超高温电磁超声传感器及其获取方法技术

本发明专利技术提供了一种超高温电磁超声传感器及其获取方法。超高温电磁超声传感器包括：壳体；传感器组件，设置在壳体的内部；隔热结构，设置在壳体的内部并位于壳体与传感器组件之间；其中，超高温电磁超声传感器指的是能够检测温度小于等于750℃的待检设备的电磁超声传感器。由于设有位于传感器组件与壳体之间的隔热结构，当应用该超高温电磁超声传感器检测高温设备时，隔热结构能够在一定时间内延缓高温设备的热量传导至壳体内部，从而保护位于壳体内部的磁铁、线圈等传感器组件免受高温损坏，因此能够实现对温度较高的待检设备进行检测的功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声波无损检测
，具体而言，涉及一种超高温电磁超声传感器及其获取方法。
技术介绍
应用于石油、化工、天然气、核电等工业生产的设备，比如管道、压力容器等，经常工作在高温高压环境中。如何保障上述设备安全可靠地长期运行具有非常重要的意义。近来，由于上述在役设备因失效而引发的事故数量在逐年增加，迫切需要对高温在役设备进行准确可靠的质量检验。目前，在高温条件下应用的无损检测技术有红外热成像技术、超声检测技术及激光超声检测技术等。红外热成像技术是利用材料的热弹效应，主要应用于高温压力容器热传导的在线检测或者对常温压力容器的高应力集中部位检测。但这种方法对仪器、环境和待测设备的被检表面要求苛刻，目前还不适用于现场应用。超声检测技术通常用压电超声传感器配合高温耦合剂来实现对高温设备的检测，但这种方法对压电探头和耦合剂都提出了独特的要求，且由于耦合剂的不稳定性导致不能保证检测的稳定性和可靠性。激光超声技术不需要耦合剂，可探测微小缺陷，但能量转换效率低且激光超声信号检测灵敏多不高。电磁超声在检测时无需耦合剂，可实现非接触检测，且具有对材料表面要求低、安全便捷等特点，是目前较为理想的高温检测方法。然而，由于电磁超声传感器内部的永磁铁等柱形磁铁和高频线圈的工作温度有限，采用漆包线绕制或是PCB印刷的线圈耐温一般不超过300℃。常规电磁超声传感器不能够直接用于高温检测，这很大程度上制约了电磁超声传感器在高温检测中的应用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种超高温电磁超声传感器及其获取方法，以解决现有技术中的电磁超声传感器难以检测高温设备的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种超高温电磁超声传感器，超高温电磁超声传感器包括：壳体；传感器组件，设置在壳体的内部；隔热结构，设置在壳体的内部并位于壳体与传感器组件之间；其中，超高温电磁超声传感器指的是能够检测温度小于等于750℃的待检设备的电磁超声传感器。进一步地，隔热结构包括隔热套筒，隔热套筒具有底壁和与底壁连接的侧壁，底壁与侧壁形成用于安装传感器组件的安装槽。进一步地，传感器组件包括磁铁及线圈组件和信号接头，安装槽为阶梯槽，安装槽具有沿槽深方向依次连通且槽面积依次减小的第一槽段和第二槽段，信号接头通过接头安装座安装在第一槽段内，磁铁及线圈组件安装在第二槽段内。进一步地，隔热结构还包括设置在隔热套筒的外侧并与隔热套筒连接的环形凸缘，环形凸缘位于隔热套筒的与底壁相对的一端，隔热结构通过环形凸缘与壳体连接。进一步地，壳体包括端盖和与端盖连接的容纳腔，通过端盖将隔热结构压紧在容纳腔内。进一步地，隔热结构还包括设置在壳体的内壁面和传感器组件的外周之间的空气隔层。进一步地，壳体包括端盖，超高温电磁超声传感器还包括：延长杆；握持手柄，延长杆的第一端与端盖连接，延长杆的第二端与握持手柄连接。根据本专利技术的另一方面，提供了一种超高温电磁超声传感器的获取方法，获取方法用于获得前述的超高温电磁超声传感器，获取方法包括以下步骤：选取隔热材料；利用超高温电磁超声传感器允许的提离高度获取隔热结构；根据能量守恒定律和傅里叶定律，建立隔热结构的热传导模型，模拟传热过程以验证隔热结构的可行性；验证隔热结构的隔热性能；其中，提离高度指的是超高温电磁超声传感器的线圈的朝向待测设备的一侧与待测设备的被检表面之间的距离。进一步地，在利用超高温电磁超声传感器允许的提离高度获取隔热结构的步骤中，获取方法还包括以下步骤：隔热结构的厚度小于或者等于提离高度。进一步地，隔热结构的热传导模型需要满足下述的导热微分方程：其中，t代表温度，τ代表传热时间，ρ为隔热材料的密度，c为隔热材料的比热容，λ为隔热材料的导热系数；导热微分方程需要满足的初始条件为：t(x,y,z,0)＝t0；导热微分方程需要满足的边界条件为：x=0,t=Tx=δ,-λ[∂t∂x]=h(tw-tf);]]>其中，δ是热传导模型在x方向上的厚度，tw，tf分别是界面温度和环境温度，x方向指的是提离高度的方向，界面温度指的是隔热结构的朝向电磁超声传感器的线圈的一侧的侧面的温度。应用本专利技术的技术方案，由于设有位于传感器组件与壳体之间的隔热结构，当应用该超高温电磁超声传感器检测高温设备时，隔热结构能够在一定时间内延缓高温设备的热量传导至壳体内部，从而保护位于壳体内部的磁铁、线圈等传感器组件免受高温损坏，因此能够实现对温度较高的待检设备进行检测的功能。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术的超高温电磁超声传感器的实施例一的立体结构示意图；图2示出了图1的超高温电磁超声传感器的部分立体结构示意图(未示出延长杆和握持手柄)；图3示出了图2的部分结构示意图；图4示出了图2的剖视结构示意图；图5示出了图1的超高温电磁超声传感器检测待检设备的部分结构示意图(仅示出了待检设备、空气隔层和隔热套筒的底壁)；图6示出了图1的超高温电磁超声传感器的设计方法的流程图；图7a示出了图1的超高温电磁超声传感器对温度为700℃的待检设备进行检测的检测结果示意图；图7b示出了图1的超高温电磁超声传感器对温度为750℃的待检设备进行检测的检测结果示意图；图8a示出了图1的超高温电磁超声传感器对由TP347H制成的待检设备进行检测的检测信号图；以及图8b示出了图1的超高温电磁超声传感器对由Q235制成的待检设备进行检测的检测信号图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、壳体；11、端盖；111、轴向通孔；12、容纳腔；20、磁铁及线圈组件；21、磁铁；22、线圈；23、磁铁安装座；30、信号接头；40、握持手柄；50、锁紧件；60、隔热结构；61、隔热套筒；611、底壁；612、侧壁；613、安装槽；6131、第一槽段；6132、第二槽段；62、环形凸缘；63、空气隔层；70、接头安装座；80、延长杆；100、待测设备；200、传感器组件。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。本专利技术及本专利技术的实施例中，高温设备指的是温度在300℃至750℃之内的设备，超高温电磁超声传感器指的是能够检测温度小于等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高温电磁超声传感器，其特征在于，所述超高温电磁超声传感器包括：壳体(10)；传感器组件(200)，设置在所述壳体(10)的内部；隔热结构(60)，设置在所述壳体(10)的内部并位于所述壳体(10)与所述传感器组件(200)之间；其中，所述超高温电磁超声传感器指的是能够检测温度小于等于750℃的待检设备的电磁超声传感器。

【技术特征摘要】
1.一种超高温电磁超声传感器，其特征在于，所述超高温电磁超声传感器包括：
壳体(10)；
传感器组件(200)，设置在所述壳体(10)的内部；
隔热结构(60)，设置在所述壳体(10)的内部并位于所述壳体(10)与所述传感
器组件(200)之间；
其中，所述超高温电磁超声传感器指的是能够检测温度小于等于750℃的待检设备的
电磁超声传感器。
2.根据权利要求1所述的超高温电磁超声传感器，其特征在于，所述隔热结构(60)包括
隔热套筒(61)，所述隔热套筒(61)具有底壁(611)和与所述底壁(611)连接的侧壁
(612)，所述底壁(611)与所述侧壁(612)形成用于安装所述传感器组件(200)的安
装槽(613)。
3.根据权利要求2所述的超高温电磁超声传感器，其特征在于，所述传感器组件(200)包
括磁铁及线圈组件(20)和信号接头(30)，所述安装槽(613)为阶梯槽，所述安装槽
(613)具有沿槽深方向依次连通且槽面积依次减小的第一槽段(6131)和第二槽段
(6132)，所述信号接头(30)通过接头安装座(70)安装在所述第一槽段(6131)内，
所述磁铁及线圈组件(20)安装在所述第二槽段(6132)内。
4.根据权利要求2所述的超高温电磁超声传感器，其特征在于，所述隔热结构(60)还包
括设置在所述隔热套筒(61)的外侧并与所述隔热套筒(61)连接的环形凸缘(62)，
所述环形凸缘(62)位于所述隔热套筒(61)的与所述底壁(611)相对的一端，所述隔
热结构(60)通过所述环形凸缘(62)与所述壳体(10)连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的超高温电磁超声传感器，其特征在于，所述壳体(10)
包括端盖(11)和与所述端盖(11)连接的容纳腔(12)，通过所述端盖(11)将所述隔
热结构(60)压紧在所述容纳腔(12)内。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的超高温电磁超声传感器，其特征在于，所述隔热结
构(60)还包括设置在所述壳体(10)的内壁面和所述传感器组件(200)的外周之间的
空气隔层(63)。

【专利技术属性】
技术研发人员：郑阳，郑晖，张宗健，谭继东，李素军，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11