CN101874198A - 测量管的内表面温度的方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量管(T)的内表面(S)的温度的新颖方法。根据本发明，实施如下步骤：a)至少一个温度感应元件(8)相对于探测器的轴线(XX’)沿径向远离探测器(So)运动，从而使得一个或多个温度感应元件接触管(T)的内表面(S)；b)施加于探测器的感应元件(8)与内表面之间的接触力被增加，直到在所述表面的任意点处达到确定值。本发明还涉及一种相关装置。

Description

测量管的内表面温度的方法及相关装置

技术领域

本发明涉及一种测量管的内表面温度的新颖方法及相关装置。

该新颖方法通过控制感应元件与所述内表面之间的接触压力，允许测量所述管的内表面的温度。因此，由于根据本发明的方法以及根据所考虑的情况，如果根据本发明的探测器移动，则探测器可以访问在空间上离散的温度区域(静态检测的情形)，或者访问温度关于点的数量的变化运动，所述点的数量对应于存在于根据本发明的探测器上的感应区域的数量。

背景技术

获得管内表面上的温度区域，构成了实验性热液压研究中的重要信息。实际上，它的准确识别导致了：精确评估交换系数、探测阶段(冷凝、蒸发)变化区域、定位已改变或已修改的热传递区域。然而，在诸如管内表面的封闭介质中测量表面温度尤其困难，实验者经常受限于局部且不变的信息。

目前，通过带有热电偶的可移动探测器获得温度信息，其中该热电偶通过弹簧压在管的内壁上。因此，施加的力随测量位置而变化。

在1997年5月26日到5月30日召开的“第5次国际核工程会议ICONE5”期间公布了公开号为2428，名称为“Heat TransferStudies With Candu Fuels Simulators”的出版物，从该出版物中知道一种探测器，其包括由

制造的包层(gaine)形式的温度感应元件。这些感应元件固有的柔性使其能够充当弹簧，并且由此每个感应元件与想要知道温度的管的内表面接触。然而，由于该探测器仅依赖感应元件固有的柔性，因此该探测器不能控制感应元件与管内表面之间的接触力。

因此，本发明的一个目在于，减少并规范化由整个测量表面上的接触电阻差引起的不确定性。

本发明的另一个目的在于，在同一管内移动期间，减少用于测量的探测器的一个或多个感应元件的接触区域的磨损，并由此延长探测器的使用寿命。

发明内容

为达上述目的，本发明提供一种测量管的内表面温度的方法，其中，实施以下步骤：

a)至少一个温度感应元件相对于旋转轴线(XX’)沿径向离开探测器，从而使得一个或多个温度感应元件接触管的内表面，

b)增大施加于探测器的感应元件与内表面之间的接触力，直到接触力在所述表面的任意点处达到确定值，在内表面S上的旨在实施温度测量的任意点处，接触力是恒定且可重现的(reproductible)，

关于探测器的“温度感应元件”，此处应当理解并且在本发明的保护范围中，探测器的一个或多个部分的组成材料具有可随温度变化的特性(电阻、电动势等)，一个或多个部分通过接触而受温度影响，

如此，“温度感应元件”可包括：铂阻温度计、由半导体材料构成的热敏电阻器、热电偶等。

根据本发明，一个或多个小型化温度计在待测量的表面上移动。该(这些)温度计(热电偶、铂阻探测器、热敏电阻器等)与探测器连在一起，并且直接连接至管的内表面或通过具体接触元件连接至管的内表面，在控制接触力并由此控制热接触电阻的同时，接触元件的热惯量受到限制。制造该接触元件所使用的材料必须具有尽可能高的热传导性，以减少探测器的温度稳定时间。此外，在于电动势中使用探测器的情形下，材料必须是电绝缘的。材料优选地为金刚石。材料也可以是氮化铝、氮化硼。

测量器件可以移动，使得能够捕获更完整和/或更好定位的信息。对接触力的控制引起热接触电阻的衰减，并由此降低了测量的不确定性。在移动期间，测量器件与被测量管之间没有接触，这消除了摩擦对接触元件和管的磨损的影响，因此限制了热电阻随时间的变化以及测量表面的变更。

根据本发明，将一个或多个感应元件的接触压力控制于圆柱体上，测量该圆柱体的温度区域。通过使选择的材料适用于形成探测器的框架，本发明适用于任何直径的管，适用于通过热电偶、铂电阻探测器或热敏电阻能够测量的任何温度情形。

主要的益处涉及：一方面通过规范化接触电阻，并且另一方面由于磨损减小(在于管中移动期间，没有探测器/壁接触)，从表面的一个点到另一个点的温度测量可重现。

优选地，当探测器在管中移动时，一个或多个感应元件在管内表面上施加的力被释放。有利地，释放施加的力，使得探测器的一个或多个感应元件与管的内表面之间不存在任何接触。

本发明还涉及一种用于测量管的内表面温度的装置，包括：

具有旋转轴线的探测器，该探测器包括至少一个温度感应元件，该至少一个温度感应元件具有平行于所述纵向轴线延伸的自由端，

用于相对于所述轴线沿径向移开一个或多个感应元件的自由端的装置，

用于向一个或多个感应元件的沿径向移开的自由端施加确定的力的装置，在内表面S上的旨在实施温度测量的任意点处，该接触力是恒定且可重现的。

根据优选实施方式，该装置包括多个彼此远离的感应元件，并且每个感应元件具有平行于该轴线的自由端。

优选地，探测器包括中空体，并且感应元件优选地为多个柔性金属丝的形式。这些元件中的每个具有固定于中空体中的端部，并且另一个端部是自由端并朝向外部弯曲。

根据有利的实施方式，用于移开柔性金属丝的装置以及用于向柔性金属丝的自由端施加确定力的装置包括：

宽度为L的板，形成活塞，金属丝从该活塞中穿过；

波纹管(soufflet)，固定至活塞和中空体，从而和活塞和中空体形成适于与增压装置相连的密封壳；

柔性板条(languette flexible)，每个板条具有固定至中空体的端部以便以距离L彼此分离，并且每个板条具有自由端，所述自由端的外部与金属丝的自由端连在一起，而所述自由端的内部与挡块连在一起。因此，根据本发明，为了实施测量阶段，增压装置将密封壳增压至预定压力。这促使固定于波纹管的活塞轴向移动，从而板条的自由端和金属丝的自由端一起径向移开直到一位置，该位置与活塞在挡块上的邻接相对应。接着，这导致施加于活塞的力增加，通过与金属丝连在一起的板条的挡块及板条的外部，该力被传递至金属丝的自由端，直至获得预定的压力。

有利地，形成活塞的板与挡块具有互补的圆锥台形形状。

根据替换实施例，装置包括具有中空部的配重，感应元件的自由端容纳于该中空部中，配重的材料确保感应元件与接触于配重外部的管之间的热连续性。优选地，配重的材料还确保所述管与感应元件之间电绝缘。

最后，本发明涉及上述装置的用途，该用途为测量实验设备的管的内表面温度，该实验设备通过直流焦耳效应模拟核燃料元件细棒(crayon de combustible nucléaire)的能量释放。这些实验设备(例如由

制造)的管具有与核燃料元件细棒的覆层相同的尺寸特性。

通常，根据本发明，可以考虑在管中的所有测温应用，该管的内表面是可接近的。

附图说明

通过阅读参考以下附图所作的详细描述，本发明的其它特征和优点将变得更清楚，其中：

图1示出了根据本发明的温度测量装置的实施例的探测器部分的纵向截面图；

图2A和图2B分别示出了根据本发明的温度测量装置的实施例的探测器部分的纵向截面图以及立体图。

具体实施方式

图1中，以纵向截面示出了根据本发明的探测器So以竖直状态插入管T，并具有以均匀的120°角度的间距布置的三个感应元件。示出的管T是核燃料元件细棒模拟器：该核燃料元件细棒模拟器可以被加热或不被加热。

具有旋转轴线XX’的探测器So主要包括：中空体1、2、3；温度感应元件8；以及测量头4、5、6、7、9。

在示出的实施例中具有热和/或电绝缘环10。所述绝缘环10保护中空体1，以避免中空体1在插入管以及在管中移动期间与管T的内表面S接触。探测器So的功能还在于避免短路(如果管T在电动势中)，以及用以限制从管T到探测器So的热泄露。

在示出的实施例中，探测器So的中空体1由两个部分构成，即，主体2和次体3，其中，次体3以圆柱体形式密封地固定在主体的内部。

如示出的，主体2是同时确保以下功能的管：

-传递来自移动装置(未示出)的运动，

-返回(retour)引导后述的温度感应元件8，

-在探测器中产生增压容积。

如示出的，次体3是以密封方式固定至主体2内部的圆柱体。所述次体3同时确保以下功能：

-减小探测器的主体2的尺寸，以固定后述的镶贴板条(languette de plaquage)5，

-释放出足够的空间，以设置后述的接触配重7，

-提供参考表面，以对后述的挤压波纹管6进行密封固定。

中空体1在其下部连接有后述的测量头4、5、6、7、9，在其上部连接有增压装置(未示出)。

形成测量头的部分首先包括定位环4。如示出的，定位环是固定于且定中心于次体3上的圆柱体4。镶贴板条5固定在定位环4上。对于每个感应元件8而言，必须尽可能准确地知道感应元件的位置。其实，目标测量是温度表面区域的测量，因此必须控制三种测量：温度、轴向位置(相对于待检查的器械管上的给定参考位置)、角度位置(相对应待检查的器械管的具体发生器(génératrice))。因此，借助于镶贴板条5对配重进行定位是重要的限定要素。角度定位取决于：

-图1的实施例中的环4的外部直径，

-图2A和图2B的实施例中的环11中形成的孔111。

镶贴板条5中的每个由固定于定位环4上的可弹性变形的柔性薄板构成。镶贴板条的作用在于，一方面，在测量阶段期间，将来自活塞9的挤压力传递至接触配重7，以及另一方面，在探测器So的移动阶段期间，将接触配重7带回至管T中央空间，使配重7与管T内部之间没有任何接触。板条5彼此远离120°的角度(图1以及图2A和2B)。

如后所述，借助于其上支撑有活塞9的挡块52和接触配重7的底座70来确保力的传递。

测量头还包括波纹管6，该波纹管构成了由中空体2、3和后述的活塞9形成的密封壳的可变形元件。如后所述，在测量阶段期间，所述密封壳由适当的增压装置增压，该增压装置与密封壳相连。增压引起活塞9的移动，从而导致接触配重7在管T上产生压紧力。

已经描述的接触配重7保持探测器的感应元件8接触管T或细棒的内壁。配重7的材料可以确保探测器的感应元件8与管T之间的热连续性。如有必要，配重7的材料可以确保感应元件8与管T之间的电绝缘。有利地，配重的材料是金刚石。配重还可以由氮化铝、氮化硼构成。

如示出的，每个配重包括中空部700，感应元件8的自由端80容纳于该中空部中。

示出的配重7中的每个为具有内中空部的圆柱形环的形状。这种形状使得表面S的旨在测量温度的任意点具有相同的表面接触。在图1以及图2A和2B的具体实施例中，轴向热梯度很小(小于10℃/m，即，0.01℃/mm)，圆柱形接触元件(配重7)的实现允许增加接触表面，从而在不明显扰乱测量精度的情形下，减少配重7的温度稳定时间。

如已经描述的，测量头还包括彼此远离的感应元件8，每个感应元件具有平行于纵向轴线XX’延伸的自由端80。如示出的，感应元件8呈多个柔性金属丝的形式，每个金属丝具有固定于主中空体2中的端部81以及朝向外部弯曲的自由端80。

最后，测量头包括活塞9，该活塞确保以下功能：

-通过镶贴板条5及其挡块52，将活塞上表面由探测器So的内部的增压而获得的力传递给接触配重7，

-有助于增压密封壳的连续性。如示出的，活塞9与挡块52具有互补的圆锥台形形状。

为实施测量，对示出的探测器So进行如下操作。通过增压装置将密封壳增压至预定压力。这促使固定于波纹管6的活塞9轴向移动，从而板条5的自由端50与金属丝8的自由端80一起径向离开至一位置，该位置与活塞在挡块上的邻接相对应。接着，施加于活塞的力增加，通过挡块52及与其连在一起的板条5的外部，该增加的力被传递至金属丝8的自由端80，直至达到预定压力(图1)。预定压力提前根据探测器尺寸、管内部尺寸等来标定。旨在沿着待检查的管测量温度T°的任意点，具有相同的预定压力。此外，应当避免具有使接触表面(图中的配重7/内表面S)之间产生砸边(matage)的压力。

因此，施加于配重7与管T的内表面S之间的接触力是恒定且可控制的：该接触力与通过增压装置传递的预定压力直接成正比，该增压装置与中空体相连。因此，在内表面S的旨在实施温度测量的任意点处，接触力是恒定且可重现的。换而言之，根据本发明，通过控制接触力使得热接触电阻变弱来降低从表面S的一个点到另一个点的测量的不确定性。

在探测器So在管T中移动期间，由中空体2、3和可移动的波纹管6/活塞9组件构成的密封壳中的压力降低，从而在配重7与内表面S之间不存在任何接触。此外，根据本发明，在探测器移动期间，注意确保配重7彼此靠得足够近，以便没有因疏忽而与表面S接触的任何风险。从而，增加了配重7的寿命，并且由此增加了探测器So的寿命。

如图2A和2B的实施例中示出的，根据本发明的测量头首先包括中空体1，该中空体1优选地由不锈钢制成且具有中空圆柱体形式。该中空体的功能基本上是确保引导并保护电动势。

围绕中空体1以同轴方式设置有环10，该环10优选地由氧化铝陶瓷制成。中空体1的端部安装有环11，该环11确保阻止环10的平移。有利地，该一体的环11替换图1中实施例的两个部件3和4。

波纹管6固定在环11上。该固定，以及环11与中空体1的固定以密封方式通过例如钎焊技术来实现。由此，获得的密封是增压室的密封，所述增压室由增压装置、中空体1的内部、环11的内部以及波纹管6的内部形成。

如图2A和2B中所示，活塞9属于波纹管6的一部分，相对于图1的实施例，这减少了部件的数量。此外，形成于环11周边的孔(参见通孔111)和环10周边的孔(与通孔111相对的通孔没有示出)实现了感应元件(图2A和2B中未示出)的通道。因此，与图1的实施例相比，由于感应元件没有穿过活塞9，因此不用在感应元件与活塞之间形成密封。

在图2A和2B的实施例中，活塞挡块52或底座包括通孔520，该通孔可以在感应元件的一部分高度处对感应元件实施辅助引导。不言而喻，根据该实施例，待检查的管T的内表面S与所述挡块52之间可以没有任何接触。此外，根据该实施例，提供辅助连接件53将配重底座70与挡块52连接在一起。审慎选择辅助件53，以避免配重底座与挡块之间出现任何热桥。

然而，在不超出本发明范围的情形下，可以实施其它实施例。因此，根据本发明的装置可以包括以下特性，这些特性可以是单独的或结合起来：

-尽管示出了多个感应元件8(截面图中示出两个)，但是，根据本发明的探测器可以包括单个感应元件8，

-尽管图1中示出了彼此固定在一起的两个单独件，但是根据制造方法，镶贴板条5/环4组件可以是一体件，

-根据性能、尺寸以及构成探测器So的材料，配重7可以从装置中省略，

-探测器So的感应元件8的种类可以是可变的(热电偶、铂电阻温度计、热敏电阻器等)。

Claims (11)

1.一种用于测量管(T)的内表面(S)的温度的装置，包括：

-具有旋转轴线(XX’)的探测器(So)，包括至少一个温度感应元件(8)，所述至少一个温度感应元件具有平行于所述轴线延伸的自由端(80)，

-用于相对于所述轴线沿径向移开一个或多个所述感应元件(8)的自由端的装置(5、50、52、6、7、70)，

-用于向一个或多个所述感应元件的沿径向移开的自由端施加确定的力的装置(5、50、52、6、7、70)，在所述内表面(S)上的旨在实施温度测量的任意点处，接触力是恒定且可重现的。

2.根据权利要求1所述的装置，包括彼此远离的多个感应元件(8)，每个感应元件具有平行于所述轴线(XX’)的自由端(80)。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述探测器(So)包括中空体(2、3)，并且所述感应元件(8)为多个柔性金属丝的形式，每个所述感应元件均具有固定于所述中空体中的一端(81)以及朝向外部弯曲且自由的一端(80)。

4.根据权利要求3所述装置，其中，用于移开所述柔性金属丝(8)的装置以及用于向所述金属丝的自由端(80)施加确定的力的装置包括：

-宽度为L的板(9)，形成活塞，所述金属丝(8)穿过所述活塞，

-波纹管(6)，固定于所述活塞(9)和所述中空体(2、3)，从而和所述活塞(9)和所述中空体(2、3)形成适于与增压装置连通的密封壳，

-柔性板条(5)，每个板条均具有固定于中空体(1)的一端(51)以便以距离L彼此分离，并且每个板条均具有一自由端(50)，所述自由端(50)的外部与金属丝的所述自由端(80)连在一起，而所述自由端(50)的内部与挡块(52)连在一起。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，形成活塞(9)的所述板与所述挡块(52)具有互补的圆锥台形形状。

6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，包括具有中空部(700)的配重(7)，感应元件(8)的自由端(80)容纳于所述中空部中，所述配重的材料确保接触于所述配重的外部的管(T)与所述感应元件之间热连续性。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述配重的材料还确保所述管(T)与所述感应元件(8)之间电绝缘。

8.一种用于测量管(T)的内表面(S)的温度的方法，其中，实施以下步骤：

a)将至少一个温度感应元件(8)相对于探测器(So)的轴线(XX’)沿径向离开探测器(So)，从而使得一个或多个所述温度感应元件接触所述管的内表面(S)，

b)增大施加于所述探测器的感应元件(8)与所述内表面之间的接触力，直到所述接触力在所述表面的任意点处达到确定值，在所述内表面(S)上的旨在实施温度测量的任意点处，所述接触力是恒定且可重现的。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，当所述探测器在所述管中移动时，一个或多个所述感应元件在所述管的内表面上施加的力被释放。

10.根据权利要求9所述方法，其中，释放所述施加的力，使得所述探测器的一个或多个感应元件与所述管的内表面之间不存在任何接触。

11.一种根据权利要求1至7中任一项所述的装置的用途，所述用途为测量实验设备的管(T)的内表面(S)的温度，所述实验设备通过直流焦耳效应模拟核燃料元件细棒的能量释放。

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