CN107091696A - 真空炉测温装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空炉测温装置，应用于具有真空腔室的真空炉，所述真空炉测温装置包括：安装座；支架；直线驱动机构；波纹管，该波纹管的一端通过第一静密封结构固定安装在安装座上，另一端通过第二静密封结构固定安装在所述驱动端；以及热电偶，该热电偶的座端通过所述第二静密封结构装配在所述驱动端，该热电偶的本体则在过孔、安装孔以及中心孔所确定的方向上被直线驱动机构驱动而具有工作行程。依据本发明变动密封为静密封，从而提密封性能比较好。

Description

真空炉测温装置

技术领域

本发明涉及一种真空炉测温装置，具体是以热电偶为测温元件的真空炉测温装置。

背景技术

热电偶是真空炉主要的测温元件之一，其所测最高温度一般低于1800℃，若真空炉内温度高于这个温度，会使热电偶损坏或者寿命折损。

一般而言，真空炉上会配置多个测点，多个测点的测温元件可以采用相同的测温元件，例如都采用热电偶，也可以采用不同的测温元件，例如某些测点采用热电偶进行测温，某些测点采用红外测温元件。其中红外测温属于非接触式测温元件，从而可以测量更高的温度，但在更高的温度条件下，需要保证低温测温元件不受损伤，因此需要对低温测温元件进行保护。

目前，热电偶在真空炉上主要有两种装配方式，一种是热电偶固定安装在给定的测点，适用于所测最高温度低于热电偶测量范围高限的应用中；另一种则是通过滑动气密封结构将热电偶安装在给定测点，滑动方向为热电偶的轴向，当被测温度高于热电偶测量范围高限时，热电偶退出。但滑动密封不同于静密封，其密封能力有限，尤其是在较高的温度条件下，密封性能较好的动密封结构普遍不能使用，例如橡胶等密封元件，其适用范围一般都低于160℃，即便是高温橡胶密封元件，其最高适用范围也低于380℃。

中国专利文献CN103913248A即公开了一种热电偶的安装方式，其安装方式属于固定安装方式，气密封仅靠一个密封圈进行密封，即便是静密封，也不太容易能够保证密封能力，并且固定设置的热电偶并不能适应多种测温元件条件下的高温区时段对低温测温元件的保护问题。

中国专利文献CN105222914A提出了热电偶频繁拔插所产生的测试工装的密封性变差的问题，也对CN103913248A进行说论述，其改变主要体现在变热电偶与密封结构的配合为热电偶引线与密封固定结构的配合，但这并不能从根本上改变热电偶需要在高温时段退出的问题。

中国专利文献CN203772042U则公开了一种可拔插的测温装置，其将热电偶与气缸整体设计，通过气缸实现热电偶的拔插操作，但热电偶在可动的条件下，该专利文献所提供的密封结构是热电偶通过护套安装在接管内，用以实现动密封的结构是护套与接管的滑动配合，难以保证密封性能。

发明内容

有鉴于此，在热电偶可动的条件下，本发明变动密封为静密封，从而提供一种密封性能比较好的真空炉测温装置。

依据本发明的实施例，提供一种真空炉测温装置，应用于具有真空腔室的真空炉，其中，在真空腔室内设有保温室，并且保温室与真空腔室的内壁面间留有给定距离，在保温室给定的位置开有过孔，真空腔室对位于过孔的壁开有安装孔；所述真空炉测温装置包括：

安装座，固定安装在真空腔室上，并具有与安装孔对位的中心孔；

支架，固定安装在安装座上，并在过孔的轴向远离真空腔室悬伸；

直线驱动机构，安装在支架的悬伸端，且该直线驱动机构的驱动端与过孔相对；

波纹管，该波纹管的一端通过第一静密封结构固定安装在安装座上，另一端通过第二静密封结构固定安装在所述驱动端；以及

热电偶，该热电偶的座端通过所述第二静密封结构装配在所述驱动端，该热电偶的本体则在过孔、安装孔以及中心孔所确定的方向上被直线驱动机构驱动而具有工作行程。

上述真空炉测温装置，可选地，所述过孔位于保温室的侧面。

可选地，所述过孔有一对，并且相应的两过孔在上下方向排列；

相应的两热电偶共用一直线驱动机构。

可选地，所述直线驱动机构包括：

推板，为上下的条板，上端用于与位于上面的热电偶的座端连接，下端用于与位于下面的热电偶的座端连接；

输出构件，安装在推板上下方向的中间；以及

原动部分，用于驱动输出构件作直线运动。

可选地，所述直线驱动机构为配有所述输出构件的气缸，该输出构件为气缸的推杆。

可选地，还包括平行于直线驱动机构驱动方向的导引组件。

可选地，所述支架为龙门架，从而该支架具有：

边框，匹配两安装孔而各设有一个；

楣框，安装在边框悬伸的末端；

相应地，所述导引组件包括：

导套，固定安装在楣框上，导套的轴线平行于过孔轴线；

导杆，导引于所述导套，该导杆则固定安装在推板上。

可选地，一边框背离于另一边框的侧面设有加强板。

可选地，第一静密封结构和第二静密封结构为法兰配合密封件的装配结构。

可选地，第二静密封结构配置为：

在驱动端开有座孔，驱动端在座孔轴向的第一面与波纹管的法兰盘结合密封圈装配，第二面与热电偶的座结合密封圈装配。

依据本发明的实施例，在热电偶可动的方向上，通过波纹管将可动的热电偶与真空腔室所开孔间的动密封变成静密封，波纹管的变形适配热电偶的移动行程，在其使用寿命期间，静密封结构远比动密封密封级别高，并且容易构造，成本也比较低。

附图说明

图1为本发明一实施例中真空炉测温装置在真空炉上的配置结构主视图。

图2为相应于图1的俯视结构示意图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为图3的B部放大图。

图中：1.真空腔室，2.保温室，3.加热器，4.过孔，5.热电偶，6.安装座，7.支架，8.焊接波纹管，9.法兰，10.推板，11.导套，12.导杆，13.气缸，14.密封圈，15.安装孔，16.座。

具体实施方式

参照说明书附图1和2所示，大多数的真空腔室1大致是回转体结构，如图中所示的圆柱体结构，上下两端通过球冠封头封接，图中省略抽真空的配管结构。

图1所示的结构是一种立式结构，以其为基础设定以下参考系：

旋转体具有确定的轴线，从而例如图1中所示的过孔4为基于旋转体的径向孔，而例如支架7则是向真空腔室1离心侧悬伸。

两个过孔4的分布方向是上下方向，也是旋转体的轴线方向，或者说轴向。

另外，过孔4安装座的中心孔，以及在真空腔室1壁上开的安装孔应保持相对比较高的同轴度，可以表示为理想的同轴线。

真空炉的大致结构可见于附图1~3，其具有一个用以提供真空腔的壳体，即图中所示的真空腔室1，在真空腔内用于安放真空炉的炉体部分，如图中所示的保温室2以及加热部分，即加热器3。关于真空炉的配置，在真空炉技术领域是常规的配置，在此不再赘述。

在真空炉内，具有比较高的真空度，基于气体的热对流和热传导能够被有效抑制，真空炉内于其径向的温度梯度比较大，因此，在图1中，保温室2内的温度比较高，例如高于热电偶5的测量范围高限，但把热电偶5退出保温室2后，真空腔室1与保温室2间的空间的温度相对于保温室2内的温度有大幅的下降，而使热电偶5不致损坏。具体而言，发明人认为，热电偶5不必退出真空腔室1，只需要退出保温室2，并在真空腔室1与保温室2有一定的距离就可以不会被烧蚀。

一般而言，只要热电偶5从保温室2退出，就不会被烧蚀。

在具体的应用中，热电偶5的头部与保温室2之间的距离最好不小于50mm。

为消除机械接触所产生的热传导，尤其是保温室2与真空腔室1间的机械接触，两者保持一定的距离，如图1和3所示，图中可见，在真空腔室1的径向，两者保持一定的距离，这也给热电偶5在真空腔室1的径向提供了相对比较大的活动空间，该距离最好不小于150mm。

图1和图3中可见，保温室在其右侧壁开有两个过孔4，用于热电偶5经由该过孔4探入保温室2，过孔4直径比热电偶5的直径稍大即可，以减少热耗散。

过孔4还需要考虑驱动热电偶5的驱动装置的装配结构自身的装配误差，因此，过孔4也不宜过小，否则会热电偶5在探入到保温室2的过程中与保温室2产生干涉甚至抵触。

将过孔4设置在侧面为优选结构，在一些应用中，如果真空腔室1的下面存在相对比较大的安装空间时，过孔4可以开在保温室2的底部。

过孔4位于保温室2的底部时，热对流的影响比较大。

在一些实施例中，过孔4可以设置在如中国专利文献CN203772042U那样设置在保温室2的顶部，但过孔4位于保温室2的顶部，对流对热电偶5的影响更大，为最劣的选择。

过孔4的位置决定了热电偶5的位置，同时也决定了用于驱动热电偶5的驱动装置的位置。

热电偶5所需的运动形式是直线运动，因此，过孔4的位置也决定了热电偶5运动所适配的密封结构的位置。

具体地，首先是安装结构，具体是热电偶5的驱动装置的装配结构。图1中可见，热电偶5驱动装置的装配结构包括两个安装座6，安装座6固定安装在真空腔室1上，安装座6是一个套管件，其在真空腔室1上的安装可以采用可拆连接结构，例如螺纹连接，即在真空腔室1上开丝孔，安装座6具有外螺纹，可以在螺纹连接结构加入密封胶或者固体密封介质，例如生料带，实现可靠的连接。

安装座6与真空腔室1的连接结构可以采用不可拆连接，例如焊接。

如前所述，安装座6采用套管件，因此其具有内管孔，以下称内管孔为中心孔。

可以理解的是，作为安装座6并不必然采用套管件结构，其本质上应是带孔座体结构，所带的孔即前述的中心孔。

中心孔于过孔4最好同轴线，从而使整体结构更加紧凑。

基于所述安装座6进一步延伸出支架7，以提供热电偶5驱动装置的安装空间，尤其是提供变动密封为静密封的密封件的安装空间。

所提供的安装空间表现在真空腔室1的径向，那么支架7应向真空腔室1的离心方向悬伸或者具有在该方向上的分量，该方向也是过孔4的轴向。

提供热电偶5在过孔4轴向运动形式的是直线驱动机构，如前所述，支架7提供了直线驱动机构的安装空间，加以配置的，直线驱动机构安装在支架7的悬伸端，如图1中所示的支架7的右端。

相应地，所述直线驱动机构的驱动端与过孔4相对，可以理解的是，相对并不表示必然对正。

变动密封为静密封的关键在于采用了波纹管，如图1中所示的焊接波纹管8，焊接波纹管属于金属波纹管的一种，相对于塑料波纹管，其耐温性能更好。

波纹管在其轴向具有一定的调整能力，因此，可以平衡掉热电偶5的工作行程，从而不必产生热电偶5的动密封结构。

热电偶5的密封就转嫁到波纹管的装配密封上，波纹管的装配密封体现在其两端的装配密封，该波纹管的一端通过第一静密封结构固定安装在安装座6上，另一端通过第二静密封结构固定安装在所述驱动端。

静密封结构相对于动密封结构不仅成本比较低，而且密封效果比动密封结构好，并且非常容易构造密封级别比较高的密封结构。

尤其是对于真空腔室1，因真空腔室1具有比较高的真空度，对密封结构的密封能力要求比较高，动密封往往难以获得良好的密封能力，静密封则可以相对非常容易的实现真空腔室1给定真空度条件下所需要的密封。

波纹管提供了一个可以在过孔4轴向的伸缩孔间，将热电偶5纳入其中，当波纹管一端（如图1中的左端）位置确定后，跟随热电偶5运动的波纹管的另一端（如图1中的右端）可以将热电偶5有效的密封起来。

相应地，热电偶5的座端，如图1中所示的热电偶5的右端，通过所述第二静密封结构装配在所述驱动端，从而，如前段所述，热电偶5连同第二静密封结构被驱动端所驱动，而第一静密封结构的位置则相对固定，热电偶5的在能够运动的条件下，能够有效的形成密封。

当热电偶5被向左运动时，热电偶5测头探入过孔4，对保温室2进行测温，当测温完毕或者保温室2温度过高时，热电偶5复位，即回到图1所示的位置。

热电偶5的左止点和右止点限定了其工作行程，图1中所示的热电偶5的位置是处于右止点的位置，即原始位置，所述的复位即处于该原始位置。

所述工作行程由直线驱动机构实现，在机械领域，关于确定的止点控制，可以采用例如图1中所示的气缸13，也可以采用与气缸13相类似的其它流体缸。

可以理解的是，气缸13的特点是响应速度快，而例如液压缸，其响应速度则比较慢，不过液压缸工作相对比较平稳，不会产生比较大的刚性冲击。

直线运动形式的提供还可以采用例如齿轮齿条机构，止点控制可以采用行程限位来实现，还可以采用齿条段的长短来实现。

在一些实施例中，则可以采用螺纹副来实现，例如丝母丝杠机构，其控制精度比较高。

在一些实施例中，则可以采用例如曲柄滑块机构，滑块属于具有直线移动特征的构件，可以作为连接基体，连接杆件，杆件作为驱动端输出构件。

在一些实施例中，则可以采用凸轮机构，凸轮机构的从动件可以采用杆件，从动件的工作行程非常容易控制，即给定凸轮轮廓，从动件的运动形式即被确定。从动件的复位可以采用弹簧进行复位。

如前所述，支架7是悬伸部件，悬伸易产生挠曲变形，有鉴于此，当过孔4位于保温室2的侧面时，加以配置的支架7必然是单端固定的悬伸结构，为了减轻其变形，通常的做法是提高其自身刚度。

在优选的实施例中，则利用多点测温，形成相互之间的关系，从而相互支持，提高整体的刚度，而不是提高局部刚度，可以理解的是，也不排除局部刚度提高的手段。

图1所示的结构即为多点测温的简单应用，所述过孔4配有一对，即可以对两点进行测温，通过关联两点测温所配属的结构，对整体的刚度进行加强。基于此构思，即通过关联不同测点，使整体刚度得以加强的手段，本领域技术人员显然不限于两个测点之间的关联，也可以应用于多个测点间相关结构的关联，从而提高整体的刚度，因此也应当落入本发明的保护范围之内。

在图1和图3所示的结构中，两个过孔4在上下方向排列。

相应的，两热电偶5共用一直线驱动机构，那么所匹配的两个安装座6基于单一的直线驱动机构而被关联，换言之，直线驱动机构的机架至少在真空腔室1上具有两个连接点，使单一的支架单元互联而形成框架结构，使其整体的抗扭截面系数有大幅的加强，起到1+1＞2的效果，即整体刚度得以提高。

当两个过孔4所对应的热电偶5共用一个直线驱动机构时，驱动的原动件的作用点，应是两个或者热电偶5分布平面的型心，具体地：

所述直线驱动机构包括：

推板10，为上下的条板，上端用于与位于上面的热电偶5的座端连接，下端用于与位于下面的热电偶5的座端连接，使用推板10联集热电偶5的左端，或者说尾端，从而对热电偶5的驱动，变成对联集这些热电偶5的推板10的驱动。

输出构件，安装在推板10上下方向的中间，即前述的型心，如图1中，气缸13的推杆连接在推板10上下方向的中间。

原动部分，在直线驱动机构的原动件为气缸13的条件下，气缸13的活塞，以及缸体和配管即为原动部分。

气缸13等流体缸，其对轴向力具有比较好的导引性，但对垂直于其缸体的方向的力，则属于有害力，使气缸13的密封件产生偏磨，而容易失效。有鉴于此，需要对气缸13推杆的运动附加导引组件，从而配置平行于直线驱动机构驱动方向的导引组件。

在图1和图3所示的结构中，所述支架7为龙门架，从而该支架7具有：

边框，匹配两安装孔而各设有一个，为匹配图1中标号7所直接指引的部件，是与安装座6固定连接，或者一体结构，从而向外悬伸的部分。

楣框，安装在边框悬伸的末端，从而与两个边框形成龙门架。

相应地，所述导引组件包括：

导套11，固定安装在楣框上，导套11的轴线平行于过孔4轴线。

导杆12，导引于所述导套11，该导杆12则固定安装在推板10上。

如前所述，对于支架7，可以通过关联各个测点的子结构实现整体的加强，在一些实施例中，还可以进一步通过加强局部提高其刚度，如图3所示，一边框背离于另一边框的侧面设有加强板72。

图3中，主架体71即为前述的边框，对其加强通过在其侧面设置加强板72，加强板72与主架体71间焊接。

在图1和4所示的结构，波纹管优选焊接波纹管8，焊接波纹管的两端具有用于管接的法兰9，适配例如安装座7的套管结构，法兰连接容易构造出相对可靠地密封，加以适配的第一静密封结构和第二静密封结构均采用法兰配合密封件的装配结构。

法兰连接可拆性比较强，便于维护。

在图4所示的结构中，第二静密封结构配置为：

在驱动端开有座孔15，驱动端在座孔15轴向的第一面与波纹管的法兰盘结合密封圈14装配，第二面与热电偶5的座16结合密封圈14装配。

Claims (10)

1.一种真空炉测温装置，应用于具有真空腔室的真空炉，其中，在真空腔室内设有保温室，并且保温室与真空腔室的内壁面间留有给定距离，在保温室给定的位置开有过孔，真空腔室对位于过孔的壁开有安装孔；其特征在于，所述真空炉测温装置包括：

安装座，固定安装在真空腔室上，并具有与安装孔对位的中心孔；

支架，固定安装在安装座上，并在过孔的轴向远离真空腔室悬伸；

直线驱动机构，安装在支架的悬伸端，且该直线驱动机构的驱动端与过孔相对；

波纹管，该波纹管的一端通过第一静密封结构固定安装在安装座上，另一端通过第二静密封结构固定安装在所述驱动端；以及

热电偶，该热电偶的座端通过所述第二静密封结构装配在所述驱动端，该热电偶的本体则在过孔、安装孔以及中心孔所确定的方向上被直线驱动机构驱动而具有工作行程。

2.根据权利要求1所述的真空炉测温装置，其特征在于，所述过孔位于保温室的侧面。

3.根据权利要求1或2所述的真空炉测温装置，其特征在于，所述过孔有一对，并且相应的两过孔在上下方向排列；

相应的两热电偶共用一直线驱动机构。

4.根据权利要求3所述的真空炉测温装置，其特征在于，所述直线驱动机构包括：

推板，为上下的条板，上端用于与位于上面的热电偶的座端连接，下端用于与位于下面的热电偶的座端连接；

输出构件，安装在推板上下方向的中间；以及

原动部分，用于驱动输出构件作直线运动。

5.根据权利要求4所述的真空炉测温装置，其特征在于，所述直线驱动机构为配有所述输出构件的气缸，该输出构件为气缸的推杆。

6.根据权利要求4所述的真空炉测温装置，其特征在于，还包括平行于直线驱动机构驱动方向的导引组件。

7.根据权利要求6所述的真空炉测温装置，其特征在于，所述支架为龙门架，从而该支架具有：

边框，匹配两安装孔而各设有一个；

楣框，安装在边框悬伸的末端；

相应地，所述导引组件包括：

导套，固定安装在楣框上，导套的轴线平行于过孔轴线；

导杆，导引于所述导套，该导杆则固定安装在推板上。

8.根据权利要求7所述的真空炉测温装置，其特征在于，一边框背离于另一边框的侧面设有加强板。

9.根据权利要求1所述的真空炉测温装置，其特征在于，第一静密封结构和第二静密封结构为法兰配合密封件的装配结构。

10.根据权利要求9所述的真空炉测温装置，其特征在于，第二静密封结构配置为：

在驱动端开有座孔，驱动端在座孔轴向的第一面与波纹管的法兰盘结合密封圈装配，第二面与热电偶的座结合密封圈装配。