CN108414106A - 一种铸造模具用快速响应测温热电偶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸造用快速响应测温热电偶装置，包括两根热电偶丝，位于保护套管内，在热端通过金属接头连接，金属接头为圆台结构，纵截面为梯形，梯形中央为中空结构，金属接头与模具测温孔的接触部位为光滑的平面，同时模具测温孔中与金属接头的对应接触面也加工成光滑平面；所述的热电偶外设有包套，包套前端与模具接触部位的横截面为适应模具外表面轮廓的形状，包套前端与模具的接触面上设有密封材料；所述热电偶与包套后端连接驱动机构实现前进后退。本发明使模具升温后的热量迅速传导到热电偶，实现热电偶对温度的快速响应。保护热电偶金属接头的光滑接触面不受环境影响。金属接头与除热电偶丝之外的热电偶部件绝缘，避免了干扰。

Description

一种铸造模具用快速响应测温热电偶

技术领域

本发明属于铸造设备技术领域，尤其是涉及一种可快速响应的测温热电偶。

背景技术

热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在可测量的热电动势。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，或称测量端、热端，温度较低的一端为自由端，或称参比端、冷端。根据热电动势与温度的函数关系,，在自由端温度在0℃时的条件下得到热电偶分度表，不同的热电偶具有不同的分度表。如果热电偶的工作端与参比端存有温差时，显示仪表会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。热电偶的热电动热将随着测量端温度升高而增长，它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关。

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。常用热电偶型号热电偶分度号热电极材料使用温度(℃)为：S：铂铑合金(铑含量10％)，纯铂0-1600℃；R：铂铑合金(铑含量13％)，纯铂0-1600℃；B：铂铑合金(铑含量30％)，铂铑合金(铑含量6％)0-1800℃；K：镍铬镍硅0-1300℃；T：纯铜铜镍0-350℃；J：铁铜镍0-+500℃；N：镍铬硅镍硅0-+800℃；E：镍铬铜镍0-600℃。

在现代化的铸造生产中，采用低压、差压、挤压等反重力铸造方法时，在模具预热、充型凝固、冷却过程中，对控温的精确性提出了很高的要求，而精确控温的前提是测温系统能够针对模具或熔体温度做出快速响应，并反馈到控制系统。而铸件的充型凝固非常快(充型通常在几秒内完成，凝固在几十秒内完成)。因而对测温系统的响应时间提出了更高的要求。目前工业测温用的热电偶，其基本构造包括热电偶丝材、绝缘管、保护管和接线盒等，热电偶丝在热端焊接形成测温结点，后端分别连接补偿端，热电偶丝装于绝缘材料填充的密封套管内，测量时，套管外端通常还设有保护管，将金属套管前段接触被测物体，被测物体的高于金属套管温度时，热量以被测物体—套管—绝缘材料(或空气)—测温结点的顺序传导，使测温结点达到与被测物体相同的温度，然后进行测量，该过程中，由于热量经过金属套管和绝缘材料(或空气)需要一定的时间，尤其是绝缘材料或空气的热导率很低，因此造成现有的铠装热电偶响应慢，根据文献记载，传统的热电偶通常的响应时间在10秒以上，无法满足现代化铸造生产的测温和控温要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种铸造用快速响应测温热电偶装置。

本发明完整的技术方案包括：

一种铸造用快速响应测温热电偶装置，包括两根热电偶丝，两根热电偶丝所用材料不同，热电偶丝位于保护套管内，套管内填充有绝缘材料，两根热电偶丝在热端通过金属接头连接，金属接头和套管之间有绝缘垫，其特征在于：

所述金属接头为圆台结构，纵截面为梯形，其中梯形的上底面与两腰面为与模具的接触面，两腰和上底的连接处采用圆角过渡，梯形中央为中空结构，金属接头与模具测温孔的接触部位为光滑的平面，同时模具测温孔中与金属接头的对应接触面也加工成光滑平面；

所述的热电偶外设有包套，所述包套与热电偶的距离为3-5cm，并且包套靠近金属接头的前端部分扩大，包套前端与模具接触部位的横截面为适应模具外表面轮廓的形状，包套前端与模具的接触面上设有密封材料；

所述热电偶与包套后端连接驱动机构实现前进后退。

所述的热电偶装置用于具有水冷或水雾冷机构的铸造装置。

所述金属接头与模具测温孔的接触面的粗糙度均为Ra0.2-Ra0.5。

所述热电偶与包套的驱动机构与模具的驱动机构实现同步前进后退。

包套的前端开口设有封盖，在模具开模过程中，封盖关闭。

本发明相对于现有技术的优点在于：采用平面接触方式，增大了被测模具与热电偶之间的的接触面积，可以完全避免接触面上被污染或气隙影响模具和热电偶之间的传热，使模具升温后的热量迅速传导到热电偶，实现热电偶对温度的快速响应。在热电偶外施加的包套，和封盖，保护热电偶金属接头的光滑接触面不受环境影响。金属接头与除热电偶丝之外的热电偶部件绝缘，避免了干扰。

附图说明

图1为本发明的快速响应测温热电偶结构示意图。

图中：1-套管，2-绝缘材料，3-热电偶丝，4-绝缘垫，5-金属接头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明公开的快速响应热电偶，包括两根热电偶丝3，两根热电偶丝所用材料分别为NiCr合金和NiSi合金，热电偶丝位于保护套管1内，套管内填充有绝缘材料2，两根热电偶丝在热端通过金属接头5连接，金属接头和套管之间有绝缘垫4。

在测温时，如对铝合金低压铸造的模具进行测温，金属接头直接插入模具的测温孔中与模具壁接触，测温时热量通过模具壁直接传导到金属接头，此时金属接头与模具壁的接触点即相当于热电偶的热端或测温结点，此过程中，需要使金属接头的温度快速达到与模具测温孔相同的温度，因而需要实现模具外壁和金属接头之间的快速换热。根据传热原理，传热过程中两者的接触面积、接触面上的光滑程度、中间存在的气隙等，均对传热有重要的影响，传统热电偶在测温时，通常采用套管与被测物点接触，而在复杂的工作环境下，接触点很容易被环境中的灰尘或水汽覆盖，在模具和套管之间形成热障层，使套管接触点不能迅速升降温。而由于接触点与测温结点之间还存在绝缘材料和气体，热量传导到测温结点的时间更长，导致了热电偶热端不能迅速升到与模具相同的温度。本发明为了提高热电偶的响应时间，在金属接头的最前端，即与模具的接触部位加工成光滑的圆台平面结构，同时模具上与热电偶的对应接触面也加工成光滑平面，表面的粗糙度Ra0.2-Ra0.5，扩大了接触面积，可以完全避免接触面上被污染或气隙影响模具和热电偶之间的传热，使模具升温后的热量迅速传导到热电偶，实现热电偶对温度的快速响应。

一种优选的方案为，金属接头整体纵截面设计为梯形形状，其中梯形的上底面与两腰面为与模具的接触面，表面的粗糙度同样为Ra0.2-Ra0.5。两腰和上底的连接处采用圆角过渡，以降低温度变化时该处的应力，提高寿命，并防止由于温度变化引起的膨胀收缩导致变形使接触面不能严密贴合。

更优选的方案为：梯形的中间为中空结构，从而显著减少了金属接头的体积，使接头能在极短时间内达到与模具相同的温度。

同时，由于在低压差压等铸造过程中，工作环境比较恶劣，在测温控温存在于整个铸造过程，需要热电偶对整个过程进行连续测温，同时在充型凝固过程还要对模具进行水冷或水雾冷却，因而不可避免地会有水汽尘土等对热电偶造成影响，由于本发明的热电偶接触面采用光滑表面，因而水汽尘土等沾染将会严重降低接触面的热传导效率，导致响应时间延长，并降低了热电偶的寿命，同时水雾喷到热电偶金属接头上会降低其温度，降低了测量精度。因此在此基础上，本发明设计了在热电偶外施加的包套，该包套设于热电偶外，与热电偶的距离为3-5cm，并且包套靠近金属接头的前端部分扩大，前端与模具接触的横截面设计为适应模具外表面轮廓的形状。与模具的接触面上设有密封材料，以提高保护效果。

热电偶、包套与模具采用同步的驱动机构，实现同步前进后退。在铸造过程中涉及到多次开合模等动作，工作环境复杂，同时由于热电偶为杆状部件，不可避免地会产生摆动，使用次数过多时，金属保护套管容易产生变形，导致前端金属接头不能准确进入测温孔，为解决上述问题，本发明的热电偶保护套管采用氧化铝材质，由于氧化铝为陶瓷，其几乎没有塑性或弹性变形能力，可以保证在使用过程中不发生变形，提高了测温的准确性。

同时由于模具合模、热电偶和包套前进后退分别进行，因此一旦热电偶不能准确进入测温孔，将影响铸造生产过程，造成该炉产品报废，为避免此类现象发生，优选地在热电偶和热电偶驱动机构的安装面上设有压力传感器，在热电偶前进过程中，如果没有进入测温孔，则将处在模具外壁，此时产生较大压力，压力传感器将压力值传送给PLC控制器，当压力大于临界值时，认为此时热电偶没有准确定位，此时发生报警，停车检查。

一个优选的方案是，包套的前端开口设有封盖，在开模过程中，封盖关闭，保护热电偶金属接头的光滑接触面不受环境影响。

铸造过程测温时，首先铸造模具合模，驱动机构带动热电偶和包套前进，包套前端贴紧模具表面，热电偶金属接头抵住模具的测温孔，接触面相互贴合。随后热电偶金属接头由于与模具测温孔之间的温度差导致热量传导，从而使金属接头温度上升或下降，在两根电偶丝之间产生电势差，对温度及时响应。金属接头与除热电偶丝之外的热电偶部件绝缘，避免了干扰。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种铸造用快速响应测温热电偶装置，包括两根热电偶丝，两根热电偶丝所用材料不同，热电偶丝位于保护套管内，套管内填充有绝缘材料，两根热电偶丝在热端通过金属接头连接，金属接头和套管之间有绝缘垫，其特征在于：

所述金属接头为圆台结构，纵截面为梯形，其中梯形的上底面与两腰面为与模具的接触面，两腰和上底的连接处采用圆角过渡，梯形中央为中空结构，金属接头与模具测温孔的接触部位为光滑的平面，同时模具测温孔中与金属接头的对应接触面也加工成光滑平面；

所述的热电偶外设有包套，所述包套与热电偶的距离为3-5cm，并且包套靠近金属接头的前端部分扩大，包套前端与模具接触部位的横截面为适应模具外表面轮廓的形状，包套前端与模具的接触面上设有密封材料；

所述热电偶与包套后端连接驱动机构实现前进后退。

2.根据权利要求1所述的一种铸造用快速响应测温热电偶装置，其特征在于，所述的热电偶装置用于具有水冷或水雾冷机构的铸造装置。

3.根据权利要求1或2所述的一种铸造用快速响应测温热电偶装置，其特征在于，所述金属接头与模具测温孔的接触面的粗糙度均为Ra0.2-Ra0.5。

4.根据权利要求1或3所述的一种铸造用快速响应测温热电偶装置，其特征在于，所述热电偶与包套的驱动机构与模具的驱动机构实现同步前进后退。

5.根据权利要求1或4所述的一种铸造用快速响应测温热电偶装置，其特征在于，包套的前端开口设有封盖，在模具开模过程中，封盖关闭。

6.根据权利要求1或4所述的一种铸造用快速响应测温热电偶装置，其特征在于，所述的热电偶保护套管为氧化铝材质。

7.根据权利要求1或4所述的一种铸造用快速响应测温热电偶装置，其特征在于，热电偶和热电偶驱动机构的安装面上设有压力传感器，压力传感器将压力值传送给PLC控制器。