CN201020356Y - 六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置 - Google Patents

Abstract

本六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置，合成组装块的二相对面中心有通孔，通孔与芯料圆柱体的中心线垂直、通过芯料圆柱体，通孔内放置陶瓷管，热电偶插在陶瓷管内，热电偶两端与位于合成块表面的导电片相接。与合成块此二相对表面相接的顶锤的活塞与顶锤之间绝缘。从该二顶锤引出温度信号线，与温度控制系统相连接。陶瓷管将热电偶与合成腔内物质分开，热电偶直接测量合成腔内部温度。通过其两端的导电片，经顶锤传递热电偶毫伏信号。本装置温度检测实时、准确，用于控制加热电压，保证合成腔内温度恒定，提高质量和产量；无需从合成块的密封边引出导线，避免密封边的破坏。信号线不会因高温高压损坏或者短路，屏蔽信号线防止干扰。

Description

六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置

(一)技术领域

本实用新型涉及一种高压密闭腔体内的温度测控装置，具体为一种六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置。

(二)背景技术

六面顶压机是一种通过液压系统控制下的六个活塞，同步推动六个硬质合金顶锤从上下左右前后六个方向对合成块施加压力、在合成块内部产生高压的设备。六个顶锤的正方形锤面合围形成合成腔。合成块通常为正方体。

合成块主要包括两大部分：芯料和传压介质。

芯料是指生产或试验中需要进行高温高压处理的材料。芯料内部组装较为复杂，可能由很多层不同的材料组成。通常芯料处于合成块中心位置，其外部形状为圆柱体，两端各有一导电圈，芯料内部的发热体通过导电圈与相对的两个加热顶锤接触，发热体经顶锤通以低压(低于36v)大电流(10A以上)，以产生高温。

包裹在芯料外部与顶锤直接接触的特殊固态物质层为传压介质，多采用叶蜡石。传压介质的初始外部形状为适合合成腔大小的正方体，中间有承放芯料的中空圆柱腔。传压介质的主要作用有三个：

a.将顶锤施加的压力均匀地传给芯料，因此要求传压介质本身具有一定的流动性并且受压体积变化比小。

b.在受压状态下，在六个顶锤面相互交汇的缝隙处，即合成块立方体的十二条棱边处形成致密的密封边，保证合成腔内物质不会从顶锤交汇处的缝隙突然挤出，为此要求传压介质的内摩擦系数较大，使之能密封住合成腔内的物质。

c.在通电加热的情况下起绝缘作用，保证加热电流只能从加热顶锤两端通过芯料内的发热体形成加热电流，为此要求传压介质绝缘性能良好。

工业生产上，通常采用传统的恒功率或者恒电流方式控制加热，由于芯料在高温高压合成过程中，物料的结构性能在不断变化，合成腔体内的电阻也在不断变化，无法保证腔体内温度场的稳定，明显制约合成的质量和产量。

但目前直接检测合成腔内部温度有相当的困难。一般的测温元件难以在高温高压合成腔内正常工作，特别是测温元件的信号线引出时要通过合成块的密封边，破坏了密封边的密封性，使之密封性能下降，容易造成高压下合成块边缘密封失效，导致放炮和顶锤损坏，存在安全隐患。另外在合成腔内的信号导线容易在高压下损坏，或者被顶锤挤坏，导线绝缘外皮非常容易在高温下老化损坏，导致信号线受干扰或者短路，影响信号读取。因此目前六面顶的生产试验中，难于对高压密闭腔体内温度进行测量。

现有一些六面顶的温控系统是在顶锤表面及周边贴装测温传感器，采用一系列数学模拟方法，经计算间接得到合成腔内的温度。由周边温度推算的合成腔内温度，误差大，且计算繁复，所需设施成本高，目前还存在较多缺陷，难以实际应用。

为了确切掌握合成腔体内温度实时变化情况，了解合成物质在高温高压下的变化规律，合理控制合成腔内的温度，则需要直接测控合成腔内温度的装置。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置，在合成腔内安装热电偶，通过顶锤传递热电偶的电信号，顶锤和机架绝缘，保证信号的完整。

本实用新型设计的六面顶压机合成腔内的温度测控装置，包括液压系统控制的六个活塞同步驱动的六个顶锤，大垫块、小垫块及钢环等机构组装构件；六个顶锤正方形锤面合围形成高压密闭合成腔；与顶锤顶面相配合的处于合成腔中的正方体合成组装块，及温度传感器。合成组装块外部为正方体传压介质，中心位置为圆柱形芯料，芯料内有发热体，芯料圆柱两端各有一与发热体连接的导电圈，顶锤挤压合成组装块时，芯料两端的导电圈与相对应的两个加热顶锤接触。合成组装块未与加热顶锤接触的二相对面中心之间有通孔，通孔的中心线与芯料圆柱体的中心线垂直，且通孔通过芯料的圆柱体，通孔内放置绝缘陶瓷管，温度传感器插在陶瓷管内，温度传感器两端与位于合成组装块表面的导电片相接。与合成组装块装有温度传感器导电片的二相对表面相接的顶锤及垫块与机架之间绝缘，保证信号的传递。从密闭高压合成腔外部与该二顶锤固连且导通的钢环上引出温度信号线，与温度测控系统相连接。

温度传感器处于合成组装块的合成腔中，陶瓷管将温度传感器与合成腔内物质完全分开，温度传感器可直接测量合成腔内部温度。通过其两端的导电片，经压在合成组装块上的顶锤，传递温度传感器输出的信号。

温度传感器为热电偶或者热电阻。

本实用新型的六面顶压机合成腔内的温度测控装置优点为：1、温度传感器位于合成组装块的芯料内部，直接检测合成腔内部温度，实时、准确，此温度信号可用于实时控制六面顶压机的加热电压，实时监控合成腔内部的温度，以提高合成材料的质量和产量；目前在测试温度0～2500℃的情况下，控制温度误差可达±1℃；2、温度传感器通过两端的导电片直接与相应的非加热顶锤接触，通过顶锤传递信号，无需从合成组装块的密封边引出导线，完全避免了引出导线造成的密封边失效及由此带来的安全隐患和顶锤损坏；3、从高压密闭合成腔外远离高温高压区域引出温度信号线，避免了导线在高温高压下损坏或者短路，并采用屏蔽信号线防止加热电流感生电动势对测温信号的干扰，保证信号无干扰传送。

(四)附图说明

图1为本六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置实施例合成组装块结构剖面示意图；

图2为本六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置实施例顶锤及垫块与机架绝缘示意图；

图3为本六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置实施例温控系统电路框图。

图中标号表示为：

1合成组装块、2陶瓷管、3热电偶、4导电片、5芯料、6顶锤、7活塞、8绝缘板、9绝缘环、10绝缘套、11连接螺杆、12大垫块、13钢环、14接线柱

(五)具体实施方式

本六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置实施例如图1、图2所示，包括液压系统控制的六个活塞7同步驱动的六个顶锤6；大垫块12与活塞7固接；顶锤6和小垫块外侧紧箍的钢环13与大垫块12固接；与顶锤6顶面相配合的、正方体合成组装块1外部的传压介质为常用的叶蜡石。合成组装块1的中心位置为圆柱形芯料5，芯料5内有发热体，芯料5圆柱两端各有一与发热体连接的导电圈，顶锤6压到合成组装块1时，芯料5两端的导电圈与相对的两个加热顶锤6接触，芯料5通电加热。合成组装块1的非加热面的二相对面中心有通孔，通孔的中心线与芯料5圆柱体的中心线垂直，且通孔通过芯料5的圆柱体，通孔内放置绝缘陶瓷管2，温度传感器为热电偶3，插在陶瓷管2内，陶瓷管2外径为0.5mm～3mm，内径为0.2mm～1mm。热电偶3两端与位于合成组装块1表面的导电片4相接。顶锤6压到合成组装块1时，热电偶3两端的导电片4与相对的两个顶锤6接触，传递热电偶3的温度信号。如图2所示，此二传递信号的相对顶锤6的活塞7与固装顶锤的大垫块12之间有绝缘板8与绝缘环9，连接螺杆11上套有绝缘套10，保证与顶锤6与活塞7之间的绝缘，电阻均大于100千欧。从该二顶锤6的钢环13非高温高压区的接线柱14引出温度信号线，与温度控制系统相连接。温度信号线为屏蔽线，避免加热电流感生电动势对毫伏测温信号的干扰，保证信号的传送。

本六面顶压机两个相对的加热顶锤6是与其相应的活塞7绝缘的。本装置为了从非加热顶锤6上传递热传感器3的温度毫伏信号，其它4个顶锤6也分别与其活塞7绝缘，可在与芯料5圆柱中心线垂直的两个方向分别安装一组热传感器3进行独立测温。

本装置温控系统电路框图如图3所示，温度传感器3的温度信号线连接温控系统中的可编程序控制器，可编程序控制器存储有比例-积分-微分控制程序，即PID控制程序。可编程序控制器与加热变压器初级电路中的双向可控硅连接。可编程序控制器根据温度信号对可控硅的导通角实行比例-积分-微分自动调节控制，从而控制加热变压器的初级功率，改变加热变压器次级的功率，实现合成过程中合成腔的恒温控制及升温和降温的曲线闭环控制。在升温的前期，实际温度与设定温度的偏差较大，采用积分分离PID控制增强系统的稳定性；在升温中后期及保温期间，采用自适应的智能PID控制策略，根据温度偏差及温度偏差率的大小自动改变PID值，从而更好地抑制系统超调、消除残差。本温控系统装置亦可实时显示合成腔内的温度及存储温度信号。

Claims (9)

1.一种六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置，包括液压系统控制的六个活塞同步驱动的六个顶锤(6)；大垫块(12)与活塞(7)固接；顶锤(6)和小垫块外侧紧箍的钢环(13)与大垫块(12)固接；六个顶锤(6)正方形锤面合围形成高压密闭合成腔；与顶锤(6)顶面相配合的、处于合成腔中的正方体合成组装块外部为传压介质、中心位置为圆柱形芯料；还有温度传感器；芯料(5)内有发热体，芯料(5)圆柱两端两端各有一与发热体连接的导电圈，顶锤压到合成组装块时，芯料两端的导电圈与相对的两个加热顶锤接触；其特征在于：

合成组装块(1)的非加热面的二相对面中心有通孔，通孔的中心线与芯料(5)圆柱体的中心线垂直，且通孔通过芯料(5)的圆柱体，通孔内放置绝缘陶瓷管(2)，温度传感器(3)插在陶瓷管(2)内，温度传感器(3)两端与位于合成组装块(1)表面的导电片(4)相接；与合成组装块(1)的此二相对面相接的顶锤的活塞(7)与大垫块(12)之间绝缘。

2.根据权利要求1所述的六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置，其特征在于：

从与温度传感器(3)的导电片(4)相接的二顶锤钢环(13)的非高温高压区引出的温度信号线，与温度控制系统相连接。

3.根据权利要求1或2所述的六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置，其特征在于：

温度传感器(3)为热电偶或者为热电阻。

4.根据权利要求1或2所述的六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置，其特征在于：所述陶瓷管(2)外径为0.5mm～3mm，内径为0.2mm～1mm。

5.根据权利要求1或2所述的六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置，其特征在于：

6个顶锤(6)的大垫块(12)分别与其活塞(7)绝缘。

6.根据权利要求1或2所述的六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置，其特征在于：

所述顶锤(6)的活塞(7)与大垫块(12)之间有绝缘板(8)与绝缘环(9)，连接螺杆(11)上套有绝缘套(10)，绝缘电阻大于100千欧。

7.根据权利要求4所述的六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置，其特征在于：

在与芯料(5)圆柱中心线垂直的两个方向分别安装一组热传感器(3)。

8.根据权利要求2所述的六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置，其特征在于：

所述温度信号线为屏蔽线。

9.根据权利要求1或2所述的六面顶压机密闭合成腔内的温度测控装置，其特征在于：

所述温度传感器(3)的温度信号线连接温控系统中的可编程序控制器，可编程序控制器与加热变压器初级电路中的双向可控硅连接。

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