CN110411599A - 可重复使用的接触式液体内部温度测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可重复使用的接触式液体内部温度测量装置及测量方法，所述测量装置包括热电偶，所述热电偶的顶部设置有热电偶导线，所述热电偶的外侧设置有保护套管，所述保护套管的底部为封闭结构、顶部为开口结构，所述保护套管的顶部通过一管状的连接头与热电偶导线密封组件连接，所述热电偶导线的端部伸出热电偶导线密封组件，所述保护套管、连接头和热电偶导线密封组件之间形成用于放置热电偶的空腔，还包括排气系统用于排出空腔内的空气。本发明解决了现有钨铼热电偶不能重复使用、不能在氧化环境使用的问题。

Description

可重复使用的接触式液体内部温度测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及高温液体内部温度测量技术领域，具体涉及可重复使用的接触式液体内部温度测量装置及测量方法。

背景技术

高温液体内部温度测量一直是较为困难的事情。目前，高温体内部温度测量普遍采用钨铼热电偶，钨铼热电偶虽然测量温度范围达到了2300℃以上，但热电偶及护套不能用于氧化环境，在空气中会因为氧化造成失效。例如，在钢水测温领域，目前普遍采用的测温方式为：一次性消耗式快速钨铼热电偶。钨铼热电偶通过安装在测温枪上插入钢水中直接接触测量钢水温度，浸没时间不超过5s，且只能使用一次。

虽然钨铼热电偶能满足一定条件下的工业需求，但是远远满足不了关于钢水，或者更高熔点的化合物及反应堆熔融物相关的科学实验的测温需求，例如钢水注水冷却实验中，需要连续实时测量内部温度，以获注水冷却能力。

发明内容

本发明的目的在于提供可重复使用的接触式液体内部温度测量装置，解决现有钨铼热电偶不能重复使用、不能在氧化环境使用的问题。

此外，本发明还涉及上述测量装置的测量方法。

本发明通过下述技术方案实现：

可重复使用的接触式液体内部温度测量装置，包括热电偶，所述热电偶的顶部设置有热电偶导线，所述热电偶的外侧设置有保护套管，所述保护套管的底部为封闭结构、顶部为开口结构，所述保护套管的顶部通过一管状的连接头与热电偶导线密封组件连接，所述热电偶导线的端部伸出热电偶导线密封组件，所述保护套管、连接头和热电偶导线密封组件之间形成用于放置热电偶的空腔，还包括排气系统用于排出空腔内的空气。

本发明所述热电偶和热电偶导线为现有技术，所述保护套管为高熔点材质，其封闭端为接触测量端，厚度在保证密封强度条件下尽可能薄，保证良好的导热特性，所述热电偶导线密封组件采用现有密封组件，所述排气系统通过向空腔内导入惰性气体实现排空，所述连接头与保护套管、热电偶导线密封组件均为可拆卸式连接，便于更换保护套管。排气过程要维持较长时间，尽可能排空内部空气，使得装置内部建立惰性环境，防止热电偶氧化失效。

本发明通过设置高熔点材质的保护套管，与连接头、热电偶导线密封组件装配后，能够保证整个测温装置的密封性，避免测量是热电偶直接与液体接触，实现保护热电偶。

本发明通过设置排气系统，通过排气系统向测温装置内注入惰性气体，保证高温条件下热电偶不被氧化，防止热电偶氧化失效。

综上，本发明通过设置外层保护套管和内部惰化气体能够保证热电偶不氧化，在弱氧化环境下(水蒸气、二氧化碳)连续测量一定时间后，可通过更换外层保护套管实现测温装置重复使用，如此，本发明解决了现有钨铼热电偶不能重复使用、不能在氧化环境使用的问题。

本发明所述测量装置适用于弱氧化液体介质，在真空、惰性气体、还原性环境下可长期测量。

如果在弱氧化环境下使用，保护套管会被氧化。为防止保护套管因氧化泄漏，一定时间后可拔出测温装置，更换保护套管。由于测温装置很好的保护了高价值的热电偶，更换套管重新装配后可继续使用。

进一步地，排气系统包括进气嘴、排气嘴和输气管，所述输气管一端与进气嘴连通，另一端插入保护套管的底部。

进一步地，进气嘴、排气嘴设置在连接头的侧壁上。

上述设置便于更换保护套管。

进一步地，排气嘴上设置有压力缓冲罐。

压力缓冲罐能够防止测温装置内部气体升温后膨胀，导致压力过高，破坏整个测温装置的密封性。

进一步地，热电偶的外壁设置有热电偶外套圈，还包括弹簧，所述弹簧一端与热电偶外套圈接触，另一端与连接头的内壁连接，所述弹簧的压缩量大于保护套管的膨胀量。

热电偶外套圈与热电偶之间具有较强的摩擦力，热电偶外套圈不能在弹簧的最大弹力条件下滑动；弹簧的压缩长度必须大于保护套管在最高使用温度下的膨胀长度，在弹簧弹力作用下能够保证热电偶与保护套管的测温端头紧密接触，提高测量精度。

进一步地，连接头的内壁设置有环形凸起，所述环形凸起的底部设置有用于固定弹簧的固定槽。

进一步地，保护套管的底部设置有高导热金属块。

所述高导热金属块采用现有合金或金属块，具有高导热的优点，当热电偶与保护套管装配完成后，放入高导热金属块。

进一步地，高导热金属块为锡块。

所述锡块为现有技术，其熔点低，沸点高，且具有良好的导热特性，能够保证测温的精确性。

实际测温时将保护套管插入液体内部，锡块会熔化形成小熔池。在弹簧和锡池的作用下能够保证测温的精确性。

进一步地，连接头的下端嵌入保护套管连接密封组件内，顶端嵌入热电偶导线密封组件内。

一种可重复使用的接触式液体内部温度测量装置的测量方法，包括以下步骤：

1)、根据实际测温条件，确定保护套管的长度；

2)、根据测量的最高温度计算保护套管的膨胀量，根据膨胀量选取合适的弹簧，使得弹簧的压缩量大于保护套管的膨胀量；

3)、将热电偶外套圈套设在热电偶外壁后，将热电偶插入保护套管内，调整热电偶外套圈的位置，确保的弹簧的顶部能够固定在连接头内壁，然后依次装配连接头、热电偶导线密封组件，使保护套管、连接头和热电偶导线密封组件之间形成用于放置热电偶的空腔；

4)、通过排气系统向空腔内注入惰性气体，通过惰性气体将空腔内的空气排尽；

5)、空腔内部空气排尽后将保护套管插入待测液体中进行测量。

本发明所述保护套管的膨胀量的计算为现有技术。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过设置外层保护套管和内部惰化气体能够保证热电偶不氧化，在弱氧化环境下(水蒸气、二氧化碳)连续测量一定时间后，可通过更换外层保护套管实现测温装置重复使用，如此，本发明解决了现有钨铼热电偶不能重复使用、不能在氧化环境使用的问题。

2、本发明所述热电偶外套圈与弹簧配合使用，能够保证热电偶与保护套管的测温端头紧密接触；同时高导热金属块熔点低，沸点高，且具有良好的导热特性，能够保证测温的精确性。

3、本发明所述测温装置易于拆装，当保护套管能够在弱氧化环境下运行一段时间后，可快速更换保护套管，而内部高温热电偶可以重复使用，节约了成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明测量装置的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-热电偶导线密封组件，2-进气嘴，3-连接头，4-保护套管连接密封组件，5-保护套管，6-热电偶，7-输气管，8-热电偶导线，9-排气嘴，10-压力缓冲罐，11-弹簧，12-热电偶外套圈，13-高导热金属块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示，可重复使用的接触式液体内部温度测量装置，包括热电偶6，所述热电偶6的顶部设置有热电偶导线8，所述热电偶6的外侧设置有保护套管5，所述保护套管5的底部为封闭结构、顶部为开口结构，所述保护套管5的顶部通过一管状的连接头3与热电偶导线密封组件1连接，具体地，所述连接头3的下端嵌入保护套管连接密封组件4内，顶端嵌入热电偶导线密封组件1内，所述保护套管连接密封组件4为环状结构在，在环状结构的顶部设置有用于卡设连接头3的环形凹槽，所述热电偶导线8的端部伸出热电偶导线密封组件1，所述热电偶导线密封组件1具有双重密封作用，既能密封热电偶导线8，也能密封连接头3，保证不泄露，所述保护套管5、连接头3和热电偶导线密封组件1之间形成用于放置热电偶6的空腔，还包括排气系统用于排出空腔内的空气，具体地，所述排气系统包括进气嘴2、排气嘴9和输气管7，所述输气管7一端与进气嘴2连通，另一端插入保护套管5的底部，所述进气嘴2、排气嘴9设置在连接头3的侧壁上，所述进气嘴2、排气嘴9具有自密封性，通过热电偶导线密封组件1、保护套管密封连接组件4、进气嘴2、排气嘴9能够保证测温装置的密封性。

实施例2：

如图1所示，本实施例基于实施例1，所述排气嘴9上设置有压力缓冲罐10。

实施例3：

如图1所示，本实施例基于实施例1，所述热电偶6的外壁设置有热电偶外套圈12，还包括弹簧11，所述弹簧11一端与热电偶外套圈12接触(类似于中性笔的笔头)，另一端与连接头3的内壁连接，所述弹簧11的压缩量大于保护套管5的膨胀量；所述连接头3的内壁设置有环形凸起，所述环形凸起的底部设置有用于固定弹簧11的固定槽。

实施例4：

如图1所示，本实施例基于实施例1或实施例3，所述保护套管5的底部设置有高导热金属块13；所述高导热金属块13为锡块。

一种如实施例3所述可重复使用的接触式液体内部温度测量装置的测量方法，包括以下步骤：

1)、根据实际测温条件，确定保护套管5的长度；

2)、根据测量的最高温度计算保护套管5的膨胀量，根据膨胀量选取合适的弹簧11，使得弹簧11的压缩量大于保护套管5的膨胀量；

3)、将热电偶外套圈12套设在热电偶6外壁后，将热电偶6插入保护套管5内，调整热电偶外套圈12的位置，确保的弹簧11的顶部能够固定在连接头3内壁，然后依次装配连接头3、热电偶导线密封组件1，使保护套管5、连接头3和热电偶导线密封组件1之间形成用于放置热电偶6的空腔；

4)、通过排气系统向空腔内注入惰性气体，通过惰性气体将空腔内的空气排尽；

5)、空腔内部空气排尽后将保护套管5插入待测液体中进行测量。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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保护范围之内。

Claims (10)

1.可重复使用的接触式液体内部温度测量装置，包括热电偶(6)，所述热电偶(6)的顶部设置有热电偶导线(8)，其特征在于，所述热电偶(6)的外侧设置有保护套管(5)，所述保护套管(5)的底部为封闭结构、顶部为开口结构，所述保护套管(5)的顶部通过一管状的连接头(3)与热电偶导线密封组件(1)连接，所述热电偶导线(8)的端部伸出热电偶导线密封组件(1)，所述保护套管(5)、连接头(3)和热电偶导线密封组件(1)之间形成用于放置热电偶(6)的空腔，还包括排气系统用于排出空腔内的空气。

2.根据权利要求1所述的可重复使用的接触式液体内部温度测量装置，其特征在于，所述排气系统包括进气嘴(2)、排气嘴(9)和输气管(7)，所述输气管(7)一端与进气嘴(2)连通，另一端插入保护套管(5)的底部。

3.根据权利要求2所述的可重复使用的接触式液体内部温度测量装置，其特征在于，所述进气嘴(2)、排气嘴(9)设置在连接头(3)的侧壁上。

4.根据权利要求2所述的可重复使用的接触式液体内部温度测量装置，其特征在于，所述排气嘴(9)上设置有压力缓冲罐(10)。

5.根据权利要求1所述的可重复使用的接触式液体内部温度测量装置，其特征在于，所述热电偶(6)的外壁设置有热电偶外套圈(12)，还包括弹簧(11)，所述弹簧(11)一端与热电偶外套圈(12)接触，另一端与连接头(3)的内壁连接，所述弹簧(11)的压缩量大于保护套管(5)的膨胀量。

6.根据权利要求5所述的可重复使用的接触式液体内部温度测量装置，其特征在于，所述连接头(3)的内壁设置有环形凸起，所述环形凸起的底部设置有用于固定弹簧(11)的固定槽。

7.根据权利要求1所述的可重复使用的接触式液体内部温度测量装置，其特征在于，所述保护套管(5)的底部设置有高导热金属块(13)。

8.根据权利要求7所述的可重复使用的接触式液体内部温度测量装置，其特征在于，所述高导热金属块(13)为锡块。

9.根据权利要求1所述的可重复使用的接触式液体内部温度测量装置，其特征在于，所述连接头(3)的下端嵌入保护套管连接密封组件(4)内，顶端嵌入热电偶导线密封组件(1)内。

10.一种如权利要求5所述可重复使用的接触式液体内部温度测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、根据实际测温条件，确定保护套管(5)的长度；

2)、根据测量的最高温度计算保护套管(5)的膨胀量，根据膨胀量选取合适的弹簧(11)，使得弹簧(11)的压缩量大于保护套管(5)的膨胀量；

3)、将热电偶外套圈(12)套设在热电偶(6)外壁后，将热电偶(6)插入保护套管(5)内，调整热电偶外套圈(12)的位置，确保的弹簧(11)的顶部能够固定在连接头(3)内壁，然后依次装配连接头(3)、热电偶导线密封组件(1)，使保护套管(5)、连接头(3)和热电偶导线密封组件(1)之间形成用于放置热电偶(6)的空腔；

4)、通过排气系统向空腔内注入惰性气体，通过惰性气体将空腔内的空气排尽；

5)、空腔内部空气排尽后将保护套管(5)插入待测液体中进行测量。