CN114018423A - 一种热电偶三维温度场测量装置及其使用方法 - Google Patents

一种热电偶三维温度场测量装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种热电偶三维温度场测量装置，包括支架，支架呈环形，沿其自身圆周方向间隔地可拆卸连接有若干个测温部，测温部位于支架内侧，包括一个直线驱动机构和一个测温杆，测温杆包括呈L型连接的水平段和竖直段，水平段上间隔地设有多个热电偶，竖直段的下端通过转动机构与直线驱动机构可转动连接，转轴平行于支架的轴向；直线驱动机构用于驱动测温杆沿支架的径向移动；支架上还连接有支架运动机构。本发明还提供了一种前述热电偶三维温度场测量装置的使用方法。本发明的有益之处在于，可以实现对不同尺寸的三维温度场的测量，同时可以使热电偶在适当的位置避开中心超高温区，防止热电偶和测温杆超温受损。

Description

一种热电偶三维温度场测量装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及温度测量技术领域，尤其涉及一种热电偶三维温度场测量装置。
背景技术
在发动机、化工制造、等离子体装置等实用工业和民用生产领域中，针对燃烧室、反应室、高温腔等部件的三维温度场测量对优化结构设计和推动技术进步有着重要的作用。当前，对于温度场的测量主要有光学测量和热电偶测量两种方法。
光学测量方法包括平面瑞利散射法、相干反斯托克斯-拉曼散射法、分子光谱法等，其中平面瑞利散射法是通过待测区域内微小粒子对入射光的弹性散射来获得温度信息；相干反斯托克斯-拉曼散射法是一种基于三阶非线性拉曼散射的非线性光学效应，通过介质对单色光的拉曼散射获得浓度和温度等信息；分子光谱法则是利用光谱仪对温度场的光谱进行测量和分辨，与模型进行比较反推得到测点的温度。上述光学测量方法的操作系统复杂，需要光学窗口，且难以实现三维温度场测量。
热电偶法的应用较为广泛，单一热电偶可用于单点实时或一维时均温度测量，热电偶阵列则主要用于一维和二维实时或时均温度测量。然而当前缺乏能够实现可变截面式三维温度场测量的热电偶装置。公开号为CN213516067U的中国实用新型专利“一种真空炉冷却器测温装置”公开了一种具有三个自由度的单一热电偶测温装置，通过调节热电偶的位置获得不同位置的温度信息，但是该装置无法实现一维以上实时测量；公开号为CN112691503A的中国发明专利申请“一种安全高效便捷的循环吸附解吸工艺及吸附解吸塔”公开了将若干热电偶固定在若干带有刻度的固定棒上来定点测量气体的温度场的技术方案，但是该装置属于固定式热电偶阵列，无法实现对可变截面三维温度场的测量。公开号为CN212872264U的中国实用新型专利“一种催化剂水热老化装置”提出在温度场轴线上布置若干热电偶对水汽的温度进行测量，但是该装置只能测量温度场中心的温度，无法对三维温度场进行测量；公开号为CN209148173U的中国实用新型专利“一种用于测量环形燃烧室出口温度的热电偶集成装置”提出利用中心轴的转动，带动集成式热电偶测量环形燃烧室的出口温度，但是该装置由于安装中心轴，因此只能测量环形温度场，且对于同一截面，无法实现实时同步测量，存在一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热电偶三维温度场测量装置，以解决现有技术中存在的缺陷。
本发明提供了一种热电偶三维温度场测量装置，包括安装在待测燃烧器外侧的支架，所述支架呈环形，沿其自身圆周方向间隔地可拆卸连接有若干个测温部，所述测温部位于所述支架内侧，包括一个直线驱动机构和一个测温杆，所述测温杆包括呈L型连接的水平段和竖直段，所述水平段上间隔地设有多个热电偶，所述竖直段的下端通过转动机构与直线驱动机构可转动连接，转轴平行于所述支架的轴向；所述直线驱动机构用于驱动所述测温杆沿所述支架的径向移动，其与所述支架之间可拆卸连接；所述支架上还连接有支架运动机构，用于驱动所述测温杆沿待测温度场的轴向平移或围绕待测温度场的中心线转动。
优选地，所述直线驱动机构为气缸、液压缸或直线电机。
优选地，所述转动机构为步进电机或旋转气缸。
优选地，所述支架上间隔地开有多个安装孔，所述直线驱动机构与安装孔之间可拆卸连接。
优选地，所述待测温度场的轴向平行于所述支架的轴向。
优选地，所述测温杆周围还设有水冷装置。
本发明还提供了一种前述热电偶三维温度场测量装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、组装各部件，将支架和支架运动机构固定在待测温度场外，避开流体的出入口；
S2、待测温杆位于待测温度场内后，控制直线驱动机构，驱动测温杆沿待测温度场的径向平动，适应待测温度场中任一截面的尺寸；
S3、控制转动机构，转动测温杆，使测温杆上的多个热电偶沿该截面的径向分布，测量低温区的温度；
S4、控制支架运动机构，带动测温杆绕待测温度场的中心线转动，获得该截面内更完整的温度信息；
S5、控制支架运动机构，带动测温杆沿着待测温度场的轴向平移，获得待测温度场不同截面处的温度信息。
优选地，在所述S3中，当待测温度场高温区的温度超出热电偶的承受范围时，控制转动机构，转动测温杆，使热电偶避开高温区，直到热电偶处于合理的工作温度范围内。
本发明的有益之处在于，通过支架、支架运动机构、直线驱动机构、转动机构以及测温杆之间的配合，实现对不同尺寸的三维温度场的测量，同时可以使热电偶在适当的位置避开中心超高温区，防止热电偶和测温杆超温受损。
附图说明
图1是本发明热电偶三维温度场测量装置的结构示意图；
图2是本发明热电偶三维温度场测量装置的使用方法的S3中测温杆的两种形态示意图。
元件标号说明：
1 支架
2 直线驱动机构
3 转动机构
4 测温杆
41 测温杆形态一
42 测温杆形态二
5 热电偶
6 支架运动机构
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本发明提供了一种热电偶三维温度场测量装置，该装置包括安装在待测燃烧器(未示出)外侧的支架1，支架1呈环形，内部中空，可以避开待测燃烧器的流体出入口。沿支架1的自身圆周方向间隔地可拆卸连接有若干个测温部，测温部位于支架1内侧，包括一个直线驱动机构2和一个测温杆4。其中，测温杆4包括呈L型连接的水平段和竖直段，水平段沿水平方向延伸，其上间隔地设有多个热电偶5，竖直段竖直设置，其下端与直线驱动机构2之间通过转动机构3可转动连接，转轴即为竖直段的延伸方向，其平行于支架1的轴向。具体地，转动机构3的形式并不局限，可以为步进电机或旋转气缸等。直线驱动机构2用于驱动测温杆4沿支架1的径向移动，其与支架1之间可拆卸连接。在具体实施中，支架1上间隔地开有多个安装孔，直线驱动机构2与安装孔之间可拆卸连接。直线驱动机构2具体地为气缸、液压缸或直线电机等可以驱动测温杆4沿直线移动的设备。在测温杆4周围还设有水冷装置，水冷装置可以在高温环境中保护测温杆4和连接线束，避免过热导致的损坏。
在支架1上还连接有支架运动机构6，其用于驱动支架1和测温杆4沿待测温度场的轴向平移或围绕待测温度场的中心线转动。支架运动机构6可以为机械臂、直线驱动机构和转动驱动机构的组合或本领域常用的其他运动机构。为便于调节和测量，待测温度场的轴向平行于支架1的轴向。
结合图1和图2，本发明还提供了一种前述热电偶三维温度场测量装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、组装各部件，将支架1和支架运动机构6固定在待测温度场外，避开流体的出入口；
S2、待测温杆4位于待测温度场内后，控制直线驱动机构2，驱动测温杆4沿待测温度场的径向平动，适应待测温度场中任一截面的尺寸；
S3、控制转动机构3，转动测温杆4至测温杆形态一41，使水平段上的多个热电偶5沿该截面的径向分布，测量低温区的温度；当待测温度场高温区的温度超出热电偶5的承受范围时，控制转动机构3，转动测温杆4至测温杆形态二42，即水平段与该截面的径向之间具有一定夹角，使热电偶5避开高温区，直到热电偶5处于合理的工作温度范围内，测量待测温度场中温度更低的边缘区域，避免热电偶5和测温杆4超温受损；
S4、控制支架运动机构6，带动支架1和测温杆4绕待测温度场的中心线转动，并根据支架1上安装的测温杆4数量，完成多根测温杆4同步扫描或单根测温杆4扫描，进而完成同一截面内瞬态温度场的实时测量或同一截面内平均温度场的测量；
S5、控制支架运动机构6，带动支架1和测温杆4沿着待测温度场的轴向平移，获得待测温度场不同截面处的温度信息，进而得到完整的三维温度场。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种热电偶三维温度场测量装置，其特征在于，包括安装在待测燃烧器外侧的支架(1)，所述支架(1)呈环形，沿其自身圆周方向间隔地可拆卸连接有若干个测温部，所述测温部位于所述支架(1)内侧，包括一个直线驱动机构(2)和一个测温杆(4)，所述测温杆(4)包括呈L型连接的水平段和竖直段，所述水平段上间隔地设有多个热电偶(5)，所述竖直段的下端通过转动机构(3)与直线驱动机构(2)可转动连接，转轴平行于所述支架(1)的轴向；所述直线驱动机构(2)用于驱动所述测温杆(4)沿所述支架(1)的径向移动，其与所述支架(1)之间可拆卸连接；所述支架(1)上还连接有支架运动机构(6)，用于驱动所述测温杆(4)沿待测温度场的轴向平移或围绕待测温度场的中心线转动。
2.根据权利要求1所述的热电偶三维温度场测量装置，其特征在于，所述直线驱动机构(2)为气缸、液压缸或直线电机。
3.根据权利要求1所述的热电偶三维温度场测量装置，其特征在于，所述转动机构(3)为步进电机或旋转气缸。
4.根据权利要求1所述的热电偶三维温度场测量装置，其特征在于，所述支架(1)上间隔地开有多个安装孔，所述直线驱动机构(2)与安装孔之间可拆卸连接。
5.根据权利要求1所述的热电偶三维温度场测量装置，其特征在于，所述待测温度场的轴向平行于所述支架(1)的轴向。
6.根据权利要求1所述的热电偶三维温度场测量装置，其特征在于，所述测温杆(4)周围还设有水冷装置。
7.一种如权利要求1所述的热电偶三维温度场测量装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、组装各部件，将支架(1)和支架运动机构(6)固定在待测温度场外，避开流体的出入口；
S2、待测温杆(4)位于待测温度场内后，控制直线驱动机构(2)，驱动测温杆(4)沿待测温度场的径向平动，适应待测温度场中任一截面的尺寸；
S3、控制转动机构(3)，转动测温杆(4)，使测温杆(4)上的多个热电偶(5)沿该截面的径向分布，测量低温区的温度；
S4、控制支架运动机构(6)，带动测温杆(4)绕待测温度场的中心线转动，获得该截面内更完整的温度信息；
S5、控制支架运动机构(6)，带动测温杆(4)沿着待测温度场的轴向平移，获得待测温度场不同截面处的温度信息。
8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，在所述S3中，当待测温度场高温区的温度超出热电偶(5)的承受范围时，控制转动机构(3)，转动测温杆(4)，使热电偶(5)避开高温区，直到热电偶(5)处于合理的工作温度范围内。
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