CN205027458U - 一种同步测量固体内部不同深度温度的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种同步测量固体内部不同深度温度的装置，具体涉及用于飞行器表面热防护的防护层内部不同深度温度的测量装置，属于固体材料温度场测量技术领域。该装置为一结构件，其外表面上开有凹槽，安装槽内均放置有热电偶温度传感器，热电偶温度传感器的感温点分别置于待测试的固体待测试区域待测试点处，热电偶温度传感器的导线通过结构件外表面上的凹槽穿出，安装槽与凹槽相连通。本实用新型的装置通过选用与待测固体相同的材料且在待测固体上开有与该结构件的外形结构尺寸相匹配的缺口，能够保持固体原有的温度场分布，使待测试的固体内部的温度更准确。

Description

一种同步测量固体内部不同深度温度的装置

技术领域

本实用新型涉及一种同步测量固体内部不同深度温度的装置，具体涉及用于飞行器表面热防护的防护层内部不同深度温度的测量装置，属于固体材料温度场测量技术领域。

背景技术

温度是表征材料状态的重要参数之一，是材料在各个领域中应用设计时不可缺少的数据。例如在飞行器设计中获得防热材料的温度场对于热防护系统设计十分重要，同时，准确地获得材料的温度场也是进行材料热物理性能研究的基础。

材料的温度场通常包括表面温度和内部温度。在以往的研究中，研究者大多关注材料表面温度测量，很少进行材料内部温度场测量。但是随着飞行器技术的发展，对热防护系统设计精度提出了更高的要求，深入分析材料内部温度就成为目前研究的重点。同时，准确获取材料内部温度也是提高材料热物理参数测量精度的重要手段。现有温度测量装置如辐射温度计、单色温度计等均只能测量材料表面温度，无法实现同步测量材料内部不同位置处温度变化情况。不能同步测量材料内部不同深度的温度，一是，很难准确获得材料在同一环境下的内部温度情况，二是，尽管可以实现对同一环境的多次模拟，但是增加了测量成本。也有研究者对测量固体内部温度的装置进行了研究，该装置采用塞式结构，表面结构设计为加强圆台，通过在内部相应高度开设通孔，在通孔内铺设热电偶温度传感器进行温度测量，但是该装置受加强圆台的限制，不能进行内部任一高度的温度测量，通用性较差；且在装配时，热电偶温度传感器的感温点位置不具有可视性，难以精确定位。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：现有技术中不能同步测量固体内部不同深度温度的问题，提出一种同步测量固体内部不同深度温度的装置。

为了实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

一种同步测量固体内部不同深度温度的装置，该装置包括一个与待测试固体的待测试区域处的缺口形状相匹配的结构件，该结构件内部不同高度处开有安装槽，该结构件外表面开有凹槽，安装槽与凹槽相连通；该结构件的不同高度处的安装槽内均各放置热电偶温度传感器，热电偶温度传感器的导线通过凹槽穿出，热电偶温度传感器的感温点位于待测试的固体待测试区域待测试点处；该结构件内部安装槽的高度与待测试区域待测试点的高度相同；该结构件的材料与待测试的固体的材料相同。

所述的装置为圆柱分辨组合式结构，分为两瓣；安装槽的深度最小为2mm，最大不超过圆柱的半径，宽度为0.5mm。凹槽宽度0.5mm，深度2mm。凹槽为折线型导线槽。安装槽内填有粘结胶。该装置的外表面上涂粘结胶。待测试的固体和该装置的材料均为防热复合材料，优选硅基防热复合材料。

有益效果

(1)本实用新型的装置通过选用与待测固体相同的材料且在待测固体上开有与该装置的外形结构尺寸相匹配的缺口，能够保持固体原有的温度场分布，使待测试的固体内部的温度更准确；

(2)本实用新型的装置通过在内部不同深度处放置热电偶温度传感器，且热电偶温度传感器的感温点分别置于待测试的固体内部待测量深度，达到同步测量固体内部不同深度处温度的目的；

(3)本实用新型中温度传感器的传感线通过装置上的凹槽穿出，达到固定温度传感器导线、不破坏材料原有温度场的目的。

(4)通过在安装小槽内填满粘结胶，同时通过粘结胶将两个分瓣结构连接，达到分瓣结构之间固定以及热密封的目的。

(5)通过在测温装置与待测试件之间涂粘结胶，达到测温装置与待测试件两者之间的密封和连接的目的。

(6)通过装置简单的圆柱分瓣结构，达到使同一测量装置互换性高的目的。

附图说明

图1为本实用新型的装置的二维结构示意图；

图2为本实用新型的装置的其中一瓣的三维结构示意图；

图3为本实用新型的装置的另一瓣的三维结构示意图；

图4为本实用新型的装置的整体三维结构示意图；

图5为本实用新型的装置与待测试件的装配结构示意图。

具体实施方式

一种同步测量固体内部不同深度温度的装置，该装置的材料与待测固体的材料相同，该装置的内部不同深度处的安装槽1内均放置有热电偶温度传感器，热电偶温度传感器的感温点分别置于待测固体内部待测量深度，热电偶温度传感器的导线通过装置上的凹槽2穿出；安装槽1与凹槽2相通；

所述的装置优选圆柱组合式结构，分为两瓣，温度传感器安装在分瓣结构内；分瓣结构内不同深度处有安装槽1，安装槽1用于安装定位温度传感器的感温点；安装槽1优选深度为2mm，优选宽度为0.5mm；

分辨结构的外表面上开有凹槽2，用于温度传感器导线的引出和定位；凹槽2优选宽度0.5mm，深度2mm，凹槽2优选折线型导线槽；

在安装槽1内填粘结胶3，粘结胶3的作用一方面用于固定温度传感器，另一方面用于将两个分瓣结构进行连接；

在待测试的固体外开有与该装置的外形结构尺寸相匹配的缺口，当对待测试的固体内部不同深度温度进行测量时，将该装置中安装好温度传感器后装入到待测试的固体的缺口处，在装入缺口处之前在该装置的外表面上涂粘结胶3，对该装置与待测试的固体之间的缝隙进行密封，并实现两者的连接。

为保证试验过程中测温装置5与待测试件4的内部温度响应特性一致，选择与待测试件4一致的材料加工制作温度测量装置。根据所关心的内部温度情况，设计温度测点位置。

测温装置5三维结构示意图如图2、图3和图4所示，整体采用分瓣组合式结构，每个测温装置5分成两瓣，温度传感器安装在分瓣结构内。为了实现温度传感器的精确定位，在分瓣结构的待测深度位置开0.5mm宽，最小为2mm，最大为圆柱半径深的安装小槽，便于感温点的固定和精确定位。同时，为了便于温度传感器导线的引出和固定，在分瓣结构的圆柱面上开如图1所示0.5mm宽，2mm深的折线型导线槽。安装小槽与折线型导线槽相通。

通过在安装小槽内填满粘结胶3，同时通过粘结胶3将两个分辨结构连接，解决了分瓣组合结构之间固定以及热密封的问题。

在测温装置5与待测试件4之间涂粘结胶3(如图5所示)，实现测温装置5与待测试件4两者之间的密封和连接，解决了高温环境下安装缝隙的热密封问题。

此测温装置5工艺简单可行，在不破坏材料原有温度场分布的情况下，能够有效测量材料内部不同深度的温度分布。同时可根据不同测量目标选用相应材料，满足不同材料体系、不同温度测量位置要求。本测量装置结构简单，易于加工安装，可靠性高，互换性强，成本低廉。

本实用新型成功解决了固体材料内部不同深度温度同步测量难题，为固体材料内部温度测量提供了一种成本低廉且可靠的解决方式。

如图1所示，首先依据测量目标确定测温装置5材料、尺寸以及温度测点数量与位置，设计出相应图纸；然后根据设计图纸加工测温装置5，在测温装置5分瓣结构的不同深度位置安装温度传感器；最后将分瓣结构组合在一起，在两个分瓣结构之间，装置与待测试件4之间涂粘结剂，按图5装配在一起，加压固化，完成测温装置5与待测试件4之间的连接与热密封，即可实现固体材料内部不同深度温度的同步测量。

实施例

待测试的固体为用于飞行器表面热防护的硅基防热复合材料防护层，该防护层为圆柱体A，该圆柱体A起到保护飞行器结构以及内部仪器设备不被高温破坏的作用。为了进一步研究该材料对飞行器的保护机理，提高飞行器防热的设计精度，需要分析该材料内部的温度变化情况。圆柱体A的高为30mm，直径为100mm，在圆柱体A的中心开有高为30mm、直径为50mm的缺口；待测试的区域为距离圆柱体A的中心轴50mm处的圆周即缺口的内表面，待测试点的高度依次为5mm、10mm、15m、20mm、25mm；

测量装置为硅基防热复合材料的实心圆柱体B，圆柱体B的高为30mm，直径为50mm，圆柱体B为分辨组合式结构，圆柱体B均分为两瓣，在其中一个切面上沿直径方向高度依次为5mm、10mm、15m、20mm、25mm处开有安装槽1，安装槽1的深度为2mm，宽度为0.5mm，安装槽1内填有粘结胶3；每个安装槽1内均放置一个热电偶温度传感器，热电偶温度传感器的感温点分别置于待测试的固体待测试区域待测试点处；

圆柱体B外圆周面上开有折线型导线槽，每个安装槽1相对应一个与其相通的折线型导线槽，折线型导线槽用于热电偶温度传感器的导线的输出；折线型导线槽深度2mm，宽度0.5mm。

测量过程：

(1)将五个热电偶温度传感器分别放置到安装槽1内，热电偶温度传感器的感温点分别置于待测试的固体待测试区域待测试点处；

(2)对待测试的固体的上表面快速加热至温度为1000℃并保持300s，下表面为常温，将热电偶温度传感器连接到数据采集装置中，通过数据采集装置得到待测试点处高度为5mm、10mm、15m、20mm、25mm的温度随时间变化情况，加热结束时刻高度为5mm、10mm、15m、20mm、25mm的温度依次为900℃、807℃、620、335℃、62℃；

根据得到的不同高度的温度，能够获得飞行器表面热防护层的温度场分布，从而对飞行器的热防护系统的优化设计提供参考，实现热防护系统的精细化设计。

Claims (7)

1.一种同步测量固体内部不同深度温度的装置，其特征在于：该装置包括一个与待测试固体(4)待测试区域处的缺口形状相匹配的结构件(5)，该结构件(5)内部不同高度处开有安装槽(1)，该结构件(5)外表面开有凹槽(2)，安装槽(1)与凹槽(2)相连通；该结构件(5)的不同高度处的安装槽(1)内均各放置热电偶温度传感器，热电偶温度传感器的导线通过凹槽(2)穿出，热电偶温度传感器的感温点位于待测试的固体(4)待测试区域待测试点处；该结构件(5)内部安装槽(1)的高度与待测试的固体(4)待测试区域待测试点的高度相同。

2.根据权利要求1所述的一种同步测量固体内部不同深度温度的装置，其特征在于：所述的结构件(5)为圆柱分辨组合式结构，分为两瓣。

3.根据权利要求1所述的一种同步测量固体内部不同深度温度的装置，其特征在于：安装槽(1)的深度最小为2mm，最大不超过圆柱的半径，宽度为0.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种同步测量固体内部不同深度温度的装置，其特征在于：凹槽(2)宽度0.5mm，深度2mm。

5.根据权利要求1所述的一种同步测量固体内部不同深度温度的装置，其特征在于：凹槽(2)为折线型导线槽。

6.根据权利要求1所述的一种同步测量固体内部不同深度温度的装置，其特征在于：安装槽(1)内填有粘结胶(3)。

7.根据权利要求1或2所述的一种同步测量固体内部不同深度温度的装置，其特征在于：所述的结构件(5)的外表面上涂粘结胶(3)。