CN115900520A - 一种用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头。包括外壳(5)，外壳内沿轴向依次设有陶瓷件(1)、陶瓷管(6)、金属套(7)和尾套(8)；陶瓷件(1)内设有电极(2)，电极(2)与电极引线(4)连接，电极引线(4)与中心芯线(14)连接，中心芯线(14)沿外壳(5)依次穿过陶瓷管(6)、金属套(7)后穿出外壳(5)；中心芯线(14)外由外至内依次包覆有外屏蔽层(10)、外绝缘层(11)、内屏蔽层(12)和内绝缘层(13)形成三同轴电缆；陶瓷件(1)头端与外壳(5)间还设置有过渡套(3)。本发明能够满足发动机高温、高振等恶劣环境下的叶尖间隙的实时准确监测。

Description

一种用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头。

背景技术

发动机叶尖间隙测量技术主要用于测量叶尖与机匣之间的间隙。发动机的叶尖间隙每增加叶片长度的1％，发动机效率降低1.5％，耗油量增加3％，全寿命费用增加约2.1％，对于实时准确监测叶尖间隙的技术需求迫切。

目前常见的发动机叶尖间隙测量方法为电容原理的测量系统，该系统主要由电容式传感器探头、三同轴矿物线缆、柔性线缆、信号采集和处理单元。但由于电容式传感器探头需要嵌入到发动机机匣上，所处环境的温度可达1300℃，并伴随高振动条件，因此电容式传感器探头容易出现芯线断裂问题，同时在生产中由于电极与陶瓷件、外壳与陶瓷件间高温焊接质量问题频发，导致在产品经受发动机的0℃-1300℃热震条件下，出现焊接密封失效等问题。

发明内容

本发明的目的是：提供了一种用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头。本发明能够满足发动机高温、高振等恶劣环境下的叶尖间隙的实时准确监测。

本发明的技术方案是：一种用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头，包括外壳，外壳内沿轴向依次设有陶瓷件、陶瓷管、金属套和尾套；陶瓷件内设有电极，电极与电极引线连接，电极引线与中心芯线连接，中心芯线沿外壳依次穿过陶瓷管、金属套后穿出外壳；中心芯线外由外至内依次包覆有外屏蔽层、外绝缘层、内屏蔽层和内绝缘层形成三同轴电缆；陶瓷件头端与外壳间还设置有过渡套。

前述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头中，所述的尾套与后尾套连接。

前述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头中，三同轴电缆为金属铠装双屏蔽线缆，内、外双绝缘层采用氧化镁填充，内、外屏蔽层选用耐高温、耐腐蚀性的不锈钢或纯镍材料，中心芯线与电极引线相连，进行信号输出。

前述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头中，陶瓷件由95氧化铝瓷制得，外壳由耐高温和耐腐蚀的镍基合金制得，过渡套由4J34可伐合金制得。

前述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头中，电极与陶瓷件的末端通过斜面防脱出结构配合，斜面防脱出结构处设置钎料预置槽用于钎料定位，采用真空钎焊或氢气保护焊实现斜面防脱出结构处的焊接密封。

前述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头中，三同轴线缆中的中心芯线在陶瓷管内部采用工装弯成半圆弧。

前述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头中，半圆弧的直径为3mm。

前述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头中，中心芯线端部与电极引线间采用激光焊或者电阻焊连接。

前述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头中，过渡套与陶瓷件间通过焊接固定，过渡套与陶瓷件的焊接面间隙配合尺寸精确控制在0.2mm-0.5mm。

前述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头中，陶瓷件与外壳间通过真空钎焊或氢气保护焊固定。

本发明的优点是：

1.由于陶瓷件与外壳膨胀系数相差较大，在经受发动机的0℃-1300℃热震条件下，出现焊接密封失效，本发明在陶瓷件与外壳的中间采用膨胀系数与陶瓷相同的过渡套，通过过渡套再与外壳进行金属间的激光焊，实现了电容式传感器探头内部膨胀系数梯度化设计，避免了应力集中，提高了产品的使用寿命；

2.由于三同轴线缆中心芯线与电极引线的直径很小(仅0.25mm)，强度低，在实际生产过程中，很容易受到外力而断裂，本发明采用了预制半圆弧的方式，中心芯线完成直径约3mm半圆弧用于缓解应力冲击，并且该半圆弧结构收到陶瓷管的保护，不易受生产影响，大大缓解了生产过程应力过大使芯线断裂问题，经本发明改进后，在生产过程中芯线断裂问题的发生率由30％降低至5％以下；

3.电极与陶瓷件的焊接端面一般采用直角面，容易因焊料流淌路径过长而出现焊缝填不实的问题，本发明将电极与陶瓷件焊接端面设计为斜面防脱出结构，设置钎料预置槽用于钎料定位，避免人工调整焊料位置，解决了焊接过程中焊料位置不固定导致流淌不均匀的问题，提高了生产效率和合格率，在实际生产过程中，生产合格率提高了30％以上。

经过本发明的以上改进后，电容式传感器探头的的使用寿命由初始的120h提升至250h以上，生产合格率提高了30％以上。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1。一种用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头，构成如图1所示：包括外壳5，外壳内沿轴向依次设有陶瓷件1、陶瓷管6、金属套7和尾套8；陶瓷件1内设有电极2，电极2与电极引线4连接，电极引线4与中心芯线14连接，中心芯线14沿外壳5依次穿过陶瓷管6、金属套7后穿出外壳5；中心芯线14外由外至内依次包覆有外屏蔽层10、外绝缘层11、内屏蔽层12和内绝缘层13形成三同轴电缆；陶瓷件1头端与外壳5间还设置有过渡套3。

所述三同轴电缆为金属铠装双屏蔽线缆，采用氧化镁作为内绝缘层10和外绝缘层11填充，外屏蔽层10、内屏蔽层12双屏蔽层分别选用不锈钢、纯镍等耐高温、耐腐蚀性材料，中心芯线14与电极引线4相连，进行信号输出；

陶瓷件1选用95氧化铝瓷，外壳5选用耐高温和耐腐蚀的镍基合金，陶瓷件1与外壳5设置过渡套3，过渡套3选用与陶瓷膨胀系数相匹配的4J34可伐合金，过渡套3与陶瓷件1的焊接面间隙配合尺寸精确控制在0.2mm-0.5mm范围内，采用真空钎焊或氢气保护焊实现陶瓷件1与过渡套3的高温钎焊，采用激光焊实现过渡套3与外壳5的密封，避免了在热震条件下，由于陶瓷与金属膨胀系数不匹配出现应力集中，导致焊接密封失效的问题。

电极2与陶瓷件1设计为斜面防脱出结构15，设置钎料预置槽16用于钎料定位，避免人工调整焊料位置，解决了焊接过程中焊料位置不固定导致流淌不均匀的问题，提高了生产效率和合格率，钎料采用熔点高于1300℃的Pt基钎料，采用真空钎焊或氢气保护焊实现焊接密封。

三同轴线缆采用特制工装依次剥除外屏蔽层10、外绝缘层11、内屏蔽层12、内绝缘层13，露出中心芯线14。

三同轴线缆中的中心芯线14在陶瓷管6内部采用工装弯成直径约为3mm的半圆弧17，端部与电极引线4采用激光焊或者电阻焊方式连接。这种方式能够在发动机环境温度急剧变化的条件下起到应力缓解作用，避免了中心芯线14与电极引线4断路。

外壳5与尾套8、尾套8与后尾套9、后尾套9与三同轴线缆采用激光焊接或者氩弧焊等方法实现电容式传感器探头的整体密封。

Claims (10)

1.一种用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头，其特征在于，包括外壳(5)，外壳内沿轴向依次设有陶瓷件(1)、陶瓷管(6)、金属套(7)和尾套(8)；陶瓷件(1)内设有电极(2)，电极(2)与电极引线(4)连接，电极引线(4)与中心芯线(14)连接，中心芯线(14)沿外壳(5)依次穿过陶瓷管(6)、金属套(7)后穿出外壳(5)；中心芯线(14)外由外至内依次包覆有外屏蔽层(10)、外绝缘层(11)、内屏蔽层(12)和内绝缘层(13)形成三同轴电缆；陶瓷件(1)头端与外壳(5)间还设置有过渡套(3)。

2.根据权利要求1所述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头，其特征在于，所述的尾套(8)与后尾套(9)连接。

3.根据权利要求1所述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头，其特征在于，三同轴电缆为金属铠装双屏蔽线缆，内、外双绝缘层采用氧化镁填充，内、外屏蔽层选用耐高温、耐腐蚀性的不锈钢或纯镍材料，中心芯线(14)与电极引线(4)相连，进行信号输出。

4.根据权利要求1所述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头，其特征在于，陶瓷件(1)由95氧化铝瓷制得，外壳(5)由耐高温和耐腐蚀的镍基合金制得，过渡套(3)由4J34可伐合金制得。

5.根据权利要求1所述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头，其特征在于，电极(2)与陶瓷件(1)的末端通过斜面防脱出结构(15)配合，斜面防脱出结构(15)处设置钎料预置槽(16)用于钎料定位，采用真空钎焊或氢气保护焊实现斜面防脱出结构(15)处的焊接密封。

6.如权利要求1所述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头，其特征在于，三同轴线缆中的中心芯线(14)在陶瓷管(6)内部采用工装弯成半圆弧(17)。

7.如权利要求6所述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头，其特征在于，半圆弧(17)的直径为3mm。

8.如权利要求1所述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头，其特征在于，中心芯线(14)端部与电极引线(4)间采用激光焊或者电阻焊连接。

9.如权利要求1所述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头，其特征在于，过渡套(3)与陶瓷件(1)间通过焊接固定，过渡套(3)与陶瓷件(1)的焊接面间隙配合尺寸精确控制在0.2mm-0.5mm。

10.如权利要求1所述的用于叶尖间隙测量的电容式传感器探头，其特征在于，陶瓷件(1)与外壳(5)间通过真空钎焊或氢气保护焊固定。

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