CN101124463A

CN101124463A - 陶瓷绝缘体珠和铰接热偶组件

Info

Publication number: CN101124463A
Application number: CNA2005800328320A
Authority: CN
Inventors: L·霍姆; G·阿马多尔; P·J·康; D·K·陈
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2008-02-13
Also published as: KR20070065399A; TW200625345A; JP2008515159A; WO2006038956A1; US20060088079A1

Abstract

本发明包括绝缘体，它包含在整个长度上具有均匀外直径的圆柱部(20)，和锥形部(18)，后者的最大直径等于圆柱部的外直径。一个或几个开口基本平行于通过圆柱部和锥形部的中心轴线穿过该陶瓷绝缘体。本发明一方面包含由具有圆柱部和锥形部的陶瓷绝缘体构成的热偶组件。一个或几个开口基本沿着圆柱部和锥形部的中心轴线穿过该陶瓷绝缘体。本发明还包括形成热偶组件和绝缘体的方法。

Description

陶瓷绝缘体珠和铰接热偶组件

技术领域

本发明涉及陶瓷绝缘体和热偶组件。

发明背景

热偶是利用两种互相接触的不同金属来测量或检测温度的器件。不同金属的结合产生可测量的电位，它随着结合处温度的变化而改变。在炉子等应用中，热偶被用来控制温度指示和/或作热控制。

在通常用于炉子中作热测量的热偶组件中，一般利用陶瓷珠等绝缘体使各热偶丝彼此绝缘。可参照图1和图2来了解以前的热偶组件和珠的结构。首先来看图1，这是热偶组件100的一部分，它包含一系列单个陶瓷绝缘体珠10，有一根丝102穿过这些珠。如图1所示，陶瓷珠10具有第一端12和相对的第二端14，并可沿丝102串起来，以将这根丝与其它的丝绝缘。陶瓷珠还可另外提供热偶丝的支撑。如图1所示，端表面12和14可以是平的，以让相邻的珠彼此接触，从而使珠间的丝102暴露最少。但是，由于图1的结构在各珠12之间具有平的交界面而使其灵活性受到限制，这可能使热偶组件的安装，移动或更换很困难。

图2所示为先前的另一种珠结构。和上面讨论的具有前、后平面不同，图2的珠10具有突起部13和相对的凹陷或开口15，使当沿热偶组件串起来时，突起部13可伸到凹陷15内。虽然图2的珠结构有时比图1的结构灵活性更大，但由图2的可嵌入珠构成的绝缘丝(未示出)可能保持着足够的刚性和不灵活性，使得热偶组件的安装和/或更换很困难，尤其是在有限的空间内。丝在安装过程中弯曲或拉伸可能使丝的强度降低，还可能在使用中出现更多的短路，从而降低热偶的可靠性和使用寿命。

因此希望研发出别的绝缘体和热偶结构。

发明内容

本发明的一种形式包括由圆柱部组成的陶瓷绝缘体，此圆柱部具有一个长度且沿整个长度具有均匀的外直径。陶瓷绝缘体具有第一端表面和锥形部，后者具有锥形表面且其最大直径等于圆柱部的外直径。陶瓷绝缘体还具有与第一端表面相对的第二端表面和一个开口，它基本沿圆柱部和锥形部的公共中心轴线穿过此陶瓷绝缘体。

本发明的一种形式包含一个绝缘体，其纵轴沿绝缘体整个长度中心安置，且具有第一部分，它沿着纵轴第一长度从纵轴第一端伸至沿纵轴的第一点。绝缘体的这个第一部分的圆周沿整个第一长度从第一点的最大值减至纵轴第一端处的最小值。该绝缘体还具有第二部分，它沿纵轴从第一点向第二点伸展一个第二长度。此第二部分沿整个第二长度具有均匀的圆周，它等于第一部分的最大圆周。

本发明的一种形式包含由陶瓷绝缘体组成的热偶组件，此绝缘体具有第一端表面，锥形部和外直径均匀的圆柱部。锥形部的最大直径等于圆柱部的外直径。一个或多个开口基本沿着圆柱部和锥形部的中心轴线穿过此陶瓷绝缘体。

附图说明

下面参考以下附图来说明本发明的优选实施例。

图1是以前的陶瓷绝缘体珠型热偶一部分的侧视图。

图2是以前的另一种陶瓷绝缘体珠结构的侧视图。

图3是本发明的绝缘体结构一个例子的侧视图。

图4是沿图3中4-4线剖开的图3绝缘体的剖视图。

图5是按本发明另一个绝缘体结构的侧视图。

图6A-F是按本发明的图5绝缘体一部分的各种形状。

图7是按本发明另一个绝缘体形状的侧视图。

图8A-B显示本发明其它的绝缘体形状。

图9是按本发明的热偶组件一部分的侧视图。

优选实施例详细说明

本发明所包含的各种热偶绝缘体结构，可为热偶提供灵活性，并提供灵活的热偶组件。使用本发明的绝缘体或“绝缘体珠”，可让热偶沿绝缘热偶丝长度在一个或多个点，或一系列点处铰接。由此获得的灵活性可减少热偶组件在安装和更换时的难度，可减少或避免对热偶丝的拉伸，并使丝尽可能不受弯曲，扭折和/或扭转。热偶丝的拉伸，扭折和/或扭转可能使结点变短，同时在扭折和/或扭转处短路的可能性增大。因此，本发明的绝缘体结构和热偶组件避免了这些缺点，有助于维持组件的整体性，并使热偶的寿命增加。

总的来说，本发明的绝缘体结构相对于传统结构而言，在沿热偶丝串接的各绝缘体珠之间的表面接触减少或者是最少。接触面积减少就可以活动或扭转，因而增加了灵活性。应该明白，下面要讨论的一些结构和几何形状只是作为例子，且本发明并不限于这些具体描述的绝缘体。

按照本发明的绝缘体结构大体是参考图3-8来说明。首先参考图3，所示的绝缘体或“珠”10具有第一端12，第二端14，和外表面16。绝缘体10具有纵轴线“a”，它基本处于整个绝缘体长度的中心。在特定情况下，建议纵轴“a”为对称轴。可把绝缘体10看成具有第一部分18和第二部分20。每一部分18包含第一距离“d₁”，它沿纵轴“a”从第一端12伸至第一点。第二部分20可从沿纵轴“a”第一点的位置与第一部分18的界面，伸至沿纵轴的第二点，其间距离为‘d₂’。

d₁和d₂的长度，以及它们的相对长度不限于任何特定值。部分20的长度d₁，可根据所希望的组装热偶组件的灵活度而改变。如图3所示，d₂的值可以超过d₁，特别是段20可包含绝大部分绝缘体体积。在另一些应用中，d₁的值可等于或超过d₂。

绝缘体10可包含一个或数个孔或开口22(也叫做内孔)。如图所示，单个开口22可沿中心轴‘a’，从第一端12基本沿中心穿过绝缘体10至第二端14。应注意图中所示开口的相对尺寸只是举例，它可根据具体热偶应用所用的丝的粗细等而改变。

内孔或孔22的数量不限于任何特定的数目，可以是现有传统绝缘体中的任意值。在特定应用中，绝缘体10可以有10个内孔。另外，通过绝缘体内孔的形状和位置也不受限制。当只有单个内孔时，它可以如图3所示基本沿着纵轴，或者也可以是穿过绝缘体的其它位置。当使用多个内孔时，这些内孔的结构例可以是与绝缘体外直径同心的圆形。对多个内孔的其它安置可包括非圆形方式，由多个圆构成的形状，及随机的或不成圆形的内孔安置。

参照图4，这是沿图3中4-4线剖开的绝缘体10剖视图。因而图4所示的剖面代表绝缘体10第二部分20的剖面。虽然部分20可以是别的形状，但在具体应用中，它可以是基本为图4所示的圆柱形。绝缘体20有一个圆周24，它最好是沿此部分整个长度为均匀的。换句话说，部分20在全部距离d₂内最好具有均匀的直径。

虽然图中的部分20是具有光滑的圆形圆周，但本发明也可以采用别的表面，如平圆面等。

再回到图3，绝缘体10的第一部分18通常是沿纵轴‘a’的距离d₁具有连续减小的圆周。如图所示，段18在第一部分18和第二部分20的交界面上具有最大的圆周和直径，而在第一端部12处具有最小的直径和圆周。第一部分18在特定情况下可以是绝缘体10的锥形部。图3所示的部分18的形状可以是锥形形。在本说明中用到的术语‘锥形’可以是基本完整的锥形形，并可包括由于形成开口22而使锥顶产生位移的形状。

图3显示有一个锥角‘α’，它可定义为纵轴‘a’和构成第一部分18外表面部分16之间所形成的角度。α的值不限于特定值，可在大于0度和小于90度的范围内。在某些应用中，建议α在75度至87度左右，在一些特定场合下，可以是约85度。

虽然图中所示的α沿整个绝缘体是均匀的，但α的值沿纵轴的一部分或几部分可以是不同的。α沿中心纵轴的变化可以是对称的或不对称的。

下面参照图5，这是绝缘体10的另一种结构形状。绝缘体的第一部分可由两个小部分18a和18b组成，其锥角分别为第一锥角α和第二锥角θ，其中第二锥角θ是绝缘体10的纵轴和小段18b表面部分之间形成的角度。θ不限于任何特定值，可以是大于0度至小于90度。如图5所示，θ可以小于α。或者，θ的值也可以大于α的值(未示出)。两个小部分18a和18b可以是锥形小部分18a和截头锥形小部分18b。部分18a和18b的相对体积不限于特定值。本发明中18a和18b交界面的位置(即通过小段18a外表面和18b外表面的交点而垂直于纵轴‘a’的平面)可以处在长度d₁内的任何一点。

第一部分18的形状不限于如上面图3-5所示的锥形或混合锥形。图6A-F显示段18的几种结构形状示例。不过这些示例并不是要限定部分18的结构为任何特定形状组。

图6A显示的第一部分18的形状示例可称为截头球形。组成部分18的这部分球不限于特定的球形段，且可随段20的直径和段18的长度d₁而定。在一些特定情况下，段18可以是半球形(未示出)。参照图6B，第一部分18可以是抛物线，其体积变化由段20的直径、距离d₁的值和抛物形曲线决定。

虽然在某些情况下让端部12的接触表面最小(如上面讨论过的那些结构内)较为有利，本发明也可以让相邻珠之间的接触面积比上述很小的近乎点面积的接触稍大一些。

参照图6C，它显示的端表面12比前面讨论过的形状中的点状或近乎点状接触面积要大。图6C所示的部分18的形状可以叫做截头锥形，它在端面位置12具有最小直径，在沿绝缘体纵轴离端表面12的距离d₁的点处具有最大直径。虽然产生截头锥部18的锥体截头程度不限于特定的大小，但表面12的面积最好是最小，这样可使组装成的热偶灵活性更大。

图6D所示的另一种结构形状可看成是截头锥形的组合。包含端表面12的第一截头锥部具有第一锥角α。第二截头锥形部分具有相当于第二部分20直径的最大直径，并有锥角θ。如同上面各实施例所述，α和θ的值，以及绝缘体10的部分18的第一截头锥形段和第二截头锥形段的体积可以改变。

本发明第一部分18的各种结构形状还可以是上述各种结构形状的组合。例如，参照图6E，部分18可包含在第一端12处的截头球部，和在段20交界处的截头锥形部。图6F显示另一种组合，它具有位于端部12的截头锥形段，及在绝缘体10的部分18和20之间界面处的截头球部。应指出，本发明还可以包括其它第一部分18的形状和形状组合，如截头椭圆形和未具体说明的一些形状组合。此外，形成部分18时还可使表面16包含平面和/或台阶状区域，只要总的形状是使沿朝向端部12的纵轴横截面积逐渐减小。

参照图7，这是本发明的另一种形式。如图所示，除第一部分18和第二部分20之外，绝缘体10还可包含第三部分26，它从部分20和26间的交界面伸至端表面14处的端点。换句话说，段26可以沿纵轴从端表面14伸展一个距离d₃。第三部分26的形状可以是如图7所示的截头球体，也可以是上面提到的第一部分18的任何形状。提供成形的第三部分，以减小沿热偶丝串联的绝缘体各相邻绝缘体之间的接触表面和/或使它最小，可能是有利的。这种结构可进一步增加热偶组件的灵活性，使弯曲和扭转最小，从而避免短路的发生或使短路的机会极少。

如图7所示，形状和尺寸(体积和d₁和d₂的相对值)可以不同，也可以让部分18和20具有相同的形状和尺寸，使得绝缘体10的第一和第三部分相互之间成三维镜象(未示出)。

参照图8A，这是绝缘体10第二部分20的另一种结构形状。如图所示，段20的外表面部分16可以弄圆，使得段20的直径和圆周沿其长度改变。虽然图8A所示的表面16是对称弧形，但本发明还可以包含别的形状，包括非对称曲线、台阶形、凹面形、及其各种组合。

本发明还包括如图8B所示的没有第二部分20的绝缘体。如图8B所示，第一成形部分18可以直接和相对的成形部分26相接。两个成形部分的尺寸和/或形状可以不同。部分18和26也可以是彼此成三维镜象(未示出)。部分18和26可包含上面提到过的这些部分的任何形状。

虽然上述结构是在第一表面12处有中心或基本中心的接触点或枢接点，但应指出，在本发明中还可以是不与绝缘体外直径同心的枢接点。此外，上述概念还适用于其它珠形状，它们与各图中的均匀圆形或基本上圆形的周边不相同。其它外周边形状的例子包括矩形、扁椭圆形、多边形、及其组合。另外，总的周边形状可沿绝缘体长度变化。

现参照图9对按本发明的热偶组件作概括说明。热偶组件100的一部分可包含在第一端12至第二端14(或前至后)结构之间的一连串绝缘体珠10，这些珠沿着热偶丝102串接。绝缘体10可包含上述任何绝缘体结构。如图9所示，每个绝缘体10可具有相同的结构。或者沿丝串连的那些珠可包括许多珠结构的组合，这些结构可包含按任何顺序或组合的上面讨论过的任何结构。此外，本发明的绝缘体结构还可与具有传统热偶组件所用结构的珠组合使用。例如，沿热偶丝的一部分可用传统的绝缘体，而在某些特定位置提供按照本发明的绝缘体，以在热偶组件的要求位置提供更大的灵活度。

除了图9所示的前-后珠排列外，本发明还可以有其它的珠排列，这时某些或全部珠串成使相邻的珠处于前-前的位置(即一个珠的第一端12与第二相邻珠的第一端12相对接，图中未示出)。

虽然图9所示的珠间排列基本是同心的，但本发明中的排列也可以是：一系列珠中一个或多个相邻珠的第一表面，按不同心方式与相邻珠的第一或第二面对接。

本发明所包含的绝缘体可以采用传统的甚至尚待研发的绝缘体加工技术来形成。这类技术包括用机加工获得所需形状等。

本发明的绝缘体的成分不限于任何特定的绝缘材料。材料的例子可以是传统上用于热偶制作中的任何绝缘材料，或者尚待研发的绝缘材料。优选的绝缘材料可以是陶瓷材料，包括但不限于铝、富铝红柱石，石英、蓝宝石和冻石。

具有按照本发明形成的绝缘体的热偶组件的灵活性得到了改善，使得热偶组件或其一部分的绝缘体容易拿走和更换。这对于拆装热偶组件时备用空间有限的处理炉等应用可能特别有用。

Claims

1.一种陶瓷绝缘体，包括：

圆柱部，具有一定长度和在其长度上均匀的外直径；

第一端表面；

锥形部，具有锥形表面，其最大直径等于圆柱部的外直径；

与第一端表面相对的第二端表面；和

开口，它基本沿着圆柱部和锥形部的公共中心轴线穿过陶瓷绝缘体。

2.如权利要求1的绝缘体，其中锥形表面是平圆面。

3.如权利要求1的绝缘体，其中锥形部为锥形。

4.如权利要求1的绝缘体，其中锥形部为截头锥形。

5.如权利要求1的绝缘体，其中第一端表面的直径等于圆柱部的外直径。

6.如权利要求1的绝缘体，其中锥形部为第一锥形部，同时还包含被圆柱部与第一锥形部分开第二锥形部，第一锥形部有一个锥体方向，第二锥形部具有相反的锥体方向。

7.如权利要求6的绝缘体，其中第一和第二锥形部的锥体角度彼此相同。

8.如权利要求6的绝缘体，其中第一和第二锥形部的锥体角度彼此不相同。

9.如权利要求1的绝缘体，其中圆柱部伸至第一端表面。

10.如权利要求1的绝缘体，其中绝缘体的材料选自铝、富铝红柱石，石英、蓝宝石和冻石。

11.包含至少一个如权利要求1的绝缘体的热偶组件。

12.一种绝缘体，包括：

第一端，它具有第一直径的第一端表面；

第一截头锥形部，它从第一端表面沿绝缘体中心轴线伸展一个第一距离至第一点；及

第二截头锥形部，它从第一点沿绝缘体中心轴线伸展一个第二距离至第二点。

13.如权利要求12的绝缘体，其中第一和第二截头锥形部共享一个公共底平面和沿相反方向的锥体。

14.如权利要求12的绝缘体，其中第一和第二截头锥形部的锥体为同一方向。

15.如权利要求12的绝缘体，其中第一截头锥形部具有第一锥角，第二截头锥形部具有第二锥角，且两个锥角不相同。

16.包含至少一个如权利要求2的绝缘体的热偶组件。

17.一种绝缘体，包含：

一条纵轴，它处于整个绝缘体长度的中心；

第一部分，从纵轴第一端沿纵轴第一长度伸至沿纵轴的第一点，此第一部分的圆周沿整个第一长度是减小的，从第一点处的最大圆周减至纵轴第一端处的最小圆周；及

第二部分，此第二部分沿整个第二长度具有均匀的圆周，后者等于第一部分的最大圆周。

18.如权利要求17的绝缘体，其中第一部分包括锥形形。

19.如权利要求17的绝缘体，其中第一部分包括截头球形。

20.如权利要求19的绝缘体，其中第一部分为截头球形。

21.如权利要求17的绝缘体，其中第一部分包括外表面的第一部分，第二部分包括外表面的第二部分，外表面第一和第二部分中至少一个为平圆面。

22.如权利要求17的绝缘体，其中第二点位于纵轴的第二端。

23.如权利要求17的绝缘体，还包括第三部分，它从纵轴上的第二点至纵轴第二端伸展一个第三长度，此第三部分的圆周沿整个第三长度是减小的，从第二点处的最大圆周减至纵轴第二端处的最小圆周。

24.如权利要求23的绝缘体，其中第三部分包括一种形状，它是第一部分的三维镜象。

25.如权利要求23的绝缘体，其中第三部分包括一种形状，它不是第一部分的三维镜象。

26.包含至少一个如权利要求17的绝缘体的热偶组件。

27.一种绝缘体，包括：

一条纵轴，它处于整个绝缘体长度的中心；

从纵轴第一端沿纵轴第一长度伸至沿纵轴的第一点，此第一部分的圆周沿整个第一长度是减小的，从第一点处的最大圆周减至纵轴第一端处的最小圆周；及

第二部分，从第一点至纵轴第二端伸展一个第二长度，此第二部分沿整个第三长度具有减小的圆周，从第一点处的最大圆周减至纵轴第二端处的最小圆周，第一和第二部分中至少一个是非半球形。

28.如权利要求27的绝缘体，其中第一和第二距离相同。

29.如权利要求27的绝缘体，其中第一和第二距离不同。

30.如权利要求27的绝缘体，其中第一和第二部分为彼此的三维镜象。

31.如权利要求27的绝缘体，其中第一部分的形状选自锥形、截头锥形、截头球、抛物体、截头椭球体。

32.包含至少一个如权利要求27的绝缘体的热偶组件。