CN104568189B - 一种将温度变化转换为位移信号的高温传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高温传感器，具体是一种将温度变化转换为位移信号的高温传感器。一种将温度变化转换为位移信号的高温传感器，包括中心杆组件、端盖、芯轴、焊接膜盒串、支座、导管组件和套筒组件，中心杆组件包括不锈钢中心杆座和硬质合金堵头，中心杆座顶上部设有硬质合金堵头，二者通过过盈配合连接。本发明利用具有柔性的由波纹膜片组合而成的焊接膜盒串结构，内部灌装的硅油类感温液体将所感受到的环境温度变化信息转化为温度传感器的轴向位移信号输出。
Description
技术领域
本发明属于高温传感器，具体是一种将温度变化转换为位移信号的高温传感器。
背景技术
将温度变化转换为位移信息输出的现有温包类温度传感器，只能适应常温或低温工作，但对于使用环境高于170℃度的温度传感器，部分产品虽然可以临时替代使用，但使用过程中由于温度传感器输出的位移随温度的升高不断加大，当达到工作温度时已远大于或接近内部焊接膜盒串所能承受的变形量，会出现产品开裂、漏液等故障致使可靠性达不到使用要求，同时使用精度相对较低。现有技术无法满足高温环境下温包类温度传感器的高可靠性高精度的使用要求。
发明内容
本发明的目的是提出一种能够在高温环境下可靠使用的将环境温度变化转化为位移输出的高精度温度传感器。
本发明采取以下技术方案：一种将温度变化转换为位移信号的高温传感器，包括中心杆组件、端盖、芯轴、焊接膜盒串、支座、导管组件和套筒组件，中心杆组件包括不锈钢中心杆座和硬质合金堵头，中心杆座顶上部设有硬质合金堵头，二者通过过盈配合连接。
中心杆组件下侧设有焊接膜盒串，焊接膜盒串包括上衬套、下衬套和若干片波纹膜片，上衬套、下衬套和若干片波纹膜片通过电子束焊接在一起，焊接膜盒串上侧与芯轴过盈配合连接，焊接膜盒串下侧设有支座，支座顶部设有用于放置焊接膜盒串的台阶，支座中心设有内孔。
支座下侧设有导管组件，导管组件包括底座与若干个U型毛细管，底座与套筒组件密封焊接在一起，底座上设有圆孔，若干个U型毛细管交错插入底座圆孔中。优选3个U型毛细管。
焊接膜盒串内腔、支座内孔、支座与导管组件间隙、导管组件的U型毛细管内腔形成一个互通的内部腔体，腔体内灌装有感温液体并通过芯轴封口密闭。
所述焊接膜盒串由10片相同参数的单个波纹膜片采用电子束焊接进行串联组合而成。
所述中心杆组件采用硬度≥89.5HRA的YG6硬质合金堵头和0Cr18Ni9不锈钢中心杆座。
所述的感温液体为甲基硅油或苯甲基硅油。
内部感温液体的灌装工艺采用常温抽空灌装加高温（150℃或以上）封口的灌装工艺，封口结构采用锥孔镀银芯轴压配密封的结构。
产品工作过程中导管组件的U型毛细管用来感受环境温度的变化并传递到内部感温液体。焊接膜盒串上设中心杆组件。端盖通过与支座外圆连接，温度传感器工作时可通过端盖的安装孔固定安装。端盖下设套筒组件，可用来保护导管组件在使用过程中不受碰撞挤压变形。
本发明具有的有益效果：本发明利用具有柔性的由波纹膜片组合而成的焊接膜盒串结构，内部灌装的硅油类感温液体将所感受到的环境温度变化信息转化为温度传感器的轴向位移信号输出；同时采用常温灌液高温封口工艺使产品具有在特定温度（150℃或更高）以上启动位移输出信号的工作特性，可使温度传感器在高温环境工作过程中具有相对较小的总位移量从而大大提高了产品的使用可靠性；同时采用波纹膜片串联焊接的焊接膜盒串结构使产品具有高精度的位移输出特性，即所述温度传感器具有耐高温、高精度、高可靠性的特点。本发明已成功应用于飞机气源分系统的引气温度控制装置，实现了飞机气源系统在空调系统（170℃～190℃）/超温系统（210℃～230℃）/防冰系统（225℃～255℃）等的气流压力、流量等参数控制功能。取得了一定的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2封口结构示意图；
图3焊接膜盒串结构示意图；
图4波纹膜片；
图中1-中心杆组件，2-端盖，3-芯轴，4-焊接膜盒串，5-支座，6-导管组件，7-套筒组件。
具体实施方式
所述温度传感器由中心杆组件、焊接膜盒串、支座、端盖、芯轴、导管组件、套筒组件组合焊接而成，导管组件（含感温毛细管）内腔与焊接膜盒串内腔互通密封并灌注感温液体，组合结构如图2所示。整体结构由中心杆组件1、焊接膜盒串4、支座5、端盖2、芯轴3、导管组件6、套筒组件7组合焊接而成，要求所有焊缝气密，整个产品形成一封闭腔体，内腔灌装特定感温液体并密闭，工作过程中随环境温度变化内腔所灌装感温液体发生体积变化，中心杆组件可以随具有柔性联接的焊接膜盒串作轴向伸缩，即输出位移信息。
所述温度传感器内腔灌液后封口结构采用锥孔压配密封，当产品内腔灌液完成后通过焊接膜盒串4上部零件中的锥孔与同样具有锥度的镀银零件芯轴3采用铆接密封，如图2、图3所示。
所述焊接膜盒串4由10片相同参数的单个波纹膜片采用电子束焊接进行串联组合而成，要求膜盒串组合焊接实现气密。工作过程中利用焊接膜盒串具有柔性联接的特性可以输出轴向位移，如图4所示。
所述膜片材料采用AM350奥氏体沉淀硬化不锈钢，在利用软模成型后进行组合焊接再按照热处理制度SCT850进行；其余零件材料采用真空冶炼不锈钢0Cr18Ni9。整体组合工艺采用电子束焊接工艺。可以有效提高核心元件焊接膜盒串的使用强度及产品的整体可靠性。
所述温度传感器采用常温灌液高温封口工艺的操作方法及工作原理如下：在封口之前常温下采用抽空灌液方法将温度传感器内部灌装特定的感温液体，确保内腔灌满感温液体后，此时焊接膜盒串4上部零件下端面与支座5上端面间隙约为0（此时焊接膜盒串处于止动临界状态）。然后将温度传感器置于特定的温度（150℃或更高）环境下保温30min，致使内部感温液体发生膨胀多余液体排出温度传感器腔体，再速度将灌液口用镀银芯轴铆接封口，封口后将温度传感器置于常温环境中冷却。由于感温液体热胀冷缩的原因且温度传感器内腔已形成封闭腔体，此时会导致焊接膜盒串4柔性收缩，但由于支座的止动作用焊接膜盒串无法收缩变形，最终会在产品内腔形成部分真空空间（此时焊接膜盒串处于止动状态）。当温度传感器工作时，感温液体随着环境温度的升高而膨胀要预先补偿封闭内腔的真空空间后才开始有位移输出（即焊接膜盒串开始脱离止动状态），如此可保证温度传感器在工作温度区间输出较小的总位移量（即焊接膜盒串发生较小的伸长量）且满足温度传感器的工作要求，从而提高了产品使用可靠性。
以下结合实例对所述温度传感器工作情况作一说明。比如温度传感器要求在210℃～230℃温度差范围内产生0.2mm的位移信号（相当于约0.01mm/℃），且要求温度为260℃时温度传感器不能失效。现有常温温度传感器会在环境温度大于常温（约25℃）下开始启动工作（即产生位移信号），当环境温度变化至260℃时会产生的位移信号为：
(260-25)×0.01=2.35（mm）；
根据图4可看出，现有焊接膜盒串自然长度(或高度)很小(约1mm)。如此大的变形量远远大于焊接膜盒串工作的最佳变形量，工作过程中会使焊接膜串长时间处于朔性变形状态（温度传感器处于过负荷状态），大大降低产品使用可靠性，而采用该发明所述温度传感器采用常温灌装高温封口工艺可使产品启动温度处于190℃左右，当温度变化到260℃时所产生的位移信号为：
(260-190)×0.01=0.7mm；
如此小的位移变形量对焊接膜盒串来说工作膜片始终处于弹性变形范围内，可大大提高产品使用可靠性。
所述温度传感器采用焊接膜盒串式柔性结构，内腔互通密封并灌注感温液体，采用常温灌液高温封口工艺，满足了高温环境下的高精度高可靠性的使用要求。目前已成功应用于飞机气源分系统的引气温度控制装置，实现了飞机气源系统在空调系统/超温系统/防冰系统等的气流压力、流量等参数控制功能。本发明实现了高温环境下对环境温度的监控，是常温温度传感器所不能达到的技术发明。实现了该类温度传感器高精度高可靠性的技术发展需求。
Claims (4)
1.一种将温度变化转换为位移信号的高温传感器，其特征在于：包括中心杆组件（1）、端盖（2）、芯轴（3）、焊接膜盒串（4）、支座（5）、导管组件（6）和套筒组件（7），中心杆组件（1）包括不锈钢中心杆座和硬质合金堵头，中心杆座顶上部设有硬质合金堵头，二者通过过盈配合连接；
中心杆组件（1）下侧设有焊接膜盒串（4），焊接膜盒串（4）包括上衬套、下衬套和若干片波纹膜片，上衬套、下衬套和若干片波纹膜片通过电子束焊接在一起，焊接膜盒串（4）上侧与芯轴（3）过盈配合连接，焊接膜盒串（4）下侧设有支座（5），支座（5）顶部设有用于放置焊接膜盒串（4）的台阶，支座（5）中心设有内孔；
支座（5）下侧设有导管组件（6），导管组件（6）包括底座与若干个U型毛细管，底座与套筒组件（7）密封焊接在一起，底座上设有圆孔，若干个U型毛细管交错插入底座圆孔中；
焊接膜盒串（4）内腔、支座（5）内孔、支座（5）与导管组件（6）间隙、导管组件（6）的U型毛细管内腔形成一个互通的内部腔体，腔体内灌装有感温液体并通过芯轴（3）封口密闭。
2.根据权利要求1所述的将温度变化转换为位移信号的高温传感器，其特征在于：所述焊接膜盒串（4）由10片相同参数的单个波纹膜片采用电子束焊接进行串联组合而成。
3.根据权利要求1或2所述的将温度变化转换为位移信号的高温传感器，其特征在于：所述中心杆组件（1）采用硬度≥89.5HRA的YG6硬质合金堵头和0Cr18Ni9不锈钢中心杆座。
4.根据权利要求3所述的将温度变化转换为位移信号的高温传感器，其特征在于：所述的感温液体为甲基硅油或苯甲基硅油。
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