CN117647320A - 一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于温度传感器领域，涉及一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，包括铠装热电偶组件、接线盒组件和接插件，所述的铠装热电偶组件以及接插件连接在接线盒组件上，所述的铠装热电偶组件包括外壳以及测温探头，所述的外壳一端连接测温探头，另一端与接线盒组件连接，所述的外壳内部设置若干氧化镁瓷柱，氧化镁瓷柱之间填充氧化镁粉，氧化镁瓷柱内部设置感温元件，所述的感温元件一端设置在测温探头内，另一端与接插件连接，本发明针对发动机腔体温度测量恶劣工况环境下多支双余度热电偶温度传感器绝缘性能要求，进行封装设计，同时满足超高温工况复杂工作环境的适应性需求，以及客户对传感器系统测温可靠性的需求。

Description

一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构

技术领域

本发明属于温度传感器领域，涉及到为提高传感器的绝缘性能而进行的封装设计，尤其涉及一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构。

背景技术

热电偶温度传感器主要用于腔体及管路内气体、蒸汽或液体等介质的温度测量，主要应用于发动机燃气温度测量等领域，该领域工作温度高，工作环境复杂，对传感器的稳定性能有较高要求。同时多支双余度热电偶温度传感器，往往需要同时检测发动机腔体内多点温度，整体结构为异型件，结构复杂，整体结构密封要求高，因而在传感器设计过程中需要严格进行密封设计，从而保证传感器绝缘性能。

发明内容

本发明的目的是：提供一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，针对发动机腔体温度测量恶劣工况环境下多支双余度热电偶温度传感器绝缘性能要求，进行封装设计，同时满足超高温工况复杂工作环境的适应性需求，以及客户对传感器系统测温可靠性的需求。

本发明的技术方案是：

一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，其特征在于，包括铠装热电偶组件、接线盒组件和接插件，所述的铠装热电偶组件以及接插件连接在接线盒组件上，所述的铠装热电偶组件包括外壳以及测温探头，所述的外壳一端连接测温探头，另一端与接线盒组件连接，所述的外壳内部设置若干氧化镁瓷柱，氧化镁瓷柱之间填充氧化镁粉，氧化镁瓷柱内部设置感温元件，所述的感温元件一端设置在测温探头内，另一端与接插件连接。

进一步，所述的感温元件包括K型热电偶合金丝，K型热电偶合金丝通过补偿导线与接插件连接，K型热电偶合金丝将测温探头测量的温度信号转化为电压信号，再通过补偿导线输出到接插件上。

进一步，氧化镁瓷柱之间填充纯度不低于96％的氧化镁粉，既能保证产品的绝缘性能，又能保证温度的传递。

进一步，所述的外壳与测温探头一体化设计，提升测温探头的绝缘性能。

进一步，所述的外壳与接线盒组件通过冷端套连接，铠装热电偶组件的外壳与冷端套采用激光焊接方式连接，接线盒组件与冷端套采用激光焊接方式连接。

进一步，冷端套内部进行分段灌封，冷端套与铠装热电偶组件的外壳连接处采用玻璃粉封装，与接线盒组件连接处采用高温硅橡胶封装，有效提升了产品的绝缘性能。

进一步，所述的测温探头外部设置有GH3128高温合金材料制成的安装法兰。

进一步，安装法兰与外壳、接线盒组件与接插件之间均采用激光焊连接固定。

进一步，所述的接线盒组件内部填充硅橡胶，K型热电偶合金丝与补偿导线通过接线盒组件的硅橡胶密封和固定，同时，在K型热电偶合金丝与补偿导线焊接处采用玻璃烧结的方式进行保护。

进一步，安装法兰上设置紫铜垫片。

本发明的优点是：

本发明属于温度传感器领域，涉及到为提高传感器的绝缘性能而进行的系统设计；热电偶温度传感器主要用于腔体及管路内气体、蒸汽或液体等介质的温度测量，主要应用于发动机燃气温度测量等领域，该领域工作温度高，工作环境复杂，对传感器的稳定性能有较高要求。同时多支双余度热电偶温度传感器，往往需要同时检测发动机腔体内多点温度，整体结构为异型件，结构复杂，整体结构密封要求高，因而在传感器设计过程中需要严格进行密封设计，从而保证传感器绝缘性能。具有较大的实际应用价值。

具体优点：

(1)设计出绝缘性能良好的铠装热电偶组件；铠装热电偶组件的感温元件为K型热电偶合金丝，每个铠装热电偶组件内有两个K型热电偶合金丝回路，K型热电偶合金丝回路之间通过镁合金瓷柱封装，为保证K型热电偶合金丝和外壳之间的绝缘，选用纯度不低于96％的氧化镁粉进行填充，既能保证产品的绝缘性能，又能保证温度的传递。铠装热电偶测温探头与整个热电偶采用一体化设计，有效提升了测温部位的绝缘性能。铠装热电偶组件与接线盒连接位置设置有冷端套结构，热电偶与冷端套、冷端套与接线盒都采用激光焊接方式连接，同时在冷端套中分段进行灌封，冷端套与热电偶连接处采用玻璃粉封装，后端与接线盒连接处采用高温硅橡胶封装，有效提升了产品的绝缘性能。整体结构件包括外壳和安装法兰选用GH3128高温合金材料，安装法兰与外壳采用激光焊连接固定，可保证连接强度和整体密封性；

(2)传感器整体采用全焊接的密封结构设计，其中安装法兰与热电偶外壳、热电偶外壳与冷端套、冷端套与接线盒、接线盒组件与接插件都是用激光填料焊接，焊接材料都使用结构件同种焊料，保证了连接强度和整体密封性能；

(3)针对传感器实际使用工况，选用能耐受高温的硅橡胶密封，对补偿导线进行固定，同时对补偿导线与接插件的焊点进行保护，有效提升了绝缘性能；

(4)传感器安装法兰实际安装时，安装法兰与发动机机匣间设置紫铜垫片，通过试验验证，可满足客户要求的气密性要求，避免了高温介质泄漏对传感器的损伤，保证了整体密封性能。

本发明的传感器封装结构的绝缘性能稳定，高温寿命试验后两通道绝缘性能可达到50000MΩ，满足产品绝缘性能；本传感器封装结构的环境适应能力强，由于采用温度探头一体化设计，并设计安装卡口和支座结构，能够与发动机机匣安装，同时能够满足高温、低温、振动试验的考核。

附图说明

图1是本发明超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构的工作原理图；

图2是K型热电偶合金丝结构原理图；

图3是本发明超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构的结构示意图；

图4是接线盒组件内部结构示意图；

图5是感温元件剖视图；

图6是本发明超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构测量机匣腔体内部介质温度的示意图。

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。

提供一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，包括铠装热电偶组件、接线盒组件和接插件，所述的铠装热电偶组件以及接插件连接在接线盒组件上，所述的铠装热电偶组件包括外壳以及测温探头，所述的外壳一端连接测温探头，另一端与接线盒组件连接，所述的外壳内部设置若干氧化镁瓷柱，氧化镁瓷柱之间填充氧化镁粉，氧化镁瓷柱内部设置感温元件，所述的感温元件一端设置在测温探头内，另一端与接插件连接。

在本实施例中，铠装热电偶组件有四个，分别为铠装热电偶组件1～铠装热电偶组件4，可以同时对多个测量部位进行测量。

在本实施例中，所述的感温元件包括K型热电偶合金丝，K型热电偶合金丝通过补偿导线与接插件连接，K型热电偶合金丝将测温探头测量的温度信号转化为电压信号，再通过补偿导线输出到接插件上，氧化镁瓷柱之间填充纯度不低于96％的氧化镁粉，既能保证产品的绝缘性能，又能保证温度的传递。每个铠装热电偶组件内有两个K型热电偶合金丝回路，K型热电偶合金丝回路之间通过镁合金瓷柱封装，为保证K型热电偶合金丝和外壳之间的绝缘，选用纯度不低于96％的氧化镁粉进行填充，既能保证产品的绝缘性能，又能保证温度的传递。

在本实施例中，所述的外壳与测温探头一体化设计，提升测温探头的绝缘性能。

在本实施例中，所述的外壳与接线盒组件通过冷端套连接，铠装热电偶组件的外壳与冷端套采用激光焊接方式连接，接线盒组件与冷端套采用激光焊接方式连接，安装法兰与外壳、接线盒组件与接插件之间均采用激光焊连接固定；焊接材料都使用结构件同种焊料，保证了连接强度和整体密封性能。

在本实施例中，冷端套内部进行分段灌封，冷端套与铠装热电偶组件的外壳连接处采用玻璃粉封装，与接线盒组件连接处采用高温硅橡胶封装，有效提升了产品的绝缘性能。

在本实施例中，所述的测温探头外部设置有GH3128高温合金材料制成的安装法兰，保证测温探头的耐高温性能，可保证连接强度和整体密封性。

在本实施例中，所述的接线盒组件内部填充硅橡胶，K型热电偶合金丝与补偿导线通过接线盒组件的硅橡胶密封和固定，同时，在K型热电偶合金丝与补偿导线焊接处采用玻璃烧结的方式进行保护。

在本实施例中，安装法兰上设置紫铜垫片，满足客户要求的气密性要求，避免了高温介质泄漏对传感器的损伤，保证了整体密封性能。

本发明的另一个实施例是：

提出一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，传感器整体机构包括铠装热电偶组件、接线盒组件和接插件。如图1所示，所述的铠装热电偶组件的主要作用是感受管路内部介质温度，并通过K型热电偶合金丝将温度信号转化为电压信号，再通过补偿导线输出到接插件上，同时对K型热电偶合金丝进行保护；接线盒组件用于连接铠装热电偶组件和接插件，起到支撑连接作用；接插件壳体为不锈钢壳体，通过激光焊接固定在安装座上，输出与测量温度成比例的电压信号。

为提高温度传感器的绝缘性能，传感器进行了以下几方面的优化设计。

(1)设计出绝缘性能良好的铠装热电偶组件。铠装热电偶组件的感温元件为K型热电偶合金丝，每个铠装热电偶组件内有两个K型热电偶合金丝回路，如图2所示，K型热电偶合金丝采用镍铬合金丝制成，为保证K型热电偶合金丝和外壳之间的绝缘，选用纯度不低于96％的氧化镁粉进行填充，既能保证产品的绝缘性能，又能保证温度的传递。铠装热电偶测温探头与整个热电偶采用一体化设计，有效提升了测温部位的绝缘性能。铠装热电偶组件与接线盒连接位置设置有冷端套结构，热电偶与冷端套、冷端套与接线盒都采用激光焊接方式连接，同时在冷端套中分段进行灌封，冷端套与热电偶连接处采用玻璃粉封装，后端与接线盒连接处采用高温硅橡胶封装，有效提升了产品的绝缘性能。整体结构件包括外壳和安装法兰选用GH3128高温合金材料，安装法兰与外壳采用激光焊连接固定，可保证连接强度和整体密封性；

(2)传感器整体采用全焊接的密封结构设计，其中安装法兰与热电偶外壳、热电偶外壳与冷端套、冷端套与接线盒、接线盒组件与接插件都是用激光填料焊接，焊接材料都使用结构件同种焊料，保证了连接强度和整体密封性能；

(3)针对传感器实际使用工况，选用能耐受高温的硅橡胶密封垫进行密封，对补偿导线进行固定，同时对补偿导线与接插件的焊点进行保护，有效提升了绝缘性能；

(4)传感器安装法兰实际安装时，法兰与发动机机匣间设置紫铜垫片结构，通过试验验证，可满足客户要求的气密性要求，避免了高温介质泄漏对传感器的损伤，保证了整体密封性能。

Claims (10)

1.一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，其特征在于，包括铠装热电偶组件、接线盒组件和接插件，所述的铠装热电偶组件以及接插件连接在接线盒组件上，所述的铠装热电偶组件包括外壳以及测温探头，所述的外壳一端连接测温探头，另一端与接线盒组件连接，所述的外壳内部设置若干氧化镁瓷柱，氧化镁瓷柱之间填充氧化镁粉，氧化镁瓷柱内部设置感温元件，所述的感温元件一端设置在测温探头内，另一端与接插件连接。

2.根据权利要求1所述的一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，其特征在于，所述的感温元件包括K型热电偶合金丝，K型热电偶合金丝通过补偿导线与接插件连接，K型热电偶合金丝将测温探头测量的温度信号转化为电压信号，再通过补偿导线输出到接插件上。

3.根据权利要求2所述的一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，其特征在于，氧化镁瓷柱之间填充纯度不低于96％的氧化镁粉。

4.根据权利要求1所述的一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，其特征在于，所述的外壳与测温探头一体化成型。

5.根据权利要求4所述的一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，其特征在于，所述的外壳与接线盒组件通过冷端套连接，铠装热电偶组件的外壳与冷端套采用激光焊接方式连接，接线盒组件与冷端套采用激光焊接方式连接。

6.根据权利要求5所述的一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，其特征在于，冷端套内部进行分段灌封，冷端套与铠装热电偶组件的外壳连接处采用玻璃粉封装，与接线盒组件连接处采用高温硅橡胶封装。

7.根据权利要求1所述的一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，其特征在于，所述的测温探头外部设置有GH3128高温合金材料制成的安装法兰。

8.根据权利要求7所述的一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，其特征在于，安装法兰与外壳、接线盒组件与接插件之间均采用激光焊连接固定。

9.根据权利要求2所述的一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，其特征在于，所述的接线盒组件内部填充硅橡胶，K型热电偶合金丝与补偿导线通过接线盒组件的硅橡胶密封和固定，同时，在K型热电偶合金丝与补偿导线焊接处采用玻璃烧结的方式进行保护。

10.根据权利要求2所述的一种超高温工况多支双余度热电偶温度传感器封装结构，其特征在于，安装法兰上设置紫铜垫片。