54被配置为与温度传感器36，44中的一个或多个侧面热隔离，温度传感器36，44中的一个或多个侧面未布置成与工件28接触，以将温度传感器36，44与通过焊接操作产生的直接热量隔离。在某些实施例中，隔离层54可配置为保护温度传感器36，44和/或提高检测的温度的
精度。该隔离层54可由任何合适的材料形成，例如基于聚合物材料，布，织物，等等。在如图所示的实施例中，连接器56被布置在隔离层54内，以利于将温度传感器引线58电连接至温度传感器36。此外，温度传感器引线58被设置在隔离层54内。温度传感器带
32，34可包括连接器60，其将温度传感器引线58连接至无线系统50。如图所示，无线系统50可通过使用无线信号52无线地进行通信，和/或无线系统50可使用通过连接器62连接在无线系统50上的有线连接进行通信。因此，引线58可通信地结合在外部装置上，例如，到电源
12。在一个实施例中，连接器62可是90°的连接器以利于结合到外部装置。在其它实施例中，连接器62可以任何角度倾斜，包括平行于带32、34。
[0027] 温度传感器带32、34可包括配置为向隔离层54和/或温度传感器36、44提供支撑的支撑层64。在某些实施例中，支撑层64可包括保护性材料以保护隔离层54和/或温度传感器36，44免受磨损和焊渣飞溅和/或其他对象的冲击。支撑层64可由任何合适的材料形成，例如柔性材料、金属、金属合金、耐热材料，聚合材料，等等。例如，在某些实施例中，支撑层64可由编织的金属(例如，编织的
铜)形成。温度传感器带32，34还可包括可设置在与温度传感器36相对的支撑层64的一侧的指示器66，并且指示器66可通过引线68接收代表来自温度传感器36的工件28的温度的指示(例如，可视和/或音频指示)。可视指示器66可例如通过数字显示器提供温度的可视指示或关联于温度的反馈。此外，在某些实施例中，视觉指示器66可各自包括一个或多个发光
二极管(LED)，
发光二极管(LED)被配置为在超过
阈值温度(例如，当温度高于300摄氏度，当温度低于350摄氏度，等)时发光。如可以理解的，阈值温度可由操作者设定，例如使用数据接收器40，无线系统50，通过传感器36，44上的设置(例如，跳线设置)等。该指示装置66也可设置在电源12上。因此，如果工件28上的操作是按所需进行的(例如，在所需的温度)，则电源12可附加地或替代地向操作员18发出指示。
[0028] 尽管图3示出两个层64和54，应当理解的是，带32、34可包括其它层64、54。例如，附加的保护层64可设置在层54的顶部，层54下面，或层54之间。同样地，多个隔离层54也可被使用。例如，在某些实施例中，有隔离层54接着保护层64，接着另一个隔离层54再接着另一个保护层64，以此类推。多个层54可堆叠在彼此的顶部上，并且类似地，多个层64可堆叠在彼此的顶部上。简言之，层54和64的多种组合可被使用。还应注意的是，隔离层54可仅部分地隔离传感器36。例如，该层54可被布置为部分地围绕传感器36，而不是完全围绕传感器36。在其他例子中，层54可仅隔离传感器36的一部分，例如传感器36的一侧，或传感器36的一侧的一部分。还应当注意的是，多个层64和54可各自包括不同的材料。例如，一个保护层
64可包括金属，而另一个保护层64可包括凯夫拉(KevlarTM)。同样地，一个层54可包括的诺TM
梅克斯(Nomex )，而另一个层54可包括聚合物的组合物。
[0029] 温度传感器36，44可位于沿温度传感器带32，34的预定位置。例如，温度传感器36，44可以例如每15，30，45，60厘米的间隔，或任何其他距离定位(例如，均匀地间隔)。此外，在一些实施例中，温度传感器36、44的位置可调节。另外，在某些实施例中，温度传感器36、44可以每10、30或90度的间隔被放置在位于绕圆管周围(例如，在钟面观察到的12:00,3:00,
6:00,9:00位置)。因此，温度传感器带32、34可用于特定管子的制造，或温度传感器带32，34可以是可调节的。例如，温度传感器带32、34可包括具有钩和环形紧固件的部分(如魔术贴(VelcroTM)部分)，
锁定部分，和/或用于调节温度传感器带32、34的尺寸的扣部分。
[0030] 图4是具有用于温度传感器的外壳的温度传感器带32、34的实施例的立体图。温度传感器带32包括带70，其可由例如支撑材料，柔性材料，金属，或高温聚合物形成。一个温度传感器外壳72可形成在带70上(例如，
冲压，模制，焊接，
铆接到带70等等)，使得温度传感器36，44可被插入和/或从外壳72移除(例如，可移动和可更换的传感器实施例)。当温度传感器带32、44附连在工件28上时，可形成外壳72以使温度传感器36、44直接接触工件28，或温度传感器36、44可检测通过外壳72传导的温度。也就是说，在使用中，外壳72可定位成与工件28接触。在某些实施例中，外壳72能够不通过使温度传感器36、44接触工件28而检测温度(例如，在一些实施例中，传感器36，44包括适合于通过从工件28发射的红外
辐射检测温度的红外线传感器)。因此，在红外传感器36、44的实施例中，外壳72可包括一个或多个开口，所述开口在使用中设置在抵接于工件28的外壳72的壁上，以使红外辐射通过并进入传感器
36、44内。此外，外壳72可用作支撑层和/或隔离层。在某些实施例中，外壳72可被制造成包括与隔离层分开的支撑层。使用温度传感器带32、34，工件28的温度可被检测和/或监测。因此，在接缝30上进行的焊接的质量可被确定和/或控制。
[0031] 图5是具有用于温度传感器的外壳的温度传感器带32、34的另一实施例。温度传感器带32、34可包括带74(例如，支撑材料，柔性材料)，如弹性带，具有钩和环形紧固件的带(例如，魔术贴(VelcroTM)带)，布带，或任何其他的合适的带。温度传感器外壳76穿设到带74上并被配置为保持温度传感器36，44。至少部分地由于用于安装外壳76在带74上的穿设技术，传感器外壳76可以是重新定位的外壳76。例如，焊接操作者18可更靠近或更远离地重新定位外壳76，这取决于所希望的应用(例如，焊接，切割，研磨，感应加热，测试，等等)。外壳76也可被移除或添加到带74，根据需要，以针对特殊应用引入更多或更少的温度传感器读数。
[0032] 图6是如图5所示的外壳76的实施例的立体图，该外壳76具有插入其中的温度传感器36，44。如图所示，外壳76包括开口78，该开口78使带子74从中穿过。如可以理解的，外壳76可由金属(例如，通过冲压，CNC机加工，模制)或高温聚合物(例如，通过模制)形成。在一个实施例中，当温度传感器带32、34附连在工件28上时，外壳76可形成为使温度传感器36，
44通过开口80直接接触工件28。在其它实施例中，温度传感器36、44可检测通过外壳76传导(例如，通
过热传导或热
对流)的温度或通过外壳76中的开口80光传播(例如，通过红外辐射)的温度。此外，外壳76可用作支撑层和/或隔离层。也就是说，通过如图所示地托住传感器36，44，外壳76可支撑传感器36，44，并且还可隔离传感器36，44。在某些实施例中，外壳76可被制造成包括与隔离层分开的支撑层。使用温度传感器带32、34，工件28的温度可被确定或监测。因此，在接缝30上执行的焊接的质量可被确定和/或控制。特别地，工件28焊接操作过程中暴露在的温度可被确定。
[0033] 虽然本发明在此仅对某些特征进行了描述和说明，然而本领域技术人员将容易想到许多修正和变化。因此，可以理解的是，所附的
权利要求旨在
覆盖落在本发明的真正精神内的所有修正和变化。
