CN205484146U - 用于测量物品热物性的测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测量物品热物性的测量装置，所述物品容纳在容器内，包括：基座，密封地安装在所述容器的壳体上；套管，插入到所述物品中，所述套管的第一端安装在所述基座上，所述套管的管壁上设有多个通孔；以及多个热电偶，每个所述热电偶的探测端从所述套管的内部径向地穿过所述通孔伸出，以感应所述物品的局部温度。利用该测量装置能够准确测量待测物品在熔融池边界的热物性参数，并能够获得用于容纳待测物品的容器的壳体厚度。热电偶在接触被测物品时不会损坏，保证不同测点之间的距离固定。

Description

用于测量物品热物性的测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量装置，更具体地说，涉及一种用于测量例如硼酸盐材料之类的物品的热物性和/或容纳该物品的容器的壳体厚度的测量装置。

背景技术

在核电站设计施工过程中，核安全是需要考虑的首要问题。严重事故的预防和缓解技术是核电站设计的重要组成部分。

一般地，反应堆严重事故缓解试验使用硼酸盐材料模拟堆芯熔融物特性，在试验容器的封头内部形成用于容纳硼酸盐材料的熔融池，对熔融池内的硼酸盐材料进行加热，同时在封头外部采用水冷方式导致封头内部在熔融池的边界处形成具有不同厚度的壳层，测量熔融池边界的瞬态热物性参数，并根据温度梯度间接确定不同位置的壳层厚度，从而得到严重事故缓解试验所需的关键数据。

此外，在材料学领域，经常需要测量高温陶瓷或玻璃的热学物性参数，以便将不同传热特性的材料应用在各种热工设备中。

通常情况，使用热电偶测量待测材料在不同热边界条件下的热物性参数，例如待测材料的比热容与热传导系数。测量热传导系数的常规方法是将至少两支热电偶插入待测材料中心，将待测材料置入两不等温的恒温平板间，以在待测材料内部形成温度梯度。根据温差与测点距离即可计算得出待测材料的热传导系数。在测量空泡硼酸盐材料的参数时，在空泡硼酸盐材料上钻孔并置入热电偶即可。但测量密实硼酸盐材料时，由于一般密实硼酸盐材料的强度很高且易碎，钻孔置入热电偶难度大，不易实现。同时，由于硼酸盐熔融物最高温度约1200℃，试验容器的封头外部采用水冷系统进行冷却，需要防止熔融物泄露到水冷层，避免水冷系统瞬间大量产生气体而造成爆炸。因此，试验过程中，应确保无泄 露风险。另外，现有技术中，在高硬度硼酸盐材料上钻孔时，硼酸盐材料会产生裂缝，影响硼酸盐材料内的温度场以及热流分布，且热电偶可能无法与硼酸盐材料紧密接触，这些都会测量误差，降低测量的精度。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种用于测量物品热物性的测量装置，能够准确测量待测物品在熔融池边界的热物性参数。

本实用新型进一步解决的技术问题在于提供一种用于测量物品热物性的测量装置，能够准确测量用于容纳待测物品的容器的壳体厚度。

根据本实用新型一个方面的实施例，提供一种用于测量物品热物性的测量装置，所述物品容纳在容器内，包括：基座，密封地安装在所述容器的壳体上；套管，插入到所述物品中，所述套管的第一端安装在所述基座上，所述套管的管壁上设有多个通孔；以及多个热电偶，每个所述热电偶的探测端从所述套管的内部径向地穿过所述通孔伸出，以感应所述物品的局部温度。

根据本实用新型的一种实施例的测量装置，所述套管由两个半圆管焊接而成。

根据本实用新型的一种实施例的测量装置，所述通孔在两个所述半圆管中的至少一个上沿所述套管的轴线方向排列成至少一行。

根据本实用新型的一种实施例的测量装置，所述通孔在轴线方向上以相等的间距排列，所述热电偶采用焊接方式固定在通孔中。

根据本实用新型的一种实施例的测量装置，相邻的两个热电偶之间的间距为4-6毫米，位于最远端的热电偶与套管最远端的距离为13-17毫米，所述热电偶伸出所述套管外部的长度为1.3-1.7毫米。

根据本实用新型的一种实施例的测量装置，相邻的两个热电偶之间的间距大约为5毫米，位于最远端的热电偶与套管最远端的距离大约为15毫米，所述热电偶伸出所述套管外部的长度大约为1.5毫米。

根据本实用新型的一种实施例的测量装置，所述套管的与所述第一端相对的第二端设有端塞，以密封所述第二端。

根据本实用新型的一种实施例的测量装置，所述套管的内部设有填充 物。

根据本实用新型的一种实施例的测量装置，所述基座包括：主体部，具有沿轴向方向延伸的中心孔；连接部，设置在所述主体部的一端并连接至所述容器的壳体；以及输出组件，连接至所述主体部并与所述连接部相对，所述套管穿过所述中心孔引出所述主体部。

根据本实用新型的一种实施例的测量装置，所述输出组件包括：螺纹部，与所述主体部连接；连接环，螺纹连接在所述螺纹部上，以密封穿过所述螺纹部伸出的套管与螺纹部之间的缝隙；以及保护弹簧，设置在所述套管的外部。

根据本实用新型的一种实施例的测量装置，所述输出组件还包括至少一个接口组件，每个接口组件与所述热电偶的导线电连接，以将所述热电偶电连接至电子设备。

根据本实用新型的一种实施例的测量装置，所述物品为熔融的硼酸盐，所述硼酸盐在靠近所述壳体的部位由于壳体的冷却而固化成壳层，使得所述硼酸盐内部从中心到壳层具有温度梯度。根据本实用新型的用于测量物品热物性的测量装置，热电偶在接触被测物品时不会损坏，保证不同测点之间的距离固定，能够准确测量待测物品在熔融池边界的热物性参数和/或用于容纳待测物品的容器的壳体厚度。

附图说明

本实用新型将参照附图来进一步详细说明，其中：

图1是根据本实用新型的示例性实施例的用于测量物品热物性的测量装置的立体示意图；

图2是图1所示A部分的放大示意图；

图3是图1所示B部分的放大示意图；以及

图4是图1所示C部分的放大示意图。

具体实施方式

虽然将参照含有本实用新型的较佳实施例的附图充分描述本实用新型，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修 改本文中所描述的实用新型，同时获得本实用新型的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本实用新型所描述的示例性实施例。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本文披露的实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

如图1-4所示，本实用新型的实施例提供一种用于测量物品热物性的测量装置，所述物品容纳在容器(未示出)内，该容器包括由例如不锈钢材料制成的壳体。该测量装置包括：基座1、套管2和多个热电偶3。基座1密封地安装在容器的壳体上；套管2由下向上穿过容器的壳体插入到容纳在容器中的物品中，套管2的第一端安装在基座1上，所述套管2的管壁21上设有多个通孔22；每个热电偶3的探测端从所述套管2的内部径向地穿过通孔22伸出，以感应位于套管全部的物品的局部温度。这样，从通孔22伸出的热电偶3与被测物品直接接触，用于热电偶3的位置是固定且已知的，通过计算每个热电偶3所测量的局部温度，可以得到物品中不同部位的温度分布或者温度梯度，从而确定被测物品的热物性，得出被测物品的导热系数。用于每个热电偶3的导线31敷设的套管2中，并进一步电连接至外部电子设备(未示出)。进一步地，由于热电偶3从套管2的通孔22伸出，可以对每个热电偶进行牢固的定位，避免了在将套管2插入被测物品中的过程中热电偶的姿态和位置发生变化，从而可以精确测量被测物品的各个测点的温度。

根据本实用新型的一种实施例，被测的所述物品为熔融的硼酸盐，硼酸盐熔融物最高温度约1200℃，所述硼酸盐在靠近容器壳体的部位由于壳体的冷却而固化成壳层，使得所述硼酸盐内部从中心到壳层具有温度梯度，使得热电偶的各个测点的温度梯度变化。为加速硼酸盐的固化，在容器的壳体的外部设置水冷系统，以通过壳体对容器内的熔融状态的硼酸盐进行冷却，使得靠近壳体的硼酸盐固化，而位于中心部位的硼酸盐处于熔融状态，从而在整个硼酸盐材料内部具有不同的温度分布，并且从中心到 周边形成温度梯度。本实用新型的测量装置的热电偶与高温硼酸盐直接接触，可以测量各个测点的局部温度，根据各测点的温度梯度变化，即可得出材料的导热系数。进一步地，可以根据温度梯度间距确定壳体的厚度。多点热电偶中每个独立的测点通过不锈钢套管的侧壁上的开孔伸出，避免了不锈钢套管导热对测量结果造成影响。

利用熔融硼酸盐的温度梯度变化的这种热物性特点，可以模拟反应堆在严重事故状态下进行缓解试验，使用硼酸盐材料模拟堆芯熔融物特性，在试验容器的内部形成用于容纳硼酸盐材料的熔融池，对熔融池内的硼酸盐材料进行内部加热，同时在壳体外部采用水冷系统对壳体进行冷却，导致壳体内部在熔融池的边界处形成具有不同厚度的壳层，利用本实用新型实施例的测量装置测量熔融池边界的瞬态热物性参数，并根据温度梯度间接确定不同位置的壳层厚度，从而得到严重事故缓解试验所需的关键数据。这样，可以为预先采取预防措施提供依据，或者在核反应堆出现事故情况下，为采取相应的应对措施提供依据，降低事故进一步恶化的可能性。

根据本实用新型的一种实施例，套管2由两个半圆管焊接而成。由于套管的内径在8-12毫米之间，优选大约为10毫米，可以首先将多个热电偶分别穿过多个通孔22并通过焊接方式固定在两个半圆管上，之后将两个半圆管进一步例如通过焊接方式固定在一起，从而形成一个完整的套管3。这样，可以将热电偶方便且牢固地固定在套管3中。在一种可替换的实施例中，套管可以由两个截面为长方形或者正方形的半管组成。在另一种实施例中，套管的截面可以是椭圆形的。

在一种实施例中，通孔22在两个半圆管中的至少一个上沿套管2的轴线方向排列成至少一行。所述通孔22在轴线方向上以相等的间距排列，所述热电偶3采用焊接方式固定在通孔22中。例如，如图2所示，在两个半圆管中分别形成一行沿轴向方向排列的通孔，每行包括10个通孔。进一步地，两行通孔在套管2的径向方向上相对。这样，可以沿直线方向测量20个点的温度，而且每个点由两个热电偶进行测量，因此形成具有10个点的温度梯度。在一种可替换的实施例中，套管2上只设置1行10个热电偶。

在一种实施例中，位于最远端的热电偶(图2中最右侧的热电偶)与 套管2最远端(图2的最右端)的距离L1为13-17毫米，相邻的两个热电偶3之间的间距L2为4-6毫米，所述热电偶3伸出所述套管2外部的长度H为1.3-1.7毫米。优选地，相邻的两个热电偶3之间的间距L2大约为5毫米，位于最远端的热电偶3与套管2最远端的距离L1大约为15毫米，所述热电偶3伸出所述套管2外部的长度H大约为1.5毫米。每个热电偶的最大直径Φ为大约1.5毫米。例如，可以选择N型热电偶。相邻的热电偶测点之间的间隔大约为5mm，可得到更精确的测量数据。

在一种实施例中，所述套管2的与所述第一端相对的第二端设有端塞24，以密封所述第二端。可以，在将各个热电偶3安装就位并将两个半圆管结合之后，将端塞24安装在不锈钢套管2的第二端。这样，可以防止被测物品(例如硼酸盐材料)进入套管2的内部。进一步地，套管2的内部设有填充物23。例如，填充物23包括CaO粉末。这样，可以在套管2的内部对热电偶3进行定位，并进一步防止被测物品(例如硼酸盐材料)进入套管2的内部。

如图1和3所示，基座1包括主体部11、连接部12和输出组件。具体地，主体部11形成为大致的六棱柱形，并具有沿轴向方向延伸的中心孔；连接部12设置在主体部11(图3中的右端)的一端并连接至容器的壳体，例如连接部12设置成外螺纹，以与容器的壳体螺纹结合，从而将基座1安装在容器的壳体上；输出组件连接至主体部11并与所述连接部12相对，所述套管2穿过所述中心孔引出所述主体部11，这样，在套管2的内部与热电偶3电连接的导线通过所述输出组件引出容器的壳体，从而使得导线与外部的电子设备电连接，以获得所测量的温度值。

在一种实施例中，如图1和3所示，所述输出组件包括：与所述主体部11连接的螺纹部13；螺纹连接在所述螺纹部13上的连接环14；以及设置在所述套管2的外部的保护弹簧15。连接环14用于密封穿过所述螺纹部13伸出的套管2与螺纹部13之间的缝隙，避免灰尘、水分之类的杂物进入套管2的内部。保护弹簧15设置在套管2的端部，以保护套管2的端部和从套管2伸出的热电偶3的导线31。

进一步地，如图1和4所示，输出组件还包括至少一个接口组件18，每个接口组件18与所述热电偶3的导线31电连接，以将所述热电偶3 电连接至电子设备(未示出)，从而对热电偶3产生的电信号进行处理，以生成表示被侧点的局部温度的温度值。接口组件18包括电插头181，以便于通过插接的方式将本实用新型实施例的测量装置电连接至电子设备。

另外，如图1和3所示，输出组件还包括固定垫圈16和金属垫片17，在容器的壳体上设有与连接部12螺纹连接的内螺纹，内螺纹的底部设有台阶。在将基座1安装至容器的壳体上时，可以旋转主体部11，使得连接部与壳体上的内螺纹结合，同时固定垫圈16将金属垫片17压靠在壳体的台阶上，从而将基座1密封地安装在容器的壳体上。

根据本实用新型上述实施例的用于测量物品热物性的测量装置，可以利用伸出套管的多个热电偶测量高温下硼酸盐热物性参数，高精度地测量密实硼酸盐材料热物性参数。热电偶在接触高温硼酸盐熔体时不会损坏，保证不同测点之间的距离固定。多点热电偶中每个独立的N型热电偶测点通过不锈钢套管的通孔伸出，避免了不锈钢套管自身导热对测量结果造成影响。使用N型热电偶相较于使用贵金属热电偶降低了测量成本，并且拥有更高的温度电阻系数，5mm间隔的测点布置方式可得到更精确的测量结果。

本实用新型实施例的测量装置可以应用于热工水力工程领域，特别是应用于高温熔融物边界壳层的凝结过程及传热系数等热物性的测量，测量从1200℃高温环境到常温的金属熔融物固化过程、冰水混合物、土壤等存在热分层的材料导热系数及温度梯度。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合，从而在解决本实用新型的技术问题的基础上，实现更多种用于测量物品热物性的测量装置。

在详细说明本实用新型的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本实用新型亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。应注意，措词“包括”不排除其它元件 或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本实用新型的范围。

Claims (12)

1.一种用于测量物品热物性的测量装置，所述物品容纳在容器内，其特征在于，包括：

基座，密封地安装在所述容器的壳体上；

套管，插入到所述物品中，所述套管的第一端安装在所述基座上，所述套管的管壁上设有多个通孔；以及

多个热电偶，每个所述热电偶的探测端从所述套管的内部径向地穿过所述通孔伸出，以感应所述物品的局部温度。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述套管由两个半圆管焊接而成。

3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述通孔在两个所述半圆管中的至少一个上沿所述套管的轴线方向排列成至少一行。

4.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述通孔在轴线方向上以相等的间距排列，所述热电偶采用焊接方式固定在通孔中。

5.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，相邻的两个热电偶之间的间距为4-6毫米，位于最远端的热电偶与套管最远端的距离为13-17毫米，所述热电偶伸出所述套管外部的长度为1.3-1.7毫米。

6.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，相邻的两个热电偶之间的间距为5毫米，位于最远端的热电偶与套管最远端的距离为15毫米，所述热电偶伸出所述套管外部的长度为1.5毫米。

7.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述套管的与所述第一端相对的第二端设有端塞，以密封所述第二端。

8.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述套管的内部设有填充物。

9.如权利要求1-8中的任一项所述的测量装置，其特征在于，所述基座包括：

主体部，具有沿轴向方向延伸的中心孔；

连接部，设置在所述主体部的一端并连接至所述容器的壳体；以及

输出组件，连接至所述主体部并与所述连接部相对，所述套管穿过 所述中心孔引出所述主体部。

10.如权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述输出组件包括：

螺纹部，与所述主体部连接；

连接环，螺纹连接在所述螺纹部上，以密封穿过所述螺纹部伸出的套管与螺纹部之间的缝隙；以及

保护弹簧，设置在所述套管的外部。

11.如权利要求10所述的测量装置，其特征在于，所述输出组件还包括至少一个接口组件，每个接口组件与所述热电偶的导线电连接，以将所述热电偶电连接至电子设备。

12.如权利要求1-8中的任一项所述的测量装置，其特征在于，所述物品为熔融的硼酸盐，所述硼酸盐在靠近所述壳体的部位由于壳体的冷却而固化成壳层，使得所述硼酸盐内部从中心到壳层具有温度梯度。