CN105758544A - 一种多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置，用以测量高温环境，如炉膛内部的温度，该装置包括遮热组件、热电偶和水冷组件，所述的热电偶包括热电偶丝、法兰和接线盒，所述的热电偶丝的冷端与接线盒连接，热端穿过法兰与高温环境接触，所述的热电偶丝外部套设有热电偶丝套管，所述的热电偶丝、电偶丝套管和水冷组件由内向外依次共轴设置，所述的热电偶丝与高温环境接触处设有遮热组件，所述的遮热组件安装在水冷组件的顶端。与现有技术相比，本发明具有安全性高、精确度高等优点。

Description

一种多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置

技术领域

本发明涉及工业锅炉热电偶检测领域，尤其是涉及一种多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置。

背景技术

工业锅炉采用热电偶检测各系统的温度，使操作人员可以准确掌握锅炉的运行情况，以便及时调整锅炉的运行参数，确保锅炉的安全运行。现有锅炉热电偶测温装置由于用裸露的热电偶直接测量，导致测量结果精确度低；同时在锅炉内部环境中由于高温，测量装置在重力作用下很容易变形，导致装置易损坏，从而影响试验的进行。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全性高、精确度高的多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置，用以测量高温环境，如炉膛内部的温度，该装置包括遮热组件、热电偶和水冷组件，所述的热电偶包括热电偶丝、法兰和接线盒，所述的热电偶丝的冷端与接线盒连接，热端穿过法兰与高温环境接触，所述的热电偶丝外部套设有热电偶丝套管，所述的热电偶丝、电偶丝套管和水冷组件由内向外依次共轴设置，所述的热电偶丝与高温环境接触处设有遮热组件，所述的遮热组件安装在水冷组件的顶端。

所述的水冷组件为一顶端密封、尾端与法兰连接的水套管，所述的水套管的横截面为圆环形，所述的热电偶丝套管设置在水套管内，并且通过螺栓与水套管内壁固定，所述的水套管的尾部分别开设有与外部水源连通的进水口和出水口。

所述的水套管内壁与热电偶丝套管外壁形成一环形气冷通道，所述的气冷通道的顶端与高温环境连通，尾部开设有与外部风机连通的抽气口。

所述的遮热组件套设在热电偶丝热端外部，包括至少两层由内向外同心设置的筒状遮热罩，所述的遮热罩固定在水套管密封的顶端。

该锅炉热电偶测温装置还包括设置在水套管外壁上的下绝热把手和设置在法兰上的上绝热把手。

所述的热电偶丝热端与高温环境接触接点的表面为磨光表面。

所述的热电偶丝为铂铑-铂热电偶。

多层遮热罩之间设有间隔。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用遮热罩提高精确度：采用裸露的热电偶直接测量炉膛中高温烟气的温度，当热电偶读数稳定，达到热平衡状态时，烟气传给热电偶的热量等于热电偶对水冷壁的辐射传热量，因此，水冷壁温度越低，热电偶对水冷壁的辐射传热量越大，热电偶读数和烟气实际温度的差就越大，为了提高热电偶的指示温度，可将热电偶置于遮热罩中，这时遮热罩的温度必高于水冷壁温度，热电偶向遮热罩辐射传热。当热电偶读数稳定，达到热平衡状态时，必有烟气传给热电偶的热量等于热电偶对遮热罩的辐射传热量，则此时热电偶的读数提高，其测得的温度更接近烟气实际温度，同时采用同心圆筒状的遮热罩，可以更有利于减小热电偶的指示值t₁和烟道壁面温度t_w的温差，测量精确度将会更高，另外采用三层遮热罩能够有效保护贵金属铂铑-铂热电偶丝由于温度过高而损坏失去灵敏度。

2、采用气冷组件提高精确度：在采用遮热罩的同时再采用气冷组件可以使热电偶接点附近的的局部流速增大，提高热电偶表面传热系数，进一步提高遮热罩和热电偶温度，从而提高测量的精确度，并且设计的气冷组件具有可调节性，当热电偶的指示值t₁和烟道壁面温度t_w的温差越大时，气冷组件的抽气速度越快，反之则减慢。

3、采用低发射率的热电偶接点提高精确度：选取低发射率的材料，并将热电偶接点表面磨光以达到降低发射率提高测量精度的效果。

4、采用铂铑-铂热电偶提高精确度：锅炉炉膛温度一般在1000℃以上，而铂铑-铂热电偶为贵金属热电偶，长期最高温度为1300℃，短期最高温度为1600℃。具有准确度最高、稳定性最好、测温温区宽、使用寿命长等优点。它的物理、化学性能良好，热电势稳定性及高温下抗氧化性能好，适用于氧化和惰性气氛中。

5、采用水冷组件提高安全性：采用水冷组件能够有效降低测量装置的表面温度，避免装置在锅炉内部环境中由于受高温影响在重力作用下易变形，导致装置损坏影响试验的进行，从而提高测量的安全性。并且设计的水冷组件具有可调节性，当热电偶的指示值t₁越接近水套管材料温度的承受值时，水冷组件的水流速度越快，反之则减慢。

6、采用耐高温、耐腐蚀、高强度等材料提高安全性：装置有关材料采用耐高温、耐腐蚀、高强度等材料，延长装置寿命，提高测量的安全性。

7、采用上下式绝热手把提高安全性：在装置上安装上下式的绝缘手把，便于操作人员在实验中更好的控制装置，提高测量的安全性。

附图说明

图1为本发明的结构主视剖面图。

图2为遮热罩的结构示意图。

图3为本发明的结构左视图。

图4为水套管和气套管的结构示意图。

图5为裸露热电偶直接测量的装置的结构示意图。

其中，1、螺栓，2、遮热罩，3、热电偶丝，4、水套管，5、热电偶丝套管，6、锅炉炉墙，7、保温层，8、锅炉外墙护板，9、下绝热把手，10、气冷通道，11、抽气口，12、进水口，13、出水口，14、法兰，15、上绝热把手，16、接线盒，17、水套管端面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

以传统的用裸露的热电偶直接测量的装置进行分析，如图5所示。假设热电偶的指示值为t₁，烟道壁面温度为t_w，烟气的真实温度为t_f，烟气流过热电偶时的表面传热系数为h，热电偶接点表面发射率为ε，黑体辐射常数为σ，通过计算分析可以得到有关烟气真实温度t_f的表达式，如下：

$t_f=t_1+\frac{\mathrm{\ϵ}\mathrm{\σ}(t_1^4-t_w^4)}{h}$

所以可以通过以下方法来减小t_f和t₁之间的差值，从而提高测量的精确度，使试验相对误差可以降低到0.6％以下。

如图1-4所示，本装置包括贯穿锅炉炉墙6、保温层7、锅炉外墙护板的水套管4，以及有热电偶丝3、热电偶丝套管5、接线盒16组成的热电偶，热电偶通过法兰14连接于水套管4，水套管4位于锅炉内腔的水套管端面17为封闭面，并与三层同心圆筒状的遮热罩2相连，遮热罩2左端与炉膛相通；热电偶丝3的冷端连接于接线盒16中，热电偶丝3的热端插入热电偶丝套管5，再穿过热电偶丝套管5并露出其端部在遮热罩2里面，热电偶丝3的热端所在端的热电偶丝套管5通过3个螺栓1与水套管4进行固定。

进行测量时，抽气口11分别与实验配套的抽风机相连，并根据实验要求调节风量；进水口12与实验配套的进水管道相连，出水口13与实验配套的出水管道相连，并根据实验要求调节水量。

本发明不局限于在锅炉中，类似锅炉这种高温环境均可以进行测量。

Claims (8)

1.一种多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置，用以测量高温环境的温度，其特征在于，该装置包括遮热组件、热电偶和水冷组件，所述的热电偶包括热电偶丝(3)、法兰(14)和接线盒(16)，所述的热电偶丝(3)的冷端与接线盒(16)连接，热端穿过法兰(14)与高温环境接触，所述的热电偶丝(3)外部套设有热电偶丝套管(5)，所述的热电偶丝(3)、电偶丝套管(5)和水冷组件由内向外依次共轴设置，所述的热电偶丝(3)与高温环境接触处设有遮热组件，所述的遮热组件安装在水冷组件的顶端。

2.根据权利要求1所述的一种多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置，其特征在于，所述的水冷组件为一顶端密封、尾端与法兰(14)连接的水套管(4)，所述的水套管(4)的横截面为圆环形，所述的热电偶丝套管(5)设置在水套管(4)内，并且通过螺栓(1)与水套管(4)内壁固定，所述的水套管(4)的尾部分别开设有与外部水源连通的进水口(12)和出水口(13)。

3.根据权利要求2所述的一种多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置，其特征在于，所述的水套管(4)内壁与热电偶丝套管(5)外壁形成一环形气冷通道(10)，所述的气冷通道(10)的顶端与高温环境连通，尾部开设有与外部风机连通的抽气口(11)。

4.根据权利要求2所述的一种多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置，其特征在于，所述的遮热组件套设在热电偶丝(3)热端外部，包括至少两层由内向外同心设置的筒状遮热罩(2)，所述的遮热罩(2)固定在水套管(4)密封的顶端。

5.根据权利要求1所述的一种多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置，其特征在于，该锅炉热电偶测温装置还包括设置在水套管(4)外壁上的下绝热把手(9)和设置在法兰(14)上的上绝热把手(15)。

6.根据权利要求1所述的一种多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置，其特征在于，所述的热电偶丝(3)热端与高温环境接触接点的表面为磨光表面。

7.根据权利要求1所述的一种多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置，其特征在于，所述的热电偶丝(3)为铂铑-铂热电偶。

8.根据权利要求4所述的一种多层遮热的抽气水冷式热电偶测温装置，其特征在于，多层遮热罩(2)之间设有间隔。