CN213901968U - 管式炉测温装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种管式炉测温装置，包括铠装热电偶、传动组件及安装座，其中，铠装热电偶设有多个测温点，传动组件包括旋转杆和轴筒，其中，铠装热电偶的一端为测温探头，另一端连接于旋转杆，传动组件被配置为通过驱动旋转杆转动，带动铠装热电偶绕铰接点旋转，使测温探头进行径向温度测量；和/或，通过驱动轴筒沿轴向移动，以带动铠装热电偶沿轴向移动，使测温探头进行轴向温度测量。本公开的管式炉测温装置具有接线方式简易、成本低、测温准确等优势，能够实现对各种管径尺寸的管式炉内进行全区域温度场测温，具有良好的应用前景。

Description

管式炉测温装置

技术领域

本公开涉及测温设备技术领域，具体涉及一种管式炉测温装置。

背景技术

石墨烯、氮化硼等二维原子晶体材料制备和应用基础研究不断深入促使大规模制备这类原子级层厚的薄膜材料的需求日益迫切。作为薄膜制备设备的核心部件，加热炉体的温场均匀性直接影响薄膜材料的生长均匀性。然而，传统的管式薄膜制备设备的长反应管、短加热区的设计方案会造成加热区管内温场受到非加热区环境冷却作用的影响，在加热区管内形成热浮力引起的气流流动，从而使得管内温场分布不均匀，影响薄膜的生长均匀性。此外，由于薄膜制备设备厂商的技术水平参差不齐，因此设备验收时对加热炉体温场均匀性的核验工作对设备使用非常重要；设备使用过程中的维护工作也需定期检查加热炉体的温场分布状态。这些情况均需要准确测量管式薄膜生长设备内部温场分布。

然而，目前薄膜制备的管式炉主要采用两种测温设备，一种是具有单个或多个测温点的长条形热电偶，这种热电偶只能测量管式炉内轴线上的温度分布情况，且当炉内温度较高时，热电偶在无支撑的情况下会导致头部测温点接触管壁，进而影响测温准确性；另一种是单片多个测温点的圆片型热电偶，该热电偶只能测量固定管径的加热炉体内温场分布，引出线较多，接线复杂，造价昂贵，且难以避免不同测温点间工艺差异产生的硬件误差。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种管式炉测温装置，以解决现有测温设备进行管式炉测温时准确度低、成本高、无法实现全温场测量等问题。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开提供一种管式炉测温装置，包括：铠装热电偶、传动组件及安装座，其中，铠装热电偶设有多个测温点；传动组件包括旋转杆和轴筒，其中，旋转杆具有中空部，且旋转杆的一端具有外螺纹段；旋转杆位于轴筒内，外螺纹段与轴筒的内壁之间形成第一空腔，第一空腔设有与外螺纹端相配合且可沿轴向位移的第一螺纹块，其中第一螺纹块通过第一连接件连接于所述铠装热电偶，第一连接件的一端固定连接于所述第一螺纹块，另一端铰接于铠装热电偶；轴筒沿轴向可移动地穿设于安装座，且安装座固定连接于管式炉密封端的外部；其中，铠装热电偶的一端为测温探头，另一端连接于旋转杆，传动组件被配置为通过驱动旋转杆转动，使第一螺纹块沿轴向方向移动，以带动铠装热电偶绕铰接点旋转，其中旋转杆的轴线位于该铠装热电偶的旋转平面上，使测温探头进行径向温度测量；和/或，通过驱动轴筒沿轴向移动，以带动铠装热电偶沿轴向移动，使测温探头进行轴向温度测量。

根据本公开的一个实施方式，外螺纹段与轴筒的内壁之间还形成有第二空腔，第二空腔与第一空腔沿所述旋转杆轴线相对设置，第二空腔内设有与外螺纹段相配合且可沿轴向位移的第二螺纹块，第二螺纹块铰接于一收置于第二空腔内的开设有长条形通孔的支架，支架通过连接于长条形通孔的第二连接件与轴筒连接；其中，第二螺纹块被配置为可通过旋转杆的转动，沿与第一螺纹块相反方向移动，以带动支架绕铰接点于第二空腔外展开，支撑所述传动组件。

根据本公开的一个实施方式，第一连接件与铠装热电偶的铰接点附近设置限位，以使铠装热电偶绕铰接点旋转角度不大于90°。

根据本公开的一个实施方式，第一连接件为钢索，第二连接件为钢片。

根据本公开的一个实施方式，安装座还包括限位部，轴筒的远离铠装热电偶的一端向外突伸形成凸缘，其中轴筒沿轴向向管式炉内部移动时，凸缘限位于限位部。

根据本公开的一个实施方式，管式炉测温装置还包括第一驱动电机和第二驱动电机，第一驱动电机连接于旋转杆，第二驱动电机连接于轴筒。

根据本公开的一个实施方式，第二驱动电机为带有齿轮的步进电机，轴筒于管式炉密封端外部连接有与齿轮相配合的齿轮盘，以实现轴筒旋转，轴筒的旋转角度为0°～360°。

根据本公开的一个实施方式，第一空腔内穿设有热电偶信号引出线，热电偶信号引出线的一端连接旋转杆，另一端连接于信号采集器。

根据本公开的一个实施方式，旋转杆与轴筒通过真空密封件密封连接，安装座与轴筒通过真空密封件密封连接。

根据本公开的一个实施方式，轴筒还包括冷却液容纳腔，冷却液容纳腔设有进液口和出液口，以使冷却液进入或流出冷却液容纳腔，对真空密封件降温。

由上述技术方案可知，本公开提出的管式炉测温装置的优点和积极效果在于：

本公开提出的管式炉测温装置，通过利用旋转杆、轴筒以及安装座等结构相互配合，可以带动铠装热电偶对各种管径尺寸的管式炉内进行全区域温度场测温，该装置结构设计简单、接线方式简易、成本低且能有效保证测温准确性，具有良好的应用前景。

附图说明

为了让本公开实施例能更容易理解，以下配合所附附图作详细说明。应该注意，根据工业上的标准范例，各个部件未必按照比例绘制，且仅用于图示说明的目的。实际上，为了让讨论清晰易懂，各个部件的尺寸可以被任意放大或缩小。

图1是本公开一个实施方式的管式炉测温装置的结构示意图；

其中，附图标记说明如下：

100：铠装热电偶

101：测温探头

102：热电偶引出线

201：旋转杆

2011：第一外螺纹段

2015：第二外螺纹段

2013：第一螺纹块

2014：第二螺纹块

202：轴筒

2020：齿轮2021：进液口

2022：出液口

2023：凸缘

203：第一连接件

2030：第一真空密封件

3010：第二真空密封件

3012：第三密封件

204：支架

205：第二连接件

300：安装座

301：连接部

302：限位部

401：第一驱动电机

402：第二驱动电机

H：铰接点

A-A’：管式炉密封端端面

II：第一空腔

III：第二空腔

具体实施方式

体现本公开特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本公开。

在对本公开的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本公开的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本公开的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本公开范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”、“之间”、“之内”等来描述本公开的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本公开的范围内。

参阅图1，其代表性地示出了本公开提出的一示例性实施方式的管式炉测温装置的结构示意图。本公开提出的管式炉测温装置是以应用于制备薄膜材料的管式炉为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本公开的相关设计应用于其他类型的管式炉中，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本公开提出的管式炉测温装置的原理的范围内。

如图1所示，在本实施方式中，本公开提出的管式炉测温装置主要包括铠装热电偶、传动组件和安装座。需说明的是，图1仅是本公开的管式炉测温装置的部分示意图，并未示出如温度数显表、冷却水控制器等结构。下面将结合上述附图，对本公开提出的管式炉测温装置的一示例性实施方式的各主要组成部分的结构、连接方式和功能关系进行详细说明。

如图1所示，在本实施方式中，管式炉测温装置主要包括铠装热电偶 100、传动组件和安装座300。其中铠装热电偶100内设有多个测温点，在本实施方式中，具有三个测温点，但本公开不限于此。热电偶铠装可以为高铝刚玉管、普通刚玉管、不锈钢等，优选地，所述热电偶铠装为刚玉管，进一步优选高铝刚玉管。

在本实施方式中，传动组件包括旋转杆201和轴筒202，其中，旋转杆 201具有中空部，且旋转杆201的一端加工成第一外螺纹段2011和第二外螺纹段2015。旋转杆201位于轴筒202内，第一外螺纹段2011与轴筒202的内壁形成第一空腔II，也即形成扇形凹槽。第一空腔II内设有与第一外螺纹段2011相配合且可沿轴向位移的第一螺纹块2013，其中第一螺纹块2013通过第一连接件203连接于铠装热电偶100，第一连接件203的一端固定连接于第一螺纹块2013，另一端铰接于铠装热电偶100。第一连接件203可以是具有一定长度的钢索等，本公开不限于此。

具体而言，铠装热电偶一端为测温探头101，其沿热电偶铠装轴向均匀埋入热电偶铠装内，所述测温探头101可采用分度号为K、E、N、S、B、R 等类型，铠装热电偶另一端连接于旋转杆201，具体地，通过快插方式连接于旋转杆201的快插插头，也即近测温区一端的真空插头上(图未示出)。该真空插头的另一端连接热电偶信号引出线102，热电偶信号引出线102穿过旋转杆201的第一空腔，与PLC控制器、温度数显表等信号采集器(图未示出)连接。

如图1所示，在工作时，铠装热电偶与传动组件均置于管式炉内，其中 A-A’截面代表管式炉密封端端面，例如管式炉一侧的盲板面，在A-A’截面左侧为管式炉内，右侧为管式炉外。见图1，在管式炉密封端端面外还连接有安装座300，其中该安装座300为一具有中空结构的套座，轴筒202沿轴向可移动地穿设于安装座300，轴筒202能够在安装座300内自由旋转和水平运动，并通过第二真空密封件3010，例如密封胶圈等实现安装座300与轴筒202的真空密封。

进一步地，旋转杆201还连接有第一驱动电机401，轴筒202连接有第二驱动电机402。当该管式炉测温装置进行工作时，首先通过第一驱动电机 401驱动旋转杆201进行转动，此时，第一螺纹块2013由于外螺纹段201的限制作用向右侧移动，也即远离铠装热电偶100的方向移动，通过第一连接件203钢索的带动，原本处于水平的铠装热电偶100绕铰接点H旋转，旋转杆的轴线位于该铠装热电偶的旋转平面上，使得测温探头101可沿垂直于旋转杆201的方向摆动，实现径向温度测量。在一些实施例中，前述的第一连接件与铠装热电偶的铰接点附近设置限位，以使铠装热电偶绕铰接点旋转角度不大于90°。通过对需要测量的管式炉的管径，调整铠装热电偶100的旋转角度，从而能够实现不同管径尺寸的管式炉内径向温场的温度测量。

在一些实施例中，前述的第一驱动电机401可为步进电机，其与旋转杆 201的端部连接实现驱动。前述的第二驱动电机402可为带有齿轮2020的步进电机，轴筒202设置有与该步进电机齿轮2020相配合的齿轮盘，以实现轴筒旋转和精确定位旋转角度以进行测温，轴筒的旋转角度为0°～360°。

此外，本公开还包括驱动轴筒202沿轴向移动，驱动方式可以是手动驱动，也可以采用电机驱动等方式。如图1所示，通过驱动轴筒202沿轴向移动，铠装热电偶100被带动着沿轴向移动，将实现管式炉不同轴向位置上切面温度的测量，最终实现管式炉内全温场测量。

在一些实施例中，如图1所示，第二外螺纹段2015与轴筒的内壁之间还形成有第二空腔III，也即形成扇形凹槽。第二空腔III与第一空腔II沿所述旋转杆201轴线相对设置，第二空腔III内设有与第二外螺纹段2015相配合且可沿轴向位移的第二螺纹块2014，第二螺纹块2014铰接于一收置于第二空腔内的开设有长条形通孔的支架204，支架204通过连接于长条形通孔的第二连接件205与轴筒连接。其中，第二螺纹块2014被配置为可通过旋转杆201的转动，沿与第一螺纹块2013相反方向移动，以带动支架204绕铰接点于第二空腔外展开，支撑所述传动组件。

具体而言，第二连接件205可以是钢片。第二螺纹块2014中心打孔后铰接支架204，支架204的中下部位置切出长条形通孔，在旋转杆201炉内端部铰接两块钢片，两块钢片的另一端打孔后由钢钉依次穿过钢片和支架 204的长条孔。随着旋转杆201的旋转，带动第二螺纹块2014向着铰接点H 的方向运动，支架204由于与第二螺纹块2014铰接，从而在支架204与旋转杆201组成的平面内沿与铠装热电偶100相反的方向转动相同的角度，防止由于管式炉内温度过高造成空心旋转轴杆的刚度不足而发生弯曲，影响测温。

如图1所示，在一些实施例中，安装座300设有与密封盲板连接的连接部301，一般通过螺钉等方式进行连接，并可增加第三密封件3012以进行密封连接。以及安装座300还设有限位部302。轴筒202的远离铠装热电偶100 的一端向外突伸形成凸缘2023，其中轴筒202沿轴向向管式炉内部移动时，凸缘2023可限位于限位部302。通过该限位设计，使得轴筒202在轴向移动时，避免热电偶探头触碰到管式炉内的另一侧密封板，从而造成探头损坏。

在一些实施例中，本公开还包括将热电偶信号引出线102连接于信号采集器。具体地，例如，热电偶信号引出线102一端连接于旋转杆，另一端穿过旋转杆201引出至炉体外，与PLC控制器连接，此时旋转杆可起到信号传输作用从而实现计算机监控测温。

在一些实施例中，旋转杆201与轴筒202通过第一真空密封件2030密封连接，安装座300与轴筒202通过第二真空密封件3010密封连接。进一步地，所述真空密封件为两个密封胶圈中间夹一个不锈钢钢圈，通过装配时将密封胶圈压缩至紧贴不锈钢钢圈实现真空密封。

在一些实施例中，轴筒202靠近管式炉炉口段的内部为中空密闭，也即具有一冷却液容纳腔。如图1所示，该冷却液容纳腔具有一个出液口2021 和进液口2022，其中进液口2022位于轴筒202靠近炉口段端面下半位置，出液口2021位于轴筒202靠近炉口段端面下半位置。冷却液从进液口2022 流入，从出液口2021流出，用于冷却前述各真空密封件，保证密封性能。其中，在一些实施例中，前述的轴筒202与第二驱动电机402的齿轮2020 相配合的齿轮盘焊接于管式炉密封端外部靠近冷却液进液口2022一端。

此外，本公开的管式炉测温装置还可包含温度数显表、冷却水控制器等配件，其与PLC控制器连接，以实现对管式炉内部温度的智控检测。

本公开的管式炉测温装置，其通过将具有多点测温的铠装热电偶铰接在旋转杆的螺纹段端面上，热电偶通过端面附近的热电偶接头和引出线将热势差信号沿旋转杆引出至测温装置外。与旋转杆连接的步进电机带动旋转杆旋转前进，与此同时，嵌入轴筒内的上下部分的反向螺纹块和正向螺纹块，也即第一螺纹块和第二螺纹块分别向远离铠装热电偶的方向运动和靠近铠装热电偶的方向运动，这两个螺纹块的相反运动带动了铠装热电偶和支架向垂直于旋转杆方向旋转。通过旋转杆带动铠装热电偶在垂直于旋转杆的平面上旋转，可实现测温探头的径向测温。通过对不同待测管式炉的管径，调整铠装热电偶旋转角度，从而能够实现不同管径尺寸的管式炉内径向温场的温度测量。与此同时，轴筒也能够沿轴向移动。通过轴筒的轴向移动，将实现管式炉不同轴向位置上切面温度的测量，最终实现管式炉内全温场温度测量。

本领域技术人员应当注意的是，本公开所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本公开的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本公开不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种管式炉测温装置，其特征在于，包括：

铠装热电偶，设有多个测温点；

传动组件，包括：

旋转杆，具有中空部，且所述旋转杆的一端具有外螺纹段；

轴筒，所述旋转杆位于所述轴筒内，所述外螺纹段与所述轴筒的内壁之间形成第一空腔，所述第一空腔设有与所述外螺纹端相配合且可沿轴向位移的第一螺纹块，其中所述第一螺纹块通过第一连接件连接于所述铠装热电偶，所述第一连接件的一端固定连接于所述第一螺纹块，另一端铰接于所述铠装热电偶；

安装座，所述轴筒沿轴向可移动地穿设于所述安装座，且所述安装座固定连接于所述管式炉密封端的外部；

其中，所述铠装热电偶的一端为测温探头，另一端连接于所述旋转杆，所述传动组件被配置为通过驱动所述旋转杆转动，使所述第一螺纹块沿轴向方向移动，以带动所述铠装热电偶绕铰接点旋转，使所述测温探头进行径向温度测量；和/或，通过驱动所述轴筒沿轴向移动，以带动所述铠装热电偶沿轴向移动，使所述测温探头进行轴向温度测量。

2.根据权利要求1所述的管式炉测温装置，其特征在于，所述外螺纹段与所述轴筒的内壁之间还形成有第二空腔，所述第二空腔与所述第一空腔沿所述旋转杆轴线相对设置，所述第二空腔内设有与所述外螺纹段相配合且可沿轴向位移的第二螺纹块，所述第二螺纹块铰接于一收置于所述第二空腔内的开设有长条形通孔的支架，所述支架通过连接于所述长条形通孔的第二连接件与所述轴筒连接；其中，所述第二螺纹块被配置为可通过所述旋转杆的转动，沿与所述第一螺纹块相反方向移动，以带动所述支架绕铰接点于所述第二空腔外展开，支撑所述传动组件。

3.根据权利要求1所述的管式炉测温装置，其特征在于，所述第一连接件与所述铠装热电偶的铰接点附近设置限位，以使所述铠装热电偶绕铰接点旋转角度不大于90°。

4.根据权利要求2所述的管式炉测温装置，其特征在于，所述第一连接件为钢索，所述第二连接件为钢片。

5.根据权利要求1所述的管式炉测温装置，其特征在于，所述安装座还包括限位部，所述轴筒的远离所述铠装热电偶的一端向外突伸形成凸缘，其中所述轴筒沿轴向向所述管式炉内部移动时，所述凸缘限位于所述限位部。

6.根据权利要求1所述的管式炉测温装置，其特征在于，所述管式炉测温装置还包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述第一驱动电机连接于所述旋转杆，所述第二驱动电机连接于所述轴筒。

7.根据权利要求6所述的管式炉测温装置，其特征在于，所述第二驱动电机为带有齿轮的步进电机，所述轴筒于所述管式炉密封端外部连接有与所述齿轮相配合的齿轮盘，所述轴筒的旋转角度为0°～360°。

8.根据权利要求1所述的管式炉测温装置，其特征在于，所述中空部内穿设有热电偶信号引出线，所述热电偶信号引出线的一端连接所述旋转杆，另一端连接于信号采集器。

9.根据权利要求1所述的管式炉测温装置，其特征在于，所述旋转杆与所述轴筒通过真空密封件密封连接，所述安装座与所述轴筒通过真空密封件密封连接。

10.根据权利要求9所述的管式炉测温装置，其特征在于，所述轴筒还包括冷却液容纳腔，所述冷却液容纳腔设有进液口和出液口，以使冷却液进入或流出所述冷却液容纳腔，对所述真空密封件降温。

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