CN105158542A

CN105158542A - 金属热电势检测仪器

Info

Publication number: CN105158542A
Application number: CN201510546773.4A
Authority: CN
Inventors: 薛飞; 史芳杰; 王磊; 姜家旺; 遆文新; 王勇; 杨宇盟
Original assignee: China General Nuclear Power Corp; CGN Power Co Ltd; Suzhou Nuclear Power Research Institute Co Ltd; Liaoning Hongyanhe Nuclear Power Co Ltd
Current assignee: China General Nuclear Power Corp; CGN Power Co Ltd; Suzhou Nuclear Power Research Institute Co Ltd; Liaoning Hongyanhe Nuclear Power Co Ltd
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2035-08-31
Also published as: CN105158542B

Abstract

<b>本发明公开了一种金属热电势检测仪器，它包括测量装置和对测量装置进行控制的控制装置，测量装置包括具有工作板的箱体、将待测金属固定于工作板上的固定装置、能够沿X轴方向和Z轴方向移动地设置于箱体内的第一探头组件、能够沿Z轴方向移动地设置于箱体内的第二探头组件、用于驱动第一探头组件在X轴方向移动的X驱动机构、分别用于驱动第一探头组件和第二探头组件在Z轴方向移动的第一Z驱动机构和第二Z驱动机构，X轴与Z轴相互垂直，且Z轴垂直于工作板。本金属热电势检测仪器，便于携带，能够在工业现场测量各种尺寸的金属部件，可靠性高，具有一定自动化功能。</b>

Description

金属热电势检测仪器

技术领域

本发明涉及一种金属热电势检测仪器，属于金属材料检测领域。

背景技术

金属热电势的测量基于Seebeck效应。Seebeck效应是在两种金属A，B或一种金属不同部位组成的回路中，由于两个接触点温度不同，会产生电流，称之为温差电流，同时有一相应的电位差ΔV _AB 。实验发现，电位差ΔV _AB 正比于温差ΔT，其比值S _AB =ΔV _AB /ΔT是一个取决于温度差和两种材料的函数，与材料的形状，连接方式等完全无关且具有线性可叠加性，因此S _AB 是材料的一个基本性质，称之为材料的Seebeck系数，也就是通常所说的热电势(TEP)。

核电厂中的关键设备用钢在长期运行后，由于热老化、中子辐照等老化效应地作用，材料的力学性能会发生改变。如一回路主管道所用的铸造奥氏体不锈钢、阀门阀杆用沉淀硬化不锈钢等在压水堆环境温度下长期服役均会发生强度硬度的上升及塑性韧性地下降，即热老化。反应堆压力容器(RPV)用低合金钢在服役过程中受中子辐照发生脆化。反应堆压力容器和主管道都是核电厂的重要组成部分，从压力边界完整性考虑，不适合对其做破坏性检测，因此对其性能的评估一般都采用计算和模拟方法，缺乏现场直接检测数据和方法。金属材料力学性能的变化(老化劣化)通常伴随着电学性能(热电势)的变化，因此，可通过测量服役后金属材料的热电势的变化可以间接表征材料的力学性能，完成对材料的无损检测。

目前对能够进行金属热电势的测量的装置均为实验室环境中测量装置，只能测量较小的试样，装置的原理是将样品横跨在两个可控温的平台上，在样品两端建立起稳定的温度梯度，测量样品两端的电势差，从而获得样品的热电势数据。虽然实验室测量装置可以实现在不同气体氛围、温度或温度变化速率下进行样品的热电势测量，但这种装置无法使用在大型金属部件上，也无法携带至工程现场，在现场进行大型金属部件的热电势测量。要对反应堆压力容器、反应堆冷却剂主管道、阀杆等大型金属部件进行热电势测量，需要一种可靠性高、便携、具有一定自动化功能的现场检测仪器。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可以在工程现场使用、具有便携性、能够对各种大小金属部件进行检测的金属热电势检测仪器。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种金属热电势检测仪器，它包括测量装置和对测量装置进行控制的控制装置，测量装置包括具有工作板的箱体、将待测金属固定于工作板上的固定装置、能够沿X轴方向和Z轴方向移动地设置于箱体内的第一探头组件、能够沿Z轴方向移动地设置于箱体内的第二探头组件、用于驱动第一探头组件在X轴方向移动的X驱动机构、分别用于驱动第一探头组件和第二探头组件在Z轴方向移动的第一Z驱动机构和第二Z驱动机构，X轴与Z轴相互垂直，且Z轴垂直于工作板。

进一步地，第一Z驱动机构包括第一电动滑台，第一探头组件连接在该第一电动滑台上。所述的电动滑台是一种电动的可伸缩的构件。

进一步地，X驱动机构包括沿X轴方向转动设置在箱体内的丝杆、与丝杆相配合连接的丝杆螺母、与丝杆相连接并带动丝杆转动的伺服电机，第一电动滑台连接在丝杆螺母上。

进一步地，第二Z驱动机构包括固定连接在箱体上的第二电动滑台，第一探头组件连接在该第二电动滑台上。所述的电动滑台是一种电动的可伸缩的构件。

进一步地，控制装置包括用于控制第一探头组件和第二探头组件在Z方向上对待测金属加载力的力反馈控制机构，该力反馈控制机构包括采集第一探头组件加载力信号的第一力传感器组件、采集第二探头组件加载力信号的第二力传感器组件、接收第一力传感器组件和第二力传感器组件所传送的力信号并将控制命令分别传送给第一Z驱动机构和第二Z驱动机构的力反馈控制器。通过控制第一Z驱动机构和第二Z驱动机构，来控制第一探头组件和第二探头组件在Z轴方向上的运动，在力反馈控制器的精确控制下，实现力的连续可调和自动加载。

更进一步地，第一力传感器组件连接在第一Z驱动机构与第一探头组件之间，第二力传感器组件连接在第二Z驱动机构与第二探头组件之间。

进一步地，控制装置包括用于控制第一探头组件在X轴方向上位移的位移控制机构，该位移控制机构包括与伺服电机相连接并控制其转动的位移控制器。通过控制伺服电机可控制第一探头组件在X轴方向上的运动，从而实现对待测金属进行多点测量。

进一步地，第一探头组件包括第一探头、用于对该第一探头加热的第一加热片，第二探头组件包括第二探头、用于对该第二探头加热的第二加热片。

进一步地，控制装置包括用于分别测量和控制第一探头组件和第二探头组件的温度的温度控制机构，该温度控制机构包括分别与第一加热片和第二加热片相连接的温度控制器。其温度设置方式有两种：绝对温度设定模式和温差设定模式。在绝对温度设定模式下，分别设定第一探头和第二探头的加热温度，由温度控制器自动加载实现；在温差设定模式下，设定第一探头和第二探头之间的温差，通过温度控制器自动加载可以锁定第一探头和第二探头之间的温度差。

进一步地，控制装置包括用于测量第一探头和第二探头之间电压差的纳伏表。

由于采用上述技术方案，本发明金属热电势检测仪器与现有技术相比，具有以下优点：

1）测量对象可以是大型金属部件，实现了热电势的工业现场测量；

2）金属热电势检测仪器分为测量端、控制端，每一部分体积和重量都不大，方便携带和搬运，这对于现场测量而言，具有相当的便携性；

3）可以实现对测量端的远程控制，实现自动测量，尤其是在核电厂中，测量现场存在着辐射，此措施可以有效降低人员的辐射风险，减少人员受到的辐射剂量；

4）将测量和控制分开，大大简化了测量端的结构，减轻了测量端的重量，减轻了被测件的载荷，从而减少对设备结构的影响。

附图说明

附图1为本发明金属热电势检测仪器的测量装置的结构示意图；

附图2为本发明金属热电势检测仪器的原理结构示意图。

图中标号为：

1、提手；2、箱体；3、贯穿孔；4、工作板；5、绑带固定部；6、固定部；7、压紧块；8、紧固螺栓；9、伺服电机；10、第一力传感器上块；11、第一力传感器；12、第一力传感器下块；13、第一加热片；14、第一加热铜块；15、第一铜套；16、第一探头；17、第一电动滑台；18、第二力传感器上块；19、第二力传感器；20、第二力传感器下块；21、第二加热片；22、第二加热铜块；23、第二铜套；24、第二探头；25、第二电动滑台；26、丝杆；27、丝杆螺母；28、工字构件；29、计算机；30、交换机；31、温度控制器；32、力反馈控制器；33、位移控制器；34、纳伏表；35、控制箱；36、总线；37、绑带；38、被测管道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。

从附图1和附图2的结构示意图可以看出，本实施例提供了一种金属热电势检测仪器，它包括测量装置和对测量装置进行控制的控制装置。

测量装置包括具有工作板4的箱体2、将待测金属固定于工作板4上的固定装置、能够沿X轴方向和Z轴方向移动地设置于箱体2内的第一探头组件、能够沿Z轴方向移动地设置于箱体2内的第二探头组件、用于驱动第一探头组件在X轴方向移动的X驱动机构、分别用于驱动第一探头组件和第二探头组件在Z轴方向移动的第一Z驱动机构和第二Z驱动机构。X轴与Z轴相互垂直，且Z轴垂直于工作板4。

本实施例中的第一探头组件的温度高于第二探头组件的温度。

在一种更为优选的实施方案中，箱体2上设置有提手1，便于提携。为了减轻测量装置的重量，提手1、箱体2以及工作板3均由铝合金制造。

本实施例中的固定装置有两组：参照附图1，第一组包括连接于工作板4上并且与工作板4之间具有容纳空间的固定部6、转动连接与固定部6上的紧固螺栓8、与紧固螺栓8相连接的压紧块7。优选地，固定部6与工作板4之间可拆卸地连接。为了使待测金属件能够更加牢靠稳定的固定，压紧块7为V形。该组用于小型部件热电势现场检测的固定，本实施例以阀杆为例，当检测阀杆的热电势时，使用螺栓将固定部6固定与工作板4上，将阀杆穿过固定部6与工作板4之间的容纳空间，通过调节紧固螺栓8推动压紧块7向工作板4移动，将阀杆夹紧固定在工作板4上，然后进行热电势测量。

参照附图1和附图2，第二组包括设置在箱体2上的绑带固定部5以及绑带37。该组用于大型部件热电势现场检测的固定，本实施例以反应堆冷却剂主管道为例，可使用帆布绑带37穿过绑带固定部5将被测管道38固定在工作板4上进行热电势测量。

参照附图2，第一探头组件包括第一铜套15、设置在第一铜套15内的陶瓷的第一加热片13和第一加热铜块14、连接在第一铜套15上的第一探头16，第一加热片13用于对第一探头16加热。

第二探头组件包括第二铜套23、设置在第二铜套23内的陶瓷的第二加热片21和第二加热铜块22、连接在第二铜套22上的第二探头24，第二加热片21用于对第二探头24加热。

驱动机构包括沿X轴方向转动设置在箱体2内的丝杆26、与丝杆26相配合连接的丝杆螺母27、与丝杆26相连接并带动丝杆26转动的伺服电机9。伺服电机9位于箱体2的外部。

第一Z驱动机构包括第一电动滑台17，第一探头组件连接在该第一电动滑台17上。第一电动滑台17连接在上述的丝杆螺母27上。

第二Z驱动机构包括固定连接在箱体2上的第二电动滑台25，第一探头组件连接在该第二电动滑台25上。本实施例中，第二电动滑台25通过铝合金的工字构件28固定于箱体2上。第二探头组件不沿X轴方向移动。

以上所提到的电动滑台25是一种电动的可伸缩的构件。

控制装置包括用于控制第一探头组件和第二探头组件在Z方向上对待测金属加载力的力反馈控制机构、用于控制第一探头组件在X轴方向上位移的位移控制机构、用于分别测量和控制第一探头组件和第二探头组件的温度的温度控制机构、用于测量第一探头16和第二探头24之间电压差的纳伏表34、用于数据存储、显示、计算、发出控制命令的计算机29。优选地，控制装置还包括与计算机29相连接的交换机30。通过控制第一Z驱动机构和第二Z驱动机构，来控制第一探头组件和第二探头组件在Z轴方向上的运动，在力反馈控制器32的精确控制下，实现力的连续可调和自动加载。

上述的力反馈控制机构包括采集第一探头组件加载力信号的第一力传感器组件、采集第二探头组件加载力信号的第二力传感器组件、接收第一力传感器组件和第二力传感器组件所传送的力信号并将控制命令分别传送给第一Z驱动机构和第二Z驱动机构的力反馈控制器32，力反馈控制器32通过交换机30与计算机29相连接。优选地，第一力传感器组件连接在第一Z驱动机构与第一探头组件之间，第二力传感器组件连接在第二Z驱动机构与第二探头组件之间。本实施例中的第一力传感器组件包括与第一电动滑台17相固定连接的第一力传感器上块10、与第一探头组件相固定连接的第一力传感器下块12、设置在第一力传感器上块10和第一力传感器下块12之间的第一力传感器11，第二力传感器组件包括与第二电动滑台25相固定连接的第二力传感器上块18、与第二探头组件相固定连接的第二力传感器下块20、设置在第二力传感器上块18和第二力传感器下块20之间的第二力传感器19。

计算机29通过交换机30将力控制命令发送给力反馈控制器32，力反馈控制器32分别控制第一电动滑台17和第二电动滑台25带动第一探头组件和第二探头组件沿Z轴方向运动实现加载，第一力传感器11和第二力传感器19将力信号传送给力反馈控制器32实现加载力反馈与控制。

上述的位移控制机构包括与伺服电机9相连接并控制其转动的位移控制器33，位移控制器33也通过交换机30与计算机29相连接。计算机29设定第一探头组件沿X轴方向的位移，位移控制器33控制伺服电机9，伺服电机9带动丝杆26运动，实现第一探头组件沿X轴方向的位移，从而实现对待测金属进行多点测量。

上述的温度控制机构包括分别与第一加热片13和第二加热片21相连接的温度控制器31，温度控制器31也通过交换机30与计算机29相连接。温度控制器31控制第一加热片13和第二加热片21进行加热。温度设置方式有两种：绝对温度设定模式和温差设定模式。在绝对温度设定模式下，设定第一探头16的加热温度为55℃，第二探头24的加热温度为40℃，由温度控制器31自动加载实现；在温差设定模式下，设定第一探头16和第二探头24之间的温差始终保持15℃，通过温度控制器31自动加载可以锁定第一探头16和第二探头24之间的温度差。

纳伏表34也通过交换机30与计算机29相连接。当第一探头16和第二探头24之间存在稳定温度差ΔT时，纳伏表34测量第一探头16和第二探头24之间的电压差ΔV，并将该数值通过交换机30输送给计算机29保存和运算，从而获得被测样品的热电势。

控制装置还包括控制箱35，上述的力反馈控制器32、温度控制器31、位移控制器33、纳伏表34以及交换机30设置在控制箱35内。在箱体2上开设有至少一个贯穿孔3，箱体2内的电源线缆、测量线缆和控制线缆均从贯穿孔3穿出箱体2并汇总到总线36，与控制箱35连接。本实施例中，为了防止干扰，保证采集到稳定有效的数据，纳伏表34与第一探头16和第二探头24之间的线缆采用Teflon无氧铜线。

本金属热电势检测仪器，便于携带，能够在工业现场测量各种尺寸的金属部件，可靠性高，具有一定自动化功能。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种金属热电势检测仪器，其特征在于：它包括测量装置和对所述测量装置进行控制的控制装置，所述的测量装置包括具有工作板（4）的箱体（2）、将待测金属固定于所述工作板（4）上的固定装置、能够沿X轴方向和Z轴方向移动地设置于箱体（2）内的第一探头组件、能够沿Z轴方向移动地设置于箱体（2）内的第二探头组件、用于驱动第一探头组件在X轴方向移动的X驱动机构、分别用于驱动第一探头组件和第二探头组件在Z轴方向移动的第一Z驱动机构和第二Z驱动机构，所述的X轴与Z轴相互垂直，且Z轴垂直于所述工作板（4）。

2.根据权利要求1所述的金属热电势检测仪器，其特征在于：所述的第一Z驱动机构包括第一电动滑台（17），所述的第一探头组件连接在该第一电动滑台（17）上。

3.根据权利要求2所述的金属热电势检测仪器，其特征在于：所述的X驱动机构包括沿X轴方向转动设置在箱体（2）内的丝杆（26）、与所述丝杆（26）相配合连接的丝杆螺母（27）、与所述丝杆（26）相连接并带动丝杆（26）转动的伺服电机（9），所述的第一电动滑台（17）连接在所述丝杆螺母（27）上。

4.根据权利要求1所述的金属热电势检测仪器，其特征在于：所述的第二Z驱动机构包括固定连接在箱体（2）上的第二电动滑台（25），所述的第一探头组件连接在该第二电动滑台（25）上。

5.根据权利要求1所述的金属热电势检测仪器，其特征在于：所述的控制装置包括用于控制第一探头组件和第二探头组件在Z方向上对待测金属加载力的力反馈控制机构，该力反馈控制机构包括采集第一探头组件加载力信号的第一力传感器组件、采集第二探头组件加载力信号的第二力传感器组件、接收第一力传感器组件和第二力传感器组件所传送的力信号并将控制命令分别传送给第一Z驱动机构和第二Z驱动机构的力反馈控制器（32）。

6.根据权利要求5所述的金属热电势检测仪器，其特征在于：所述的第一力传感器组件连接在第一Z驱动机构与第一探头组件之间，所述的第二力传感器组件连接在第二Z驱动机构与第二探头组件之间。

7.根据权利要求3所述的金属热电势检测仪器，其特征在于：所述的控制装置包括用于控制第一探头组件在X轴方向上位移的位移控制机构，该位移控制机构包括与所述伺服电机（9）相连接并控制其转动的位移控制器（33）。

8.根据权利要求1所述的金属热电势检测仪器，其特征在于：所述的第一探头组件包括第一探头（16）、用于对该第一探头（16）加热的第一加热片（13），所述的第二探头组件包括第二探头（24）、用于对该第二探头（24）加热的第二加热片（21）。

9.根据权利要求8所述的金属热电势检测仪器，其特征在于：所述的控制装置包括用于分别测量和控制第一探头组件和第二探头组件的温度的温度控制机构，该温度控制机构包括分别与第一加热片（13）和第二加热片（21）相连接的温度控制器（31）。

10.根据权利要求8所述的金属热电势检测仪器，其特征在于：所述的控制装置包括用于测量第一探头（16）和第二探头（24）之间电压差的纳伏表（34）。