CN107643131A - 一种热管式温度测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热管式温度测定装置及方法，包括：传热模块、温度测量模块和机械模块；方法包括如下步骤：(1)根据管道形状对于管道壁面和装置的相对位置进行初步的判断；(2)选取合适的位置利用热管弯曲底座，良好契合管道外壁，进行固定并做测量前的准备工作；(3)位置固定结束，伴随着热管快速进行热量传递过程；在传感器进行温度测量时，每次应在读数相对稳定时记录；(4)每次测量结束后，在连杆和加紧弹簧的共同作用下，改变装置的位置，测量管道外壁多处温度，综合反映管道内部流体状况。本发明不需要将测温装置插入管道内部进行测量，满足了当管道内部高温高压条件时，不利于开孔测量的情况，能够更加准确的反映管道温度情况。

Description

一种热管式温度测定装置及方法

技术领域

本发明涉及多点温度测量技术领域，尤其是一种热管式温度测定装置及方法。

背景技术

温度是生产工艺过程中最基本、最重要的控制参数之一，温度测量工作关系到生产条件的建立，产品的产量、质量、效率，以及生产设备的寿命与安全等。产业上常见的温度检测仪表主要有双金属温度计、热电偶、热电阻和辐射式温度计。要测定管道内部流体的温度一般可采用热电偶或热电阻装置，它可直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度值。但在实际工业生产中，存在如下情况：管道内部充满高温高压的流体，如温度大于500℃或是压力大于10.0MPa，在此条件下如若将管道壁开孔测温，会改变管道的热应力分布，存在不安全因素，因此无法将热电偶插入管道内部进行测温；又如，由于管道形状限制以及测温装置自身的局限性，同样存在不可开孔测量的情况。为了解决这些问题，亟需提出一种新的测温装置以及方法，在最小误差范围内，能够在管道外部测温，间接得出管道内部流体温度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种热管式温度测定装置及方法，能够在无法将测量仪器插入管道内部的情况下，通过测量管道壁面温度，从而反映出管道内部流体温度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种热管式温度测定装置，被测管道1是测量对象；装置包括：传热模块、温度测量模块和机械模块；传热模块包括柔性导热片2、保温材料3和热管4；温度测量模块包括测温杆8、金属导热衬套9、传感器插孔10、连接底座11和传感器12；机械模块包括支撑板5、加紧弹簧6和连杆7；热管4的侧面包有保温材料3，热管4的下部与被测管道1之间垫有柔性导热片2，热管4通过加紧弹簧6与支撑板5相互连接，支撑板5的外端又安装有连杆7，传感器12的测温杆8插入热管4上部的冷凝段之中，测温杆8与传感器插孔10连接处配合有金属导热衬套9，测温杆8上端在热管4顶部设有连接底座11，连接底座11的上面为传感器12。

优选的，热管4的下部为弯曲板状，上部为竖直形状，下部与上部分别为整个热管的蒸发段和冷凝段。

优选的，测温杆8与热管4端面上的传感器插孔10之间形成不超过0.5mm的配合间隙。

优选的，连接底座11为法兰盘。

优选的，传感器12通过导线与仪表相连，及时读出温度值。

相应的，一种热管式温度测定方法，包括如下步骤：

(1)测量开始前，根据管道形状对于管道壁面和装置的相对位置进行初步的判断；

(2)选取合适的位置利用热管4弯曲底座，良好契合管道外壁，进行固定并做测量前的准备工作；

(3)位置固定结束，伴随着热管4快速进行热量传递过程；在传感器12进行温度测量时，每次应在读数相对稳定时记录；

(4)每次测量结束后，在连杆7和加紧弹簧6的共同作用下，改变装置的位置，测量管道外壁多处温度，综合反映管道内部流体状况。

优选的，步骤(2)中，连杆7绕中心轴的转动，带动装置进行前后和上下位置的改变，使得热管4在壁面上进行滑动调整；加紧弹簧6依靠弹力作用，将装置固定在壁面之上；通过与连杆7的配合，增加装置对于管道壁面的压力。

优选的，步骤(3)中，因热管的传热在不断快速的进行，数据稳定在2～3秒的情况下即可读取。

本发明的有益效果为：本发明提出的一种热管式温度测量装置，与现有技术相比，不需要将测温装置插入管道内部进行测量，满足了当管道内部高温高压条件时，不利于开孔测量的情况；并且，热管温度稳定所需时间极短，可及时的反映出温度状况，在本装置的实现过程中，在热管侧面进行相应的保温处理，并且在热管与管道之间垫导热片，降低接触热阻，目的是降低测量误差，更加准确的反映管道温度情况。

附图说明

图1为本发明的装置具体结构示意图。

其中，1、被测管道；2、柔性导热片；3、保温材料；4、热管；5、支撑板；6、加紧弹簧；7、连杆；8、测温杆；9、金属导热衬套；10、传感器插孔；11、连接底座；12、传感器。

具体实施方式

如图1所示，一种热管式温度测定装置，被测管道1是测量对象；装置包括：传热模块、温度测量模块和机械模块；传热模块包括柔性导热片2、保温材料3和热管4；温度测量模块包括测温杆8、金属导热衬套9、传感器插孔10、连接底座11和传感器12；机械模块包括支撑板5、加紧弹簧6和连杆7；热管4的侧面包有保温材料3，热管4的下部与被测管道1之间垫有柔性导热片2，热管4通过加紧弹簧6与支撑板5相互连接，支撑板5的外端又安装有连杆7，传感器12的测温杆8插入热管4上部的冷凝段之中，测温杆8与传感器插孔10连接处配合有金属导热衬套9，测温杆8上端在热管4顶部设有连接底座11，连接底座11的上面为传感器12。

本发明包括以热管为核心的传热模块，以温度传感器为核心的温度测量模块，用于装置移动和固定作用的机械模块。其中，机械模块通过相关部件的运动，调整热管的位置，使之紧贴壁面，并很好的固定。传热模块和温度测量模块二者紧密相连，是整个装置功能实现的核心。

传热模块是基于热管传热这一原理进行工作的。热管一般分为蒸发段，绝热段和冷凝段三部分。介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程(即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热)，使得热量快速传导，直到热管两端温度相等，这种循环过程是快速进行的。在本发明中，热管被管道壁面加热，冷凝端温度快速稳定后，温度与下部受热端保持一致，并且可被热传感器进行读数。根据管道壁的实际情况，并且为了增加热管与管道壁面的接触面积，有利于传热：热管采用下半部分与管道壁配合的弯曲平板形状和上半部分竖直形状相结合的模式，下半部分与上半部分分别相当于整个热管的蒸发段和冷凝段。

热管下端与管道壁面之间，垫有相应形状的柔性导热片，目的降低壁面与热管导热时的接触热阻，使热管能及时准确地反映壁面温度。热管侧面包有保温材料，防止热管直接与空气接触时的热量散失，对于测量结果准确性产生影响。

温度测量模块是以温度传感器为核心。主要将温度传感器的测温杆插入热管冷凝端之中，并且将测温杆配合良好的金属导热衬套，使之与热管端面上的传感器插孔之间形成不超过0.5mm的配合间隙，不仅能够增强装置稳定性，还能够减少传感器与热管之间的接触热阻。温度传感器通过导线与仪表相连，及时读出温度值。

机械模块通过连接于支撑板上的加紧弹簧控制装置的左右移动以及固定；通过控制连杆的运动，控制装置的上下移动。装置在被固定的同时，紧贴壁面，增加压力从而减少热管与壁面传热之间的接触热阻。

测量开始前，应根据管道形状对于管道壁面和装置的相对位置有初步的判断，例如：管道的位置，管径，所测区域管道的形状。随后，选取合适的位置利用热管弯曲底座，良好契合管道外壁，进行固定并做测量前的准备工作。连杆7绕中心轴的转动，带动装置进行前后和上下位置的改变，使得热管4在壁面上进行滑动调整。加紧弹簧6依靠弹力作用，将装置固定在壁面之上。通过与连杆7的配合，如此工作，增加装置对于管道壁面的压力，起到固定装置和减少热管4与壁面之间的接触热阻的作用(增加压力，减小热管与管道接触面的接触热阻)。位置固定结束，伴随着热管4快速进行的热量传递过程。在传感器12进行温度测量时，每次应在读数相对稳定时记录，因热管的传热在不断快速的进行，数据稳定在2～3秒的情况下即可读取。每次测量结束后，还可在连杆7和加紧弹簧的共同作用下，改变装置的位置，测量管道外壁多处温度，综合反映管道内部流体状况。需要强调的是，利用本装置所进行测量的对象，是管道壁面外的温度(由于无法打孔直接测量管道内部流体温度)，与实际管道内部流体温度有一定的误差，本发明利用热管优良的导热性以及采取减小接触热阻和保温的措施，使得通过保温材料3的热阻远远大于热管4内部热阻，热管与管道壁面的接触热阻，以及流体内部传热热阻，因此从壁面到测温传感器的温降远远小于管道内部流体温度与壁面的温降，所测量壁面温度就尽可能接近管道内部流体温度，并且误差在可接受范围内。

本发明主要通过热管这一优良的导热元件，快速与热管壁面进行传热，供温度传感器进行测量，为更加准确及时地反映管道内部流体温度打下基础。本发明所涉及的温度测量装置主要适用于管道外壁温度的测量，与以往的测温装置相比，针对不允许开孔管道，对管内介质进行测温的状况。本发明利用减少热管与壁面接触热阻和外保温的措施，使得所测温度充分接近管道内部流体温度。装置安装简便、可便携，满足了进行多点测量的需求，是一种全新的温度测量方法。

尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。

Claims (8)

1.一种热管式温度测定装置，其特征在于，被测管道(1)是测量对象；装置包括：传热模块、温度测量模块和机械模块；传热模块包括柔性导热片(2)、保温材料(3)和热管(4)；温度测量模块包括测温杆(8)、金属导热衬套(9)、传感器插孔(10)、连接底座(11)和传感器(12)；机械模块包括支撑板(5)、加紧弹簧(6)和连杆(7)；热管(4)的侧面包有保温材料(3)，热管(4)的下部与被测管道(1)之间垫有柔性导热片(2)，热管(4)通过加紧弹簧(6)与支撑板(5)相互连接，支撑板(5)的外端又安装有连杆(7)，传感器(12)的测温杆(8)插入热管(4)上部的冷凝段之中，测温杆(8)与传感器插孔(10)连接处配合有金属导热衬套(9)，测温杆(8)上端在热管(4)顶部设有连接底座(11)，连接底座(11)的上面为传感器(12)。

2.如权利要求1所述的热管式温度测定装置，其特征在于，热管(4)的下部为弯曲板状，上部为竖直形状，下部与上部分别为整个热管的蒸发段和冷凝段。

3.如权利要求1所述的热管式温度测定装置，其特征在于，测温杆(8)与热管(4)端面上的传感器插孔(10)之间形成不超过0.5mm的配合间隙。

4.如权利要求1所述的热管式温度测定装置，其特征在于，连接底座(11)为法兰盘。

5.如权利要求1所述的热管式温度测定装置，其特征在于，传感器(12)通过导线与仪表相连，及时读出温度值。

6.一种热管式温度测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)测量开始前，根据管道形状对于管道壁面和装置的相对位置进行初步的判断；

(2)选取合适的位置利用热管(4)弯曲底座，良好契合管道外壁，进行固定并做测量前的准备工作；

(3)位置固定结束，伴随着热管(4)快速进行热量传递过程；在传感器(12)进行温度测量时，每次应在读数相对稳定时记录；

(4)每次测量结束后，在连杆(7)和加紧弹簧(6)的共同作用下，改变装置的位置，测量管道外壁多处温度，综合反映管道内部流体状况。

7.如权利要求6所述的热管式温度测定方法，其特征在于，步骤(2)中，连杆(7)绕中心轴的转动，带动装置进行前后和上下位置的改变，使得热管(4)在壁面上进行滑动调整；加紧弹簧(6)依靠弹力作用，将装置固定在壁面之上；通过与连杆(7)的配合，增加装置对于管道壁面的压力。

8.如权利要求6所述的热管式温度测定方法，其特征在于，步骤(3)中，因热管的传热在不断快速的进行，数据稳定在2～3秒的情况下即可读取。