CN106895867A - 一种高温环境下接触式位移传感器的热防护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温环境下接触式位移传感器的热防护结构，在传感器的测量探头的末端固定设置一内刚性套管和外刚性套管，内刚性套管采用热阻率较高的材料制成，呈两端开口结构，其一端与测量探头的末端刚性固定，其另一端与一端开口的外刚性套管刚性固定，内刚性套管内填充高温隔热材料，外刚性套管完全覆盖内刚性套管，并部分覆盖测量探头，外刚性套管的内表面与内刚性套管的外表面、测量探头的外表面之间在整个周向上留有间隙，外刚性套管的外表面覆盖有高反射率材料层，以减少高温下辐射传热对外刚性套管的影响。本发明的接触式位移传感器的热防护结构，可实现接触式位移传感器在高温环境下正常工作，并有效保护位移传感器的测量探头。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机和航空发动机技术领域，尤其涉及一种高温环境下接触式位移传感器的热防护结构。
背景技术
高温部件的变形测量手段，按传感器与被测物体接触方式可以分成两种方式，非接触式位移测量传感器及接触式位移测量传感器。非接触式位移测量传感器，常见的为电涡流位移传感器及激光测距仪，电涡流位移传感器广泛应用在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中，其利用系统中的前置器中的高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场，当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，即将头部线圈与金属导体的距离变化转化成电压或电流的变化，因此电涡流位移传感器只能应用于金属导体的场合中，且要求环境温度低于200℃。激光测距仪广泛应用于地形测量，其测距原理归结为测量光往返目标所需要的时间，然后通过光速和大气折射系数计算出距离，其中，相位式激光测距仪的精度可达0.01mm量级，且工作温度可以较高，但其要求被测物体平面必须与光线垂直，且其体积较大。接触式位移测量传感器如电感测微仪，其广泛应用于精密机械制造业及国防，科研、计量部门的精密长度测量，其应用自带的正弦波振荡器输出信号并加到测量头中，将工件的微小位移转化为直流电压信号，其精度可达0.0001mm，但其应用场合温度一般要求不超过100℃。实际应用中，某些情况，由于测量的空间限制及测量精度的要求，仅能采用接触式位移测量的方式，但过高的环境温度又限制了接触式位移传感器的使用，本发明即针对这一应用场合，通过增加导热热阻和削弱辐射换热，将接触式位移传感器应用于高温测量环境中。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点和不足，本发明旨在提供一种高温环境下接触式位移传感器的热防护结构，该热防护结构简单，易于将其应用于各种接触式传感器的测量探头中。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案是：
一种高温环境下接触式位移传感器的热防护结构，所述接触式位移传感器包括测量探头，其特征在于，在所述测量探头的末端固定设置一内刚性套管和外刚性套管，所述内刚性套管和外刚性套管的轴线方向与所述测量探头的轴线保持一致，其中，
--所述内刚性套管为两端开口结构，所述内刚性套管的一端与所述测量探头的末端刚性固定，所述内刚性套管采用石英、陶瓷等热阻率较高的材料制成，以避免测量探头直接接触高温体，所述内刚性套管内填充高温隔热材料，所述内刚性套管及其内部填充的高温隔热材料的热膨胀系数与所述测量探头的热膨胀系数相当，所述内刚性套管的长度根据所应用环境温度对其长度进行调整，所述内刚性套管的内径略大于所述测量探头的直径；
--在所述内刚性套管的外周表面套设一所述外刚性套管，所述外刚性套管为一端开口结构，其长度大于所述内刚性套管的长度，其内径大于所述测量探头的直径，所述外刚性套管的盲端的内表面与所述内刚性套管的另一端刚性连接，使得所述外刚性套管完全覆盖所述内刚性套管，并部分覆盖所述测量探头，所述外刚性套管的内表面与所述内刚性套管的外表面、所述测量探头的外表面之间在整个周向上留有间隙，所述外刚性套管的外表面覆盖有高反射率材料层，以减少高温下辐射传热对外刚性套管的影响。
优选地，所述内刚性套管与所述外刚性套管之间通过粘结胶刚性连接。
优选地，所述内刚性套管与测量探头的末端之间通过粘结胶刚性连接。
进一步地，所述粘结胶为在常温下可固化的粘结胶，固化后为刚性或接近刚性。进一步地，所述粘结胶为耐高温、热阻高的粘结胶，其目的在于减少刚性套管对测量探头的热流传递。进一步地，所述粘结胶为热膨胀率低的粘结胶，其目的在于避免高温下胶体变形破坏刚性套管。进一步地，所述粘结胶为韧性差的粘结胶，方便测量结束后拆卸刚性套管。
优选地，所述外刚性套管的长度应能覆盖整个测量探头。
优选地，所述外刚性套管的内径大于测量探头的外径及内刚性套管的外径。
优选地，所述外刚性套管与内刚性套管的材质、热阻率及热膨胀系数相同。
本发明的高温环境下接触式位移传感器的热防护结构中，所述内刚性套管、外刚性套管采用耐高温、热阻高、热膨胀率低的材料制备，其目的在于减少高温体对测量探头的热流传递，避免测量探头直接接触高温体，同时减少高温对刚性套管长度的影响，减小测量误差。
本发明的高温环境下接触式位移传感器的热防护结构中，在内刚性套管外另加装外刚性套管，该外刚性套管直接接触高温体，对于该外刚性套管的要求：(a)根据安装环境，内径尽量较大，其目的在于利用空气的高热阻率保护探头；(b)耐高温、热阻高、热膨胀率低，其目的与内刚性套管相同；(c)外刚性套管一端开口，其目的在于方便内刚性套管与外刚性套管无间隙接触。
同现有技术相比，本发明的高温环境下接触式位移传感器的热防护结构具有以下显著的技术效果：(1)结构简单、易移植至各种接触式位移传感器的测量探头上。(2)兼顾了高温环境下导热效应与辐射效应，可以通过改变内刚性套管的长度和高反射率材料的覆盖范围分别地对两种效应进行有目的的削弱。
附图说明
图1为本发明的高温环境下接触式位移传感器的热防护结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明的高温环境下接触式位移传感器的热防护结构，接触式位移传感器包括测量探头10，在测量探头10的末端固定设置一内刚性套管20和外刚性套管30，内刚性套管20和外刚性套管30的轴线方向与测量探头10的轴线保持一致。
内刚性套管20为两端开口结构，内刚性套管20的一端与测量探头10的末端刚性固定，优选地，二者通过粘结胶刚性连接，内刚性套管20采用石英、陶瓷等热阻率较高的材料制成，以避免测量探头10直接接触高温体，内刚性套管20内填充高温隔热材料21，内刚性套管20及其内部填充的高温隔热材料21的热膨胀系数与测量探头10的热膨胀系数相当，内刚性套管20可根据环境温度高低调整长度，内刚性套管20的外径不大于测量探头10的直径。
在内刚性套管20的外周表面套设一外刚性套管30，优选地，外刚性套管30与内刚性套管20的材质、热阻率及热膨胀系数相同，外刚性套管30为一端开口结构，其长度大于内刚性套管20的长度，其内径大于测量探头10的直径，外刚性套管30的盲端的内表面与内刚性套管20的另一端刚性连接，优选地，内刚性套管20与外刚性套管30之间通过粘结胶刚性连接，使得外刚性套管30完全覆盖内刚性套管20，并部分覆盖测量探头10，外刚性套管30的内表面与内刚性套管20的外表面、测量探头10的外表面之间在整个周向上留有间隙，外刚性套管30的外表面覆盖有高反射率材料层，以减少高温下辐射传热对外刚性套管30的影响。
测量探头10的末端、内刚性套管20、外刚性套管30之间的粘结胶为在常温下可固化的粘结胶，固化后为刚性或接近刚性。进一步地，粘结胶为耐高温、热阻高的粘结胶，其目的在于减少内、外刚性套管对测量探头10的热流传递。进一步地，粘结胶为热膨胀率低的粘结胶，其目的在于避免高温下胶体变形破坏刚性套管。进一步地，粘结胶为韧性差的粘结胶，方便测量结束后拆卸刚性套管。
优选地，外刚性套管30的长度应能覆盖整个测量探头。外刚性套管30的内径应大于测量探头的外径及内刚性套管的外径。
本发明的高温环境下接触式位移传感器的热防护结构中，内刚性套管20、外刚性套管30采用耐高温、热阻高、热膨胀率低的材料制备，其目的在于减少高温体对测量探头的热流传递，避免测量探头10直接接触高温体，同时减少高温对刚性套管长度的影响，减小测量误差。
本发明的高温环境下接触式位移传感器的热防护结构中，在内刚性套管20外另加装外刚性套管30，该外刚性套管30直接接触高温体，对于该外刚性套管30的要求：(a)根据安装环境，内径尽量较大，其目的在于利用空气的高热阻率保护探头；(b)耐高温、热阻高、热膨胀率低，其目的与内刚性套管相同；(c)外刚性套管一端开口，其目的在于方便内刚性套管与外刚性套管无间隙接触。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。
Claims (7)
1.一种高温环境下接触式位移传感器的热防护结构，所述接触式位移传感器包括测量探头，其特征在于，在所述测量探头的末端固定设置一内刚性套管和外刚性套管，所述内刚性套管和外刚性套管的轴线方向与所述测量探头的轴线保持一致，其中，
--所述内刚性套管为两端开口结构，所述内刚性套管的一端与所述测量探头的末端刚性固定，所述内刚性套管采用石英、陶瓷等热阻率较高的材料制成，以避免测量探头直接接触高温体，所述内刚性套管内填充高温隔热材料，所述内刚性套管及其内部填充的高温隔热材料的热膨胀系数与所述测量探头的热膨胀系数相当，所述内刚性套管的长度根据所应用环境温度对其长度进行调整，所述内刚性套管的内径略大于所述测量探头的直径；
--在所述内刚性套管的外周表面套设一所述外刚性套管，所述外刚性套管为一端开口结构，其长度大于所述内刚性套管的长度，其内径大于所述测量探头的直径，所述外刚性套管的盲端的内表面与所述内刚性套管的另一端刚性连接，使得所述外刚性套管完全覆盖所述内刚性套管，并部分覆盖所述测量探头，所述外刚性套管的内表面与所述内刚性套管的外表面、所述测量探头的外表面之间在整个周向上留有间隙，所述外刚性套管的外表面覆盖有高反射率材料层，以减少高温下辐射传热对外刚性套管的影响。
2.根据权利要求1所述的热防护结构，其特征在于，所述内刚性套管与所述外刚性套管之间通过粘结胶刚性连接。
3.根据权利要求1所述的热防护结构，其特征在于，所述内刚性套管与测量探头的末端之间通过粘结胶刚性连接。
4.根据权利要求2或3所述的热防护结构，其特征在于，所述粘结胶为在常温下可固化的粘结胶，固化后为刚性或接近刚性。进一步地，所述粘结胶为耐高温、热阻高的粘结胶，其目的在于减少刚性套管对测量探头的热流传递。进一步地，所述粘结胶为热膨胀率低的粘结胶，其目的在于避免高温下胶体变形破坏刚性套管。进一步地，所述粘结胶为韧性差的粘结胶，方便测量结束后拆卸刚性套管。
5.根据权利要求1所述的热防护结构，其特征在于，所述外刚性套管完全覆盖所述内刚性套管与测量探头。
6.根据权利要求1所述的热防护结构，其特征在于，所述外刚性套管的内径大于测量探头的外径及内刚性套管的外径。
7.根据权利要求1所述的热防护结构，其特征在于，所述外刚性套管与内刚性套管的材质、热阻率及热膨胀系数相同。
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