熔质内部高温跟踪测量装置制造方法及图纸

熔质内部高温跟踪测量装置，属于高温（１０００－２０００℃）测量仪，由感温探头、光缆、多波长高温计和配有专用软件的数据存储分析仪构成。感温探头中心为金属氧化物单晶，外围为特种陶瓷保护壳，后部为高低温光导耦合器。多波长高温计由光调制及波长选择器、光电转换器及跟随放大器构成。本装置测温误差小于０．５％、耐高温、不熔化、抗腐蚀、抗热震、不炸裂、不掉渣、抗氧化、可重复使用、连续跟踪测温、寿命长、用途广泛。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于温度测量装置。在本技术作出以前，国内外在冶炼工业中常用的高温测量装置多由铂一铑热电偶构成。近年来又研制出钨一铼热电偶(见《钨一铼热电偶》北京钢铁研究总院编，冶金部出版社出版，1993年)。它们均属于热电偶。热电偶的寿命仅为十几秒，不仅寿命短，不能对熔质内部温度进行跟踪测量，而且经常给出假信号，精度低，导致产品报废。为了提高热电偶的测量可信度，中国首都钢铁公司仪器仪表厂于1991年研究成功了测温系统的数据自动采集装置，能以每秒4次的采样速率提高测试精度。但由于没有改变热电偶传感方式，因此未能从根本上改变间歇式测量手段，不能跟踪连续测温。近年来光纤温度传感技术问世。1992年中科院西安光机所研制成功双波长光纤温度传感器，但只能测量物体表面温度，不能用于测量熔质内部温度。1983年，美国国家标准局的R.R.Dils发表过“光纤高温计”的文章(见Dils R.R.J.Appl.Phys.54(3)March 1983)，该高温计由高温光纤，低温光纤，光电转换器构成，在高温光纤的感温端通过镀铱和被覆Al2O3粉形成一个黑体腔。1992年，B.E.Adams报道了Dils光纤高温计的工业应用技术，主要包括对燃烧过程的分析，对工业炉的控制，半导体化学汽相沉积反应炉的控制，拉晶体炉的控制及发射率和温度的现场测量，其主要特点是在蓝宝石光导管的端部形成一个薄膜黑体腔以提高高温计在苛刻高温环境下的分辨能力。此外，美国哈里金钢石研究所和美国标准局研制出了“射流毛细管高温计”(见《科学和工业中的温度测量与控制》中译本(下册)；科学出版社，1985年)，其特点是利用气体工作介质的粘性随温度而变化的性质，通过粘性与温度的相关性确定温度。上述高温计只限于在工业真空炉和高温空气炉中应用，不能应用于高温，强氧化，强侵蚀，强冲刷的金属冶炼工业。本技术的目的是提供一种新型高温测量装置，能够进行熔质内部的高温连续跟踪测量，能够耐高温，抗氧化、抗侵蚀，可用于工业高温熔炉，内燃机燃烧室、喷气发动机燃烧室的内部温度诊断测量。本技术的目的是通过下述方案实现的。熔质内部高温跟踪测量装置，由感温探头，多波长高温计和数据存储分析仪构成。感温探头中心为一圆柱体形状的金属氧化物单晶，在该单晶圆柱体周围套装有一个筒形的特种陶瓷保护壳，该单晶圆柱体的后端有一高低温光导耦合器及夹层套筒形的水冷却器。其特种陶瓷保护壳筒体内腔为圆筒形，该保护壳外形可以为圆柱形或棱柱形。其后部的高低温光导耦合器的内腔及外形与特种陶瓷保护壳的内腔及外形相同，水冷却器夹层套筒的内腔形状与特种陶瓷保护壳及高低温光导耦合器的外形相同并吻合。感温探头通过光缆与多波长高温计连接。多波长高温计由光缆插座，圆盘形的光调制及波长选择器，光电转换器及跟随放大器构成。其光调制及波长选择器圆面上从前面到后面分别贯穿嵌装有二至七块圆形窄带滤光片。多波长高温计通过电缆与数据存储分析仪连接。本技术的实施例结合附图说明给出。 附图说明图1，熔质内部高温跟踪测量装置总体结构图；图2，感温探头中心纵剖面结构图；图3，多波长高温计总体结构图；图4，光调制及波长选择器结构图；图5，跟随放大器电路图；图6，数据存储分析仪原理方框图；图7，感温探头嵌入式安装示意图；图8，本技术用于10％铬钢钢水测温结果图。图中序号含义1.光缆，2.多波长高温计，3.电缆，4.数据存储分析仪，5.感温探头，6.待测熔质，7.熔炉，8.陶瓷保护壳，9.进水口，10.冷却水，11.水冷却器，12高低温光导耦合器，13.出水口，14.金属氧化物单晶圆棒，15.光缆插头，16.窄带滤光片，17.光调制及波长选择器，18.驱动马达，19.光电转换器，20.高压电源，21.跟随放大器，22.低压电源，23.信号输出电缆，24.配重片，25.CPU(NPU)，26.键盘，27.高分辨率显示器，28.程控放大器，29.A/D转换器，30.高速双口缓冲器，31.存储管理控制器，32.显示控制器，33.软盘控制器，34.软盘，35.对接法兰，36.熔炉外壳，37.熔炉壁，38.Y轴指示钢水温度(K)，39.10％铬钢钢水温升曲线，40.X轴指示时间(min)。实施例1，感温探头(图2)感温探头5的中心为圆柱体形状的金属氧化物单晶，直径0.50-5mm，长度300-1000mm，可采用Al2O3单晶或MgO单晶制作。该金属氧化物单晶圆棒14的四周被陶瓷保护壳8包围，其前端爆露在外，其后端被高低温光导耦合器12包围和密封，其后端中心连接有光缆1，该光缆从高低温光导耦合器12中间伸出，接入多波长高温计2，陶瓷保护壳8由TiB2加入适量的高温氧化物(如Al2O3、MgO等)压制成型再经高温烧结而成，也可热压成型，具有抗氧化、抗热震、抗侵蚀的特点，可保护感温探头5中心的金属氧化物单晶14不碎裂。同时，它又具有良好的导热性，能在流动熔质的冲刷、磨蚀下保持有效的采光、传光性能。该种陶瓷保护壳8的内腔与圆柱形的金属氧化物单晶14的四周外表面吻合。其外形为棱柱形，可为正四棱柱或正六棱柱等，高、低温光纤的耦合对接由Al、Cu、Fe等金属螺母联结，使高、低温光纤端面间留有1-5mm的间距。水冷却器11两端用金属Al、Cu、Fe等环片焊封形成包围在高低温光纤耦合器12周围的空腔。在空腔的前、后部侧壁上设有进水口9和出水口13，该空腔长5-20cm。水冷却器11借助于流动的冷水可将感温探头5从熔质中传出的热量及时吸收带走，以保证低温光纤能长期工作。感温探头5后端的光缆由石英光纤制成，芯径50-100μm，数值孔径NA＝0.16-0.20，长度一般为30-200m，它可将感温探头5采集的熔质光辐射能传至多波长高温计2。实施例2，多波长高温计(图3、图4)多波长高温计2依次由光缆1、光缆插座15、光调制及波长选择器17、光电转换器19、跟随放大器21及信号输出电缆23构成。光缆1与感温探头5的光缆1相同。光调制及波长选择器17(图4)为一个直径为Φ80-150mm的金属圆盘，该圆盘由一个高速马达驱动，可以绕其圆心旋转。该金属圆盘在表面的一个圆圈上贯穿性嵌有2-7块不同波长的窄带滤光片16及1个配重片24，滤光片16的中心波长可在0.7-1.1μm之间选择2-7个不同波长作为工作波长，最好在0.7-1.1μm之间均匀分布或接近均匀分布。滤光片的半高宽为10-20nm，透过率不低于50％。滤光片16一方面可以将光缆1传来的光束调制为间断光，以保护光电转换器件，另一方面可以将光缆1传来的白光分解成不同波长的光，以便以多波长光来确定出温度。光电转换器19选用S1型光阴极材料制作的光电倍增管，其分压器按生产厂家给出的参考参数制作，阴极灵敏度大于9mA/lm，增益大于105，上升时间小于5ns。光电转换器19由高压电源20供电，其作用是将由光缆1传来，穿过光调制及波长选择器17上的滤光片16而射入的光信号转换成电信号。跟随放大器21可将该电信号放大，图5给出的电路图是在光电转换元件的负载电阻是高阻抗电阻时，为了避免信号发生反射而采用的跟随放大器参考线路图。跟随放大器21由低压电源22供电。高压电源20技术要求是，输出电压范围500-2000V连续可调，本文档来自技高网...

【技术保护点】
熔质内部高温跟踪测量装置，其特征是由感温探头、多波长高温计和数据存储分析仪构成，感温探头通过光缆与多波长高温计连接，多波长高温计同时又通过电缆与数据存储分析仪连接，感温探头中心为一圆柱体形状的金属氧化物单晶，在该单晶圆柱体周围有一个筒形的陶瓷保护壳，该单晶圆柱体的后端有一高低温光导耦合器及夹层套筒形的水冷却器，多波长高温计由光缆插座、圆盘形的光调制及波长选择器、光电转换器及跟随放大器构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王贵朝，田建华，余泉有，吕秀生，何丽华，谭显祥，丁伯南，傅世勤，刘勇，冯婕，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：51[中国|四川]