一种难熔金属合金外壳无冷却式高温传感器制造技术

本发明专利技术属于温度测试领域,涉及一种难熔金属合金外壳无冷却式高温传感器,适用于2600K以下高温气流温度测量。具体为：绝缘瓷管套在热电偶丝的外面；热电偶丝的一端伸出绝缘瓷管，外壳包在绝缘瓷管的外围，屏蔽罩包在热电偶丝伸出绝缘瓷管部分的外围，并且外壳与屏蔽罩固定连接；绝缘瓷管和外壳之间填充高温水泥，用于固定和密封。安装法兰固定在外壳的外围，用于将所述高温传感器固定于盛装被测介质的容器上。本发明专利技术由于采用了韧性好的钽钨合金外壳，容易进行机械加工，可以实现较复杂的外壳结构；并且由于外壳不冷却，较之水冷式和气冷式结构，温度传感器的测温误差小，温度传感器的使用性能与寿命均得到提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于温度测试领域,涉及一种难熔金属合金外壳无冷却式高温传感器,适用于2600K以下高温气流温度测量。
技术介绍
目前，测量高温气流温度所用的传感器，一般采用水冷式或气冷式结构，所能测量的最高温度为2000K，由于外壳进行冷却保护，根部温度低，所以温度传感器的测量误差很大。目前在航空领域使用的无冷却式高温传感器，由于外壳多采用SiC(碳化硅)或Al2O3(三氧化二铝)陶瓷，材质脆，抗热冲击性能差，容易碎裂，影响了其使用性能与寿命。航天领域使用的钨外壳高温传感器，可测量2600K的高温，该传感器也存在外壳材料质脆的问题，难于进行机械加工。本专利技术所涉及的技术，由于采用了韧性好的钽钨合金外壳，容易进行机械加工，可以实现较复杂的外壳结构，另外由于外壳不冷却，较之水冷式和气冷式结构，温度传感器的测温误差小，温度传感器的使用性能与寿命均得到提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决当前的高温传感器测温上限低、准确度差、外壳难加工等问题，提出一种难熔金属合金外壳无冷却式高温传感器,可用于2600K以下高温气流温度测量。本专利技术的目的是通过下述技术方案解决的。本专利技术提出的一种难熔金属合金外壳无冷却式高温传感器，其包括：热电偶丝、绝缘瓷管、屏蔽罩、外壳、安装法兰和高温水泥。所述外壳采用钽钨合金材料。如果被测介质为氧化性气氛，则在钽钨合金材料外壳表面镀金属铱。镀铱工艺在外壳焊接完成后进行，采用电镀技术进行铱的镀制。所述热电偶丝的材料选取方法为：对于氧化性气氛的温度测量，当被测温度在2000K以下时，热电偶丝选用铂铑系、铱铑系贵金属热电偶丝；当被测温度在2000K至2600K之间时，热电偶丝选用表面镀膜处理的钨铼系热电偶丝。对于还原性或中性气氛的温度测量，热电偶丝选用钨铼系热电偶丝。对于氧化性气氛的温度测量，当被测温度在2000K以下时，所述热电偶丝选用铂铑30-铂铑6或铂铑40-铂铑20热电偶丝。所述绝缘瓷管的材料选取方法为：当被测温度在1900K以下时，绝缘瓷管选用三氧化二铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)或氧化铍(BeO)；当被测温度在1900K至2600K之间时，绝缘瓷管选用氧化镁(MgO)或氧化铍(BeO)。所述安装法兰采用钽钨合金或钛合金材料。其连接关系为：绝缘瓷管套在热电偶丝的外面；热电偶丝的一端伸出绝缘瓷管，并且伸出长度与热电偶丝直径的比值不小于10；外壳包在绝缘瓷管的外围，屏蔽罩包在热电偶丝伸出绝缘瓷管部分的外围，并且外壳与屏蔽罩固定连接；绝缘瓷管和外壳之间填充高温水泥，用于固定和密封。安装法兰固定在外壳的外围，用于将所述高温传感器固定于盛装被测介质的容器上。所述高温水泥的填充深度不小于5mm；外壳与屏蔽罩之间以及外壳与安装法兰之间的连接采用真空电子束焊接，各部分之间的配合间隙不大于10μm。所述高温传感器包括单测点式和多测点式。所述单测点式高温传感器包括裸露式、单屏蔽式、半屏蔽式或双屏蔽式结构。所述裸露式高温传感器的热电偶丝伸出绝缘瓷管的部分直接暴露在被测环境中。所述单屏蔽式高温传感器的热电偶丝伸出绝缘瓷管的部分被封闭在屏蔽罩内，并且在屏蔽罩上靠近保护外壳的一端的侧壁上设计有出气孔，用于出气，而在屏蔽罩远离保护外壳一端的侧壁面上设计有进气孔，用于进气。所述半屏蔽式高温传感器的热电偶丝伸出绝缘瓷管的部分沿轴线一半裸露，一半通过屏蔽罩屏蔽。所述双屏蔽式高温传感器的热电偶丝是在单屏蔽式结构的基础上再增加一个屏蔽罩和外壳，以进一步提高温度传感器测量的准确度；其内层的进气口位于内层屏蔽罩的顶端；内层的出气口位于内层屏蔽罩上靠近保护外壳的一端的侧壁上；外层的进气口位于外层屏蔽罩的顶端的侧壁上，出气口位于保护外壳底端的侧壁上。对于单屏蔽式高温传感器，进气孔和出气孔的面积之比为1～6；对于双屏蔽式高温传感器，内屏蔽罩的进气孔和出气孔的面积之比为1～6，外屏蔽罩的进气孔和出气孔的面积之比为1～2。当要求测量整个温度场时，所述高温传感器设计成多测点式。多测点式高温传感器包含多组单测点式高温传感器。当要求所述高温传感器的响应时间在毫秒量级时，头部采用裸露式结构。有益效果本专利技术提出的一种难熔金属合金外壳无冷却式高温传感器与已有技术相比较，具有以下优点：①由于采用了韧性好的钽钨合金外壳，容易进行机械加工，可以实现较复杂的外壳结构；②由于外壳不冷却，较之水冷式和气冷式结构，温度传感器的测温误差小，温度传感器的使用性能与寿命均得到提高。附图说明图1是本专利技术具体实施方式中裸露式高温传感器的组成结构示意图；图2是本专利技术具体实施方式中单屏蔽式高温传感器的组成结构示意图；图3是本专利技术具体实施方式中半屏蔽式高温传感器的组成结构示意图；图4是本专利技术具体实施方式中双屏蔽式高温传感器的组成结构示意图；图5是本专利技术具体实施方式中多测点式高温传感器的组成结构示意图；其中，1-热电偶丝、2-绝缘瓷管、3-屏蔽罩、4-外壳、5-安装法兰、6-高温水泥、7-进气孔、8-出气孔、9-单测点式高温传感器。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。本实施例中高温传感器包括：热电偶丝1、绝缘瓷管2、屏蔽罩3、外壳4、安装法兰5和高温水泥6。外壳3采用钽钨合金材料。如果被测介质为氧化性气氛，则在钽钨合金材料外壳表面镀金属铱。镀铱工艺在外壳3焊接完成后进行，采用电镀技术进行铱的镀制。热电偶丝1的材料选取方法为：对于氧化性气氛的温度测量，当被测温度在2000K以下时，热电偶丝1选用铂铑系、铱铑系贵金属热电偶丝；当被测温度在2000K至2600K之间时，热电偶丝1选用表面镀膜处理的钨铼系热电偶丝。对于还原性或中性气氛的温度测量，热电偶丝1选用钨铼系热电偶丝。对于氧化性气氛的温度测量，当被测温度在2000K以下时，所述热电偶丝1选用铂铑30-铂铑6或铂铑40-铂铑20热电偶丝。绝缘瓷管2的材料选取方法为：当被测温度在1900K以下时，绝缘瓷管2选用三氧化二铝Al2O3、氧化镁MgO或氧化铍BeO；当被测温度在1900K至2600K之间时，绝缘瓷管2选用氧化镁MgO或氧化铍BeO。安装法兰5采用钽钨合金或钛合金材料。其连接关系为：绝缘瓷管2套在热电偶丝1的外面；热电偶丝1的一端伸出绝缘瓷管2，并且伸出长度与热电偶丝1直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种难熔金属合金外壳无冷却式高温传感器，其特征在于：其包括：热电偶丝(1)、绝缘瓷管(2)、屏蔽罩(3)、外壳(4)和高温水泥(6)；所述外壳(3)采用钽钨合金材料；所述热电偶丝(1)的材料选取方法为：对于氧化性气氛的温度测量，当被测温度在2000K以下时，热电偶丝(1)选用铂铑系、铱铑系贵金属热电偶丝；当被测温度在2000K至2600K之间时，热电偶丝(1)选用表面镀膜处理的钨铼系热电偶丝；对于还原性或中性气氛的温度测量，热电偶丝(1)选用钨铼系热电偶丝；所述绝缘瓷管(2)的材料选取方法为：当被测温度在1900K以下时，绝缘瓷管(2)选用三氧化二铝(Al2O3)、氧化镁或氧化铍；当被测温度在1900K至2600K之间时，绝缘瓷管(2)选用氧化镁或氧化铍；其连接关系为：绝缘瓷管(2)套在热电偶丝(1)的外面；热电偶丝(1)的一端伸出绝缘瓷管(2)，并且伸出长度与热电偶丝(1)直径的比值不小于10；外壳(4)包在绝缘瓷管(2)的外围，屏蔽罩(3)包在热电偶丝(1)伸出绝缘瓷管(2)部分的外围，并且外壳(4)与屏蔽罩(3)固定连接；绝缘瓷管(2)和外壳(4)之间填充高温水泥(3)，用于固定和密封。...

【技术特征摘要】
2015.12.11 CN 20151091766721.一种难熔金属合金外壳无冷却式高温传感器，其特征在于：其包括：热电偶丝(1)、绝缘瓷管(2)、屏蔽罩(3)、外壳(4)和高温水泥(6)；
所述外壳(3)采用钽钨合金材料；
所述热电偶丝(1)的材料选取方法为：
对于氧化性气氛的温度测量，当被测温度在2000K以下时，热电偶丝(1)选用铂铑系、铱铑系贵金属热电偶丝；当被测温度在2000K至2600K之间时，热电偶丝(1)选用表面镀膜处理的钨铼系热电偶丝；
对于还原性或中性气氛的温度测量，热电偶丝(1)选用钨铼系热电偶丝；
所述绝缘瓷管(2)的材料选取方法为：
当被测温度在1900K以下时，绝缘瓷管(2)选用三氧化二铝(Al2O3)、氧化镁或氧化铍；当被测温度在1900K至2600K之间时，绝缘瓷管(2)选用氧化镁或氧化铍；
其连接关系为：
绝缘瓷管(2)套在热电偶丝(1)的外面；热电偶丝(1)的一端伸出绝缘瓷管(2)，并且伸出长度与热电偶丝(1)直径的比值不小于10；外壳(4)包在绝缘瓷管(2)的外围，屏蔽罩(3)包在热电偶丝(1)伸出绝缘瓷管(2)部分的外围，并且外壳(4)与屏蔽罩(3)固定连接；绝缘瓷管(2)和外壳(4)之间填充高温水泥(3)，用于固定和密封。
2.如权利要求1所述的一种难熔金属合金外壳无冷却式高温传感器，其特征在于：如果被测介质为氧化性气氛，则在钽钨合金材料外壳表面镀金属铱；镀铱工艺在外壳(3)焊接完成后进行，采用电镀技术进行铱的镀制。
3.如权利要求1或2所述的一种难熔金属合金外壳无冷却式高温传感器，其特征在于：对于氧化性气氛的温度测量，当被测温度在2000K以下时，所述热电偶丝(1)选用铂铑30-铂铑6或铂铑40-铂铑20热电偶丝。
4.如权利要求1或2所述的一种难熔金属合金外壳无冷却式高温传感器，其特征在于：所述高温水泥(6)的填充深度不小于5mm。
5.如权利要求1或2所述的一种难熔金属合金外壳无冷却式高温传感器，其特征在于：所述外壳(4)与屏蔽罩(3)之间以及外壳(4)与安装法兰(5)之间的连接采用真空电子束焊接，各部分之间的配...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵俭，王鹏，李亚晋，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11