CN103267586A - 固态金属内部温度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固态金属内部温度测量装置，包括绝缘套管和铠装热电偶，绝缘套管套接于铠装热电偶上并至少让铠装热电偶测温端露出。本发明还公开了一种固态金属内部温度测量方法，包括如下步骤：A．从待测金属的表面距离待测点最近处向待测点钻盲孔，待测点位于盲孔的底部；B．将固态金属内部温度测量装置装入盲孔中，使铠装热电偶的测温端与待测点接触；C．通过脉冲焊将铠装热电偶的测温端与待测点焊接在一起；D．进行温度测量。本发明的优点在于，克服现有金属温度测量技术不能测量固体金属内部温度的不足。

Description

固态金属内部温度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及核工业领域，具体涉及一种固态金属内部温度测量装置及方法。 

背景技术

从人类开始利用核能至今，全球已经发生了多起严重的核泄漏事故，比如美国三里岛核泄漏事故、前苏联切尔诺贝利核泄漏事故和日本福岛核泄漏事故。通过分析上述核泄漏事故的发展和处理过程可以发现，将堆芯熔融物滞留在压力容器内，保证反应堆压力容器的完整性，可以极大地缓解严重事故的进一步发展和恶化。 

现在，已有较为完整的反应堆熔融物堆内滞留策略，影响反应堆熔融物堆内滞留策略能否成功的关键点即在于压力容器下封头外表面流动传热特性以及临界热流密度。 

为了掌握下封头外表面流动传热特性以及获得压力容器下封头外表面临界热流密度限值，必须对下封头的内部温度进行准确测量。现有的金属温度测量技术只能测量金属表面温度和金属液的温度。因此，在本领域中，迫切需要一种能够测量固体金属内部不同位置温度的方法和装置。 

发明内容

本发明的目的即在于克服现有金属温度测量技术不能测量固体金属内部温度的不足，提供一种固态金属内部温度测量装置。 

本发明的目的通过以下技术方案实现： 

固态金属内部温度测量装置，包括绝缘套管和铠装热电偶，绝缘套管套接于铠装热电偶上并至少让铠装热电偶测温端露出。

热电偶广泛应用于各个领域，用于温度测量。传统的热电偶只能对物体表面温度，液体温度和气体温度进行测量。现在，发明人欲将热电偶用于金属内部温度的测量，其发明的方法是在待测金属上钻盲孔，使待测点露出，然后将热电偶丝插入盲孔中，与待测点接触，实现对金属内部待测点温度的测量。为了不影响待测金属的结构、内部温度分布和力学性能，盲孔的直径要尽量小。众所周知，铠装热电偶分为柔性与刚性两种：对于柔性铠装热电偶，其在插入盲孔后，很难保证其插入盲孔的部分不发生弯曲，一旦发生弯曲，由于盲孔孔径很小，弯曲部位会与盲孔的孔壁接触，而且柔性铠装热电偶的测温端会顶在盲孔的孔壁上，从而无法测得待测点的温度；对于刚性铠装热电偶，虽然不会发生弯曲，但是在盲孔孔径很小的情况下，要使刚性铠装热电偶除测温端之外的部位都不与盲孔的孔壁接触，对于安装角度的精度要求会非常苛刻，而且，安装精度根本无法检测，另外，即使安装到位，刚性铠装热电偶的安装角度也很难准确维持，一旦角度产生偏差，刚性铠装热电偶的测温端会与盲孔底部偏离待测点的位置接触，刚性铠装热电偶的外表面还会与盲孔的开口处接触，导致无法测得待测点的温度。 

通过上述描述可以发现，如何使铠装热电偶的测温端准确的与待测点接触，并保证铠装热电偶的其它部位不与盲孔的孔壁接触成了函待解决的问题。发明人经过研究，采用如下方式克服上述问题：在铠装热电偶上设置绝缘套管，并至少让铠装热电偶测温端露出。本装置在插入盲孔后，绝缘套管会与盲孔的孔壁接触，从而解决了铠装热电偶除测温端之外的部分与盲孔孔壁接触的问题。由于绝缘套管填充了铠装热电偶与盲孔孔壁之间的空间，使铠装热电偶在盲孔的径向方向上无法自由移动，使铠装热电偶的测温端能够准确的与盲孔底部的测温点接触，解决了铠装热电偶的安装角度精度难以保证，安装角度很难准确维持的问题。本装置安装方便，只需插入盲孔至铠装热电偶的测温端顶住盲孔的底部即可，不存在安装精度无法检测的问题。 

本装置虽然解决了上述技术问题，但是本装置还是能沿盲孔的轴向方向移动，在测量过程中，即便是发生了微量的位移，也会导致铠装热电偶的测温端脱离待测点，从而无法得到待测点的准确温度。要将铠装热电偶的测温端固定在待测点也非常困难，由于盲孔的直径非常小，传统的固定方式根本无法实施。为了解决这个技术问题，发明人选用了可不介入盲孔内部的脉冲焊将铠装热电偶的测温端焊接于待测点，因此，发明人选用绝缘套管的另一个技术效果即在于，只让铠装热电偶的测温端与待测金属导通，从而将铠装热电偶的测温端准确的焊接于待测点。 

作为本发明的第一种优化方案，所述铠装热电偶包括热电偶丝和铠装外壳，铠装外壳包裹热电偶丝，铠装外壳的两端均从绝缘套管露出，还包括接地线，所述接地线与铠装外壳远离铠装热电偶测温端的端部连接。在待测金属带电时，会对伸入金属内部的铠装热电偶造成极大的电磁干扰，通过将铠装外壳接地，能够实现对电磁干扰的有效屏蔽，使本发明具备较强的抗干扰能力。另外，由于绝缘套管的存在，可以在铠装外壳接地后，避免被测金属处于接地状态。 

作为本发明的第二种优化方案，在上述方案的基础上，所述铠装热电偶的直径为5×10^-4~1.5×10^-3m。在盲孔的直径要尽量小的情况下，选用如上直径的铠装热电偶能够在不影响待测金属的结构、内部温度分布和力学性能的情况下，实现待测金属内部温度的测量。 

作为本发明的第三种优化方案，在上述方案的基础上，所述铠装热电偶的测温端露出绝缘套管1~2mm。对于柔性铠装热电偶，如其测温端露出长度大于2mm，依然可能出现弯曲的情况，弯曲部位会与盲孔的孔壁接触，而且柔性铠装热电偶的测温端会顶在盲孔的孔壁上，从而无法测得待测点的温度。对于柔性铠装热电偶和刚性铠装热电偶，如其测温端露出长度小于1mm，有可能会使绝缘套管与盲孔的底部接触，导致测温端与待测点接触不良，同样无法准确测得待测点的温度。因此，将铠装热电偶的测温端露出绝缘套管的长度设定在1~2mm之间，即能够保证柔性铠装热电偶测温端的露出部分不会弯曲，也能防止绝缘套管与盲孔的底部接触，保证柔性铠装热电偶和刚性铠装热电偶的测温端能够与待测点有效接触。 

作为本发明的第四种优化方案，在上述方案的基础上，所述绝缘套管的内径等于铠装热电偶的直径加上绝缘套管安装裕量，绝缘套管安装裕量为2×10^-5~5×10^-5m，绝缘套管的壁厚为1.5×10^-4~ 2.5×10^-4m。设置绝缘套管安装裕量，使绝缘套管的安装更加方便。待测金属温度较高时，会使绝缘套管熔化，此时，需要将绝缘套管抽出，设置绝缘套管安装裕量也能方便抽出绝缘套管。 

本发明的另一个目的即在于克服现有金属温度测量技术不能测量固体金属内部温度的不足，提供一种固态金属内部温度测量方法。 

本发明的目的通过以下技术方案实现： 

固态金属内部温度测量方法，包括如下步骤：

A．从待测金属的表面距离待测点最近处向待测点钻盲孔，待测点位于盲孔的底部；

B．将固态金属内部温度测量装置装入盲孔中，使铠装热电偶的测温端与待测点接触；

C．通过脉冲焊将铠装热电偶的测温端与待测点焊接在一起；

D．进行温度测量。

传统的通过热电偶测量温度的方式只能测量物体表面温度，液体温度和气体温度。本发明即提供一种测量金属内部温度的方法，主要是通过在待测金属上钻盲孔，使待测金属内部的待测点在盲孔的底部露出实现的。通过上文的描述以看出，将金属内部温度测量装置固定在盲孔内部具有重要作用，而且传统的固定方式无法介入盲孔中，因此，发明人选用脉冲焊的方式，能够将铠装热电偶的测温端与待测点准确的焊接在一起。 

作为本发明的第一种优化方案，在所述步骤A中，将所述盲孔的底部加工成平底。在加工盲孔时，待测点通常位于盲孔的最底端，如果盲孔的底部存在锥度，那么铠装热电偶的测温端将无法与盲孔的最底端接触（其接触方式是铠装热电偶的测温端外围与盲孔底部的锥面接触），从而无法得到待测点的准确温度。将盲孔加工成平底，铠装热电偶的测温端将很容易与待测点接触，从而避免了上述问题。 

作为本发明的第二种优化方案，在上述方案的基础上，在所述步骤B中，通过所述接地线将所述铠装外壳接地。在待测金属带电时，会对伸入金属内部的铠装热电偶造成极大的电磁干扰，通过将铠装外壳接地，能够实现对电磁干扰的有效屏蔽，使本发明具备较强的抗干扰能力。 

作为本发明的第三种优化方案，在上述方案的基础上，所述盲孔的直径等于绝缘套管的内径加上绝缘套管的壁厚的两倍加上盲孔安装裕量，盲孔安装裕量为2×10^-5～5×10^-5m。设置盲孔安装裕量，能够使金属内部温度测量装置的安装更加简便。 

作为本发明的第四种优化方案，在上述方案的基础上，在所述步骤C中，焊接完成后将绝缘套管抽出。在待测金属温度较高的情况下，高温会使绝缘套管熔化，此时，需要将绝缘套管抽出，避免熔化的绝缘套管对待测金属造成污染。另外，由于已经通过脉冲焊将铠装热电偶的测温端与待测点焊接在一起，即使在抽出绝缘套管后，也不会对铠装热电偶的定位造成影响。 

综上所述，本发明的优点和有益效果在于： 

1．提供一种固态金属内部温度测量装置和固态金属内部温度测量方法，克服了现有金属温度测量技术不能测量固体金属内部温度的不足；

2．通过设置绝缘套管，让铠装热电偶的测温端准确的与待测点接触，并保证铠装热电偶的其它部位不与盲孔的孔壁接触，使本发明的具备很高的测量精度，且安装方便；

3．通过设置绝缘套管，让通过脉冲焊固定铠装热电偶成为可能，解决了盲孔孔径过小，传统的固定方式无法实施的问题；

4．铠装热电偶的测温端露出绝缘套管1~2mm，即能够保证柔性铠装热电偶测温端的露出部分不会弯曲，也能防止绝缘套管与盲孔的底部接触，保证柔性铠装热电偶和刚性铠装热电偶的测温端能够与待测点有效接触，提高了本发明的可靠性；

5．将盲孔加工成平底，避免了铠装热电偶的测温端无法与盲孔的最底端接触的问题；

6．采用接地线将铠装外壳接地，能够实现对电磁干扰的有效屏蔽，使本发明具备较强的抗干扰能力；

7．设置绝缘套管安装裕量，方便绝缘套管的安装和抽出，避免了待测金属温度过高导致绝缘套管熔化的问题；

8．设置盲孔安装裕量，方便固态金属内部温度测量装置的安装，同时，也便于将绝缘套管抽出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。 

图1为固态金属内部温度测量装置的结构示意图； 

图2为固态金属内部温度测量装置的使用状态图；

图3为柔性铠装热电偶在盲孔内部弯曲的示意图；

图4为刚性铠装热电偶在盲孔内部安装角度发送偏移的示意图；

图5为盲孔底部具有锥度时，固态金属内部温度测量装置的使用状态图；

其中，附图标记对应的零部件名称如下：

1-待测金属，2-绝缘套管，3-铠装热电偶，4-热电偶丝，5-接地线，6-待测点，7-盲孔，8-铠装外壳，9-柔性铠装热电偶，10-刚性铠装热电偶。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。 

实施例1： 

如图1所示，固态金属内部温度测量装置，包括绝缘套管2和铠装热电偶3，绝缘套管2套接于铠装热电偶3上并至少让铠装热电偶3测温端露出。

如图2所示，本实施例在使用时，直接插入待测金属1上的盲孔7，使铠装热电偶3的测温端与盲孔7的底部接触即可。 

如仅仅使用铠装热电偶，会出现如下问题： 

如图3所示，选用柔性铠装热电偶9时，其在插入盲孔7后，很难保证其插入盲孔7的部分不发生弯曲，一旦发生弯曲，由于盲孔7孔径很小，弯曲部位会与盲孔7的孔壁接触，而且柔性铠装热电偶9的测温端会顶在盲孔的孔壁上，从而无法测得待测点的温度。

如图4所示，选用刚性铠装热电偶10时，在盲孔7孔径很小的情况下，要使刚性铠装热电偶10除测温端之外的部位都不与盲孔7的孔壁接触，对于安装角度的精度要求会非常苛刻，而且，安装精度根本无法检测，另外，即使安装到位，刚性铠装热电偶10的安装角度也很难准确维持，一旦角度产生偏差，刚性铠装热电偶10的测温端会与盲孔7底部偏离待测点的位置接触，刚性铠装热电偶10的外表面还会与盲孔7的开口处接触，导致无法测得待测点的温度。 

本实施例主要在于提供一种包括绝缘套管2和铠装热电偶3的装置，以克服上述问题。另外，绝缘套管2的设置也使得通过脉冲焊连接铠装热电偶3的测温端与待测点6能够实现。 

实施例2： 

如图1和图2所示，本实施例在实施例1的基础上，所述铠装热电偶3包括热电偶丝4和铠装外壳8，铠装外壳8包裹热电偶丝4，铠装外壳8的两端均从绝缘套管2露出，还包括接地线5，所述接地线5与铠装外壳8远离铠装热电偶3测温端的端部连接。在待测金属1带电时，会对伸入金属内部的铠装热电偶3造成极大的电磁干扰，通过将铠装外壳8接地，能够实现对电磁干扰的有效屏蔽，使本实施例具备较强的抗干扰能力。另外，由于绝缘套管2的存在，可以在铠装外壳8接地后，避免被测金属1处于接地状态。

实施例3： 

如图1和图2所示，本实施例在上述实施例的基础上，所述铠装热电偶3的直径为5×10^-4~1.5×10^-3m。在盲孔7的直径要尽量小的情况下，选用如上直径的铠装热电偶3能够在不影响待测金属1的结构、内部温度分布和力学性能的情况下，实现待测金属1内部温度的测量。

实施例4： 

如图1和图2所示，本实施例在上述实施例的基础上，所述铠装热电偶3的测温端露出绝缘套管1~2mm。对于柔性铠装热电偶，如其测温端露出长度大于2mm，依然可能出现弯曲的情况，弯曲部位会与盲孔7的孔壁接触，而且柔性铠装热电偶的测温端会顶在盲孔7的孔壁上，从而无法测得待测点6的温度。对于柔性铠装热电偶和刚性铠装热电偶，如其测温端露出长度小于1mm，有可能会使绝缘套管2与盲孔7的底部接触，导致测温端与待测点6接触不良，同样无法准确测得待测点6的温度。因此，将铠装热电偶3的测温端露出绝缘套管2的长度设定在1~2mm之间，即能够保证柔性铠装热电偶测温端的露出部分不会弯曲，也能防止绝缘套管2与盲孔7的底部接触，保证柔性铠装热电偶和刚性铠装热电偶的测温端能够与待测点6有效接触。

实施例5： 

如图1和图2所示，本实施例在上述实施例的基础上，所述绝缘套管2的内径等于铠装热电偶3的直径加上绝缘套管安装裕量，绝缘套管安装裕量为2×10^-5~5×10^-5m，绝缘套管2的壁厚为1.5×10^-4~ 2.5×10^-4m。设置绝缘套管安装裕量，使绝缘套管2的安装更加方便。待测金属1温度较高时，会使绝缘套管2熔化，此时，需要将绝缘套管2抽出，设置绝缘套管安装裕量也能方便抽出绝缘套管2。

实施例6： 

如图2所示，固态金属内部温度测量方法，包括如下步骤：

A．从待测金属7的表面距离待测点6最近处向待测点6钻盲孔7，待测点6位于盲孔7的底部；

B．将固态金属内部温度测量装置装入盲孔7中，使铠装热电偶3的测温端与待测点6接触；

C．通过脉冲焊将铠装热电偶3的测温端与待测点6焊接在一起；

D．进行温度测量。

传统的通过热电偶测量温度的方式只能测量物体表面温度，液体温度和气体温度。本实施例即提供一种测量金属内部温度的方法，主要是通过在待测金属1上钻盲孔7，使待测金属1内部的待测点6在盲孔7的底部露出实现的。通过上文的描述以看出，将金属内部温度测量装置固定在盲孔7内部具有重要作用，而且传统的固定方式无法介入盲孔中，因此，发明人选用脉冲焊的方式，能够将铠装热电偶3的测温端与待测点6准确的焊接在一起。 

实施例7： 

如图2所示，本实施例在实施例6的基础上，在所述步骤B中，通过所述接地线5将所述铠装外壳8接地。在待测金属带电时，会对伸入金属内部的铠装热电偶造成极大的电磁干扰，通过将铠装外壳8接地，能够实现对电磁干扰的有效屏蔽，使本发明具备较强的抗干扰能力。

实施例8： 

如图2所示，本实施例在实施例6或实施例7的基础上，在所述步骤A中，将所述盲孔7的底部加工成平底。如图5所示，在加工盲孔7时，待测点通常位于盲孔7的最底端，如果盲孔7的底部存在锥度，那么铠装热电偶3的测温端将无法与盲孔7的最底端接触（其接触方式是铠装热电偶3的测温端外围与盲孔7底部的锥面接触），从而无法得到待测点6的准确温度。将盲孔7加工成平底，铠装热电偶3的测温端将很容易与待测点6接触，从而避免了上述问题。

实施例9： 

如图2所示，本实施例在实施例6、实施例7或实施例8的基础上，所述盲孔7的直径等于绝缘套管2的内径加上绝缘套管2壁厚的两倍加上盲孔安装裕量，盲孔安装裕量为2×10^-5～5×10^-5m。置盲孔安装裕量，能够使金属内部温度测量装置的安装更加简便。

实施例10： 

如图2所示，本实施例在实施例6、实施例7、实施例8或实施例9的基础上，在所述步骤C中，焊接完成后将绝缘套管2抽出。在待测金属1温度较高的情况下，高温会使绝缘套管2熔化，此时，需要将绝缘套管2抽出，避免熔化的绝缘套管2对待测金属1造成污染。另外，由于已经通过脉冲焊将铠装热电偶3的测温端与待测点6焊接在一起，即使在抽出绝缘套管2后，也不会对铠装热电偶3的定位造成影响。

绝缘套管2可以选用聚四氟乙烯或石英玻璃等多种材料制成，本实施例以聚四氟乙烯为例，当待测金属1的温度高于260℃时，将绝缘套管2抽出，防止绝缘套管2熔化。 

如上所述，便可较好的实现本发明。 

Claims (10)

1.固态金属内部温度测量装置，其特征在于：包括绝缘套管（2）和铠装热电偶（3），绝缘套管（2）套接于铠装热电偶（3）上并至少让铠装热电偶（3）测温端露出。

2.根据权利要求1所述的一种固态金属内 部温度测量装置，其特征在于：所述铠装热电偶（3）包括热电偶丝（4）和铠装外壳（8），铠装外壳（8）包裹热电偶丝（4），铠装外壳（8）的两端均从绝缘套管（2）露出，还包括接地线（5），所述接地线（5）与铠装外壳（8）远离铠装热电偶（3）测温端的端部连接。

3.根据权利要求1所述的一种固态金属内部温度测量装置，其特征在于：所述铠装热电偶（3）的直径为5×10^-4~1.5×10^-3m。

4.根据权利要求1所述的一种固态金属内部温度测量装置，其特征在于：所述铠装热电偶（3）的测温端露出绝缘套管（2）1~2mm。

5.根据权利要求1~4中任意一项所述的一种固态金属内部温度测量装置，其特征在于：所述绝缘套管（2）的内径等于铠装热电偶（3）的直径加上绝缘套管安装裕量，绝缘套管安装裕量为2×10^-5~5×10^-5m，绝缘套管（2）的壁厚为1.5×10^-4~ 2.5×10^-4m。

6.固态金属内部温度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

A．从待测金属（1）的表面距离待测点（6）最近处向待测点（6）钻盲孔（7），待测点（6）位于盲孔（7）的底部；

B．将固态金属内部温度测量装置装入盲孔（7）中，使铠装热电偶（3）的测温端与待测点（6）接触；

C．通过脉冲焊将铠装热电偶（3）的测温端与待测点（6）焊接在一起；

D．进行温度测量。

7.根据权利要求6所述的固态金属内部温度测量方法，其特征在于：在所述步骤A中，将所述盲孔（7）的底部加工成平底。

8.根据权利要求6所述的固态金属内部温度测量方法，其特征在于：在所述步骤B中，通过所述接地线（5）将所述铠装外壳（8）接地。

9.根据权利要求6~8中任意一项所述的固态金属内部温度测量方法，其特征在于：所述盲孔（7）的直径等于绝缘套管（2）的内径加上绝缘套管（2）壁厚的两倍加上盲孔安装裕量，盲孔安装裕量为2×10^-5~5×10^-5m。

10.根据权利要求9所述的固态金属内部温度测量方法，其特征在于：在所述步骤C中，焊接完成后将绝缘套管（2）抽出。

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