CN1207809A - 测温探头 - Google Patents

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Abstract

测温探头,带有一个探头体,该探头体具有一个钻孔,在该钻孔中可安装一个热电偶或电阻式温度计,其热敏端头由探头体的前段伸出,其中探头体的前段在与钻孔有很小的间隔处具有环形缝。

Description

测温探头
本发明涉及一种带有一个探头体的测温探头，所述探头体具有一个钻孔，钻孔内可安装热电偶，其热敏端头从探头体的前段突出。
这种探头体是公知的。它们通常为圆柱形结构并且在其前端成锥形。在其后端备有螺纹。探头体利用此螺纹被旋固在支架上。在圆柱形钻孔内安装有已知结构的热电偶，优选微型-铠装(Mantel)-热电偶。这种热电偶通常由两根不同的金属芯线构成，芯线嵌在绝缘材料内并由金属屏蔽、铠装环围。可采用具有高绝缘阻抗的氧化镁或氧化铝作为绝缘材料。通常采用不锈钢作为铠装材料。作为热电偶的芯线通常采用NiCr-Ni-金属丝，并且在其前端相互焊接在一起。当温度超过1200℃时，也可以采用铂-铑-铂-热电偶。
带有这种热电偶的温度探头可用于各种用途。但在这种温度探头用于测量在高压下的并需要快速进行温度测定的反应器和反应管内的温度时还是有困难的。高压导致探头体必须结构坚固并且壁厚宽。这一切导致传导到热电偶端头上的温度变化相应缓慢。例如应用这类温度探头的装置是高压聚乙烯装置，在该装置中在操作压力为1500至3500巴的情况下进行乙烯聚合反应。在这样一种反应器中大约要用40个温度探头，这些温度探头形成相应的温度分布。其中探头体通常的直径为8至10mm。安装在探头体内的热电偶的直径通常约为2mm。
本发明的任务在于提出一种温度探头，该温度探头可用于压力特别高并且温度特别高以及反应物流速特别快的反应器并且尽管如此仍能测定到迅速的温度变化。
依照本发明该任务的解决方案是，探头体的前段在与钻孔有很小间隔处具有环状缝。该环状缝具有尽可能窄的缝宽，通常为0.1至0.5mm，优选为0.1至0.2mm。环状缝的长度为5至20mm，优选为10至15mm。可用激光加工此环状缝，也可以采用如下方式制造该探头，探头体的前段具有至少一个阶梯状的直径缩小，在其上套有一个罩件，罩件前段的内径大于探头体的前段，从而形成一个环状缝。可以将罩与探头体焊接在一起。
本发明的探头尤其适用于在高压、高温和高流速的装置部分中进行温度的快速测定。例如在化学反应器、搅拌釜、管式反应器、通向这些装置部分的输入管道以及连接管道中。
这类探头优选用于聚合反应器，既可用在气相中又可在超临界的介质中，例如在制备聚烯烃时。而且在回路反应器中悬浮聚合时采用这类探头也是有益的。
通常压力范围在30至5000巴，优选在50至3500巴，尤其在1000至3500巴，并且温度在20至1000℃之间，优选在50至500℃，尤其在100至400℃。流速为1至50米/秒，优选在5至15米/秒。
各种结构的微型-铠装-热电偶，优选由NiCr-Ni-金属丝制成的微型-铠装-热电偶可作为热电偶加以应用，所述NiCr-Ni-丝的前端相互焊接在一起。在这里也可以采用铂-铑-铂-热电偶以及其它已知的热电偶。热电偶的芯线嵌入诸如氧化镁或氧化铝等不导电的绝缘材料中并被金属屏蔽，铠装套环围。在热电偶的前端通过一金属罩与铠装套连接。该罩应是对出现的温度、压力和流速不敏感的。该罩优选为半球形。
也可以采用电阻式温度计或测量用电阻替代热电偶。特别有利的是例如根据DIN IEC 751的铂-电阻式温度计和铂-测量用电阻。这种电阻式温度计由一在护套内的对温度响应的测量用电阻、内馈线和用于与电测量仪表进行连接的外连接构成。
有关本发明的其它细节和优点请参见附图中所示的实施例。图中示出：
图1安装在管式反应器内的已知结构的探头的剖面图；
图2图1中所示探头的前段的剖面放大图；
图3本发明探头的第一实施例剖面图；
图4本发明探头的第二实施例剖面图；
图5采用图2的已知探头时温度显示与时间关系曲线；
图6采用图4探头时的温度显示与时间关系曲线。
在图1所示的实施方式中示出一个已知结构的探头，该探头安装在一管式反应器中。其中在探头体1中有一圆柱形钻孔2，在该钻孔中安装有一未铠装的热电偶3，该热电偶具有一个热敏端头3A。探头体1设置在连接件5的圆柱形间隙4内，该连接件被密封地固定在管式反应器6的法兰6A和6B之间。在管式反应器6中反应时，例如在通过乙烯聚合制备聚乙烯时操作压力在500至5000巴，优选在500至3500巴。其中会出现温度剧烈的上升，温度在300至1000℃。连接件5通过法兰6A和6B与接头8的连接部分7旋接在一起，电线由接头8引出经连接部分8A通向显示仪表。
安装在连接件5的探头1的前端1A伸入管式反应器6内。有关其结构，请参见图2中所示的实施例。圆柱形探头体1的外径为9mm，其前端为截锥状1A。其中与中轴的夹角为30°。端头的外径为5mm。内径为2.2mm的钻孔在探头体1中延伸。在该钻孔内安装有一个带有端头3A的未铠装的NiCr-Ni-形式的热电偶3。探头体1在位置9处与连接件5环形地焊在一起。
热电偶3A的端头通常伸到气流的中间，以便精确地检测工作温度。在采用图2探头体这种已知的实施方式时，由于热惰性将导致实时温度显示明显的滞后。
图3示出依照本发明在其前端有一个环形缝10的探头体的实施方式。在一具体实施方式中，该环形缝的长度为15mm并且缝宽为0.2mm。容纳未铠装的热电偶3的钻孔2的直径为1.5mm，并且探头体1的位于环形缝10内的圆柱部分1B的直径为3.2mm。与图2的实施方式不同的是，探头体1位于环形缝内的部分的端头通过圆柱形部分1B长于锥形部分1A端头2mm。该1B的前端被一部分外部成半球形的焊件16闭合。为将铠装的热电偶3密闭地固定在钻孔2内，在将铠装热电偶装入后采用锻压或轧压方式将钻孔密封，从而通常会产生冷焊接。采用激光切割加工环形缝10。
在图4中示出本发明温度探头的另一个并且尤为有利的制作实施方式。该探头体1在所示例中的直径为9mm，具有一梯形阶段11，该阶段的直径为7mm并且长度为20mm。在该阶段后还有另一个梯形阶段12，其直径为6mm并且长度为9mm。在该阶段后还连接有一个直径为3.2mm的一直径伸到端头的阶段13。钻孔2的直径为1.5mm，用于安装具有该直径的铠装热电偶。
在该探头体1上套有一个罩件14，罩件的外径与探头体1的外径相等，在此例中为9mm。罩件14的内侧备有与探头体1的阶段11、12、13的直径相符的梯形空隙。在阶段11和12中两部分相互精确配合。在探头体1的阶段13中，罩件14的间隙的直径大于探头体直径0.4mm，从而产生缝宽为0.2mm的所需要的圆柱形缝10。探头体1的前段13伸出罩件14的锥形端14A 3mm。罩件14通过焊缝15固定在探头体1上。罩件14的前段14A成锥形收缩并且终结于垂直于探头纵轴的边缘14B处，该边缘的外径为5.2mm。探头体1的前端被焊接上的罩16闭合。
在测量流速特别高的介质的温度时，有可能会出现由罩件14内伸出的探头体1的端头挠曲并且贴靠在罩件14的前段14A的情况，这将会造成本发明缝10的效果的降低。为避免这种情况的出现，根据本发明的有益的设计，垂直于探头轴伸展的边缘14B在安装后配备有多个，优选3个或4个基本成锥形的、平行于探头纵轴的粒结构(Koernungen)，其厚度应足以使其边缘贴靠在区段14B内的探头体1上。虽然因此在探头体1和罩件14间会导致轻微增加的导热，但在被测介质流速高时可实现本发明的探头较高的强度。
图5中示出在采用通常的探头时出现的温度显示的滞后。其中探头首先被浸入温度为20℃的油浴中，以便确定起始值。接着探头被浸入200℃的油浴中并测出滞后时间。图5中所示的曲线示出，经7.7秒达到相当于终值的63％的时间常数τ。在17.4秒后才达到90％终值的温度值。
图6示出的曲线显示采用本发明的探头获得的结果。其中时间常数τ为2.45秒。在5.1秒后就已达到终值的90％。所谓的达到95％终值的稳定化时间在该实施方式中少于10秒。
通过对这两个曲线图的比较，可看出采用本发明的探头可以比传统探头快得多地检测到温度变化。

Claims (10)

1.测温探头，带有一个探头体，该探头体具有一个钻孔，其中可安装热电偶或电阻式温度计，其热敏端头从探头体的前段突出，其特征在于：探头体(1)的前段在与钻孔(2)有很小间隔处具有环状缝(10)。
2.依照权利要求1的探头，其特征在于：环状缝(10)的缝宽为0.1至0.5mm，优选为0.1至0.2mm。
3.依照权利要求1或2的探头，其特征在于：环状缝(10)的长度为5至20mm，优选为10至15mm。
4.依照权利要求1至3中任一项的探头，其特征在于：探头体(1)的前段具有至少一个阶梯状直径缩小(11)，并且具有缩小直径(11)的该部分被罩件(14)覆盖，罩件的内径比该部分的直径大环状缝(10)缝宽的2倍。
5.依照权利要求4的探头，其特征在于：探头体(1)的前段具有至少两个直径相继缩小的阶梯(11、13)并且罩件(14)的后段具有一与第一阶(11)相符的内径，罩件(14)利用其后段固定在探头体(1)上。
6.依照权利要求4或5的探头，其特征在于：罩件(14)在位置(12)处在具有最大程度缩小的直径(13)的部分的前面与探头体通过配合固定。
7.依照权利要求6的探头，其特征在于：罩件(14)的后段与探头体(1)焊接在一起(15)。
8.依照权利要求7的探头，其特征在于：罩件(14)的前端设置有多个，优选三个或四个平行于探头体(1)纵轴的粒结构。
9.依照上述权利要求中任一项的探头，其特征在于：探头体(1)的前端由一焊接上的罩(16)闭合。
10.依照上述权利要求中任一项的探头用于在伴有高温和/或高压和/或高流速的过程中测量温度变化。
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