用于确定温度和/或压力的测量装置及该测量装置的应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于确定温度和／或压力的测量装置，该测量装置至少具有一个用于超声波脉冲（５０，６３，７０）的发射／接收单元（Ｓ／Ｅ）和一个用于反射（１５，１６，１７）超声波脉冲（５０，５３ａ）的器件。在此由所述发射／接收单元（Ｓ／Ｅ）至少发出一个穿过对象（２）进入到所述用于反射的器件中的超声波脉冲（５０），在此所述对象（２）对于超声波脉冲（５０，６３，７０）而言至少部分地可穿透。另外，所述至少一个超声波脉冲（５０，５３ａ）可由所述用于反射的器件温度相关地在所述发射／接收单元（Ｓ／Ｅ）的方向上反射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于确定温度和/或压力的测量装置，该测量装置具有至少一个用于超声波脉冲的发射/接收单元以及至少一个用于反射超声波脉冲的器件。另外，本专利技术涉及一种用于运行所述测量装置的方法以及该测量装置的一种应用。
技术介绍
涡轮机、例如蒸汽轮机或燃气轮机在技术上用作热力机械，以用于将存储在气流中的能量转化成机械能，尤其转化为旋转运动。此外，也可以如压缩机那样来考虑涡轮机，通过它可以向气流输送机械能。为了在燃气轮机中在能量利用方面达到尽可能大的总效率，要将从燃气轮机的燃烧室到流动通道的燃气入口温度选择得尽可能地高。例如燃气入口温度高于1000℃。这要求，在这么高的物理负荷时涡轮机在运行中要处于监控状态下。此时在涡轮机内部进行的温度和压力测量特别提供关于该涡轮机状态的重要信息。为此通常采用在涡轮机中安装测量探头，它的信号和馈电导线借助于通过涡轮机壁的绝缘套管向外引出。因此大量的温度和压力测量点要求大量的绝缘套管和密封件。这表示在高物理负荷的情况下始终存在的误差源，这些误差源要尽可能避免，以便确保涡轮机可靠地运行。
技术实现思路
在此本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种测量装置和一种用于运行所述测量装置的方法，其可以实现尽可能简单、可靠且成本低廉地确定温度和压力，通过所述测量装置和所述方法可以最大程度地排除上面所提到的问题并开拓广泛的应用空间。为解决上述技术问题，对应于权利要求1特征部分提供了一种测量装置。相应地，该用于确定温度和/或压力的测量装置至少具有 -用于超声波脉冲的发射/接收单元，和-用于反射超声波脉冲的器件，其中-由该发射/接收单元发出至少一个穿过对象进入到所述用于反射的器件中的超声波脉冲，-该对象对于超声波脉冲至少是部分地可穿透的，以及-该至少一个超声波脉冲可由所述用于反射的器件温度相关地在该发射/接收单元的方向上反射。对温度和/或压力敏感的无源(passiv)测量值接收器通过对象、尤其是通过金属壁借助于超声波脉冲可以应答，由此可以达到与此相关的优点，即在对象内、尤其是在金属壁内避免实施并进而避免随之而来的必须的密封。由从属于权利要求1的从属权利要求中可以得知按照本专利技术的优选扩展设计。特别有利的是，所述发射/接收单元具有至少一个声变换器。所述发射/接收单元优选具有至少两个声变换器。在此有利的是，所述测量装置具有至少一个用于发出至少一个通过所述对象进入到所述用于反射的器件中的超声波脉冲的第一声变换器以及至少一个用于接收来自所述反射器件的至少一个与温度相关地反射来的超声波脉冲的第二声变换器。如果所述测量装置具有至少一个不仅用于发出至少一个通过所述对象进入到所述用于反射的器件中的超声波脉冲，而且还用于接收来自所述反射器件的至少一个与温度相关地反射来的超声波脉冲的声变换器，则也是有利。业已证明有利的是，所述发射/接收单元具有在声变换器与对象之间设置的声波导体。有利的是，所述至少一个超声波脉冲可聚焦到所述用于反射的器件中。有利地是将所述用于反射的器件构造为具有能导热的围壁和带有朝向所述对象的开口的容器，其中该容器内含材料，该材料的声速相对于所述对象而言具有更高的、尤其至少10倍高的温度系数。在此所述反射器件优选形状配合地设置在凹槽中。所述测量装置优选具有用于控制所述至少一个发射/接收单元的控制器件。另外，所述测量装置优选具有用于预处理在所述至少一个发射/接收单元中产生的测量信号的信号预处理器件。此外，所述测量装置优选具有用于传输所述经预处理的测量信号的信号传输器件。此外，该测量装置优选还具有用于对所传输的测量信号进行分析的信号处理器件。另外，通过本专利技术还提供了一种用于运行所述测量装置的方法，其中，由所述发射/接收单元发出至少一个经过对象进入到所述用于反射的器件中，并由所述用于反射的器件在发射/接收单元的方向上与温度相关地进行反射的超声波脉冲。此外，通过本专利技术还提供了所述测量装置的一种用途，用于确定涡轮机、尤其燃气轮机或蒸汽轮机内的温度和/或压力。附图说明在此借助于附图详细地阐述所述装置的优选、但决不仅限于此的具体实施方式。为了视图清楚起见，附图不是按比例画出的并且仅简略地示出某些特征。附图中图1示出具有内含材料的容器作为反射器件的测量装置；图2示出具有表面波谐振器和声波型变压器或压电变压器作为反射器件的测量装置；图3示出具有用作反射器件的压电振荡器的测量装置；图4示出具有压电振荡器和连接在该压电振荡器上的设有核芯的电感作为反射器件的测量装置；图5示出具有用作反射器件的压电振荡器的测量装置，其中该压电振荡器与设有核芯的电感和电容相连。在图1至5中相应的构件以相同的附图标记标注。具体实施例方式在图1中示出按照本专利技术的具有用于反射的器件的测量装置，所述器件是填充有材料的容器。在此该材料呈现具有特征温度系数的声速。为此请参见参考文献〔1〕。此外，该尤其是压力屏蔽的容器具有导热性能良好的围壁。在图1中的附图标记含义如下S/E发射/接收单元 1 超声波变换器2 对象3和4分别为对象表面50、51a、61、61a和70超声波脉冲或超声波脉冲分量8 围壁9 填料10 声波导体22 容器从发射/接收单元向该容器的方向至少发出一个超声波脉冲，在该容器内反射该超声波脉冲并再由发射/接收单元进行检测。在此，发射/接收单元包括尤其是压电或磁致伸缩变换器系统形式的超声波变换器。对此请参见参考文献〔7〕。射入到所述对象内的至少一个超声波脉冲的尽可能高的分量进入到所述容器内并在该容器的后壁上被反射，为此将具有良好声阻抗匹配性的容器内材料设置到背离所述发射/接收单元的对象表面上。在此将所述至少一个超声波脉冲聚焦到所述容器上具有提高效率的优点。通过选择由对象表面(在其上安装所述容器)所反射的超声波分量和从容器中所反射的超声波分量可以提取出在所述填料中的通过时间，并利用关于声学参数、尤其是填料的与温度有关的声速和容器的尺寸的知识来表示容器周围温度的大小的度量。因此由先前测定的在填料中的通过时间可以推导出容器周围的温度。为了通过冗余提高精度，有利的是将热膨胀的影响与声速变化分开，在温度相同的地方安装两个容器，其中一个容器填充具有声速的高温度系数、但较小热膨胀的材料，而其中另一个容器填充具有热膨胀的高温度系数、但声速恒定的材料，并比较对它们的测量。如果不能通过分析实现逆算，则可以通过列表的实验室测量进行比较。在图2中示出带有用于反射的器件的本专利技术的测量装置，所述器件包括表面波谐振器和声波型变压器(akustischer Modentransformator)或压电变压器。在图2中进一步通过下述附图标记表示11另一个超声波变换器62超声波脉冲或超声波脉冲分量12另一个声波导体13声波型变压器或压电变压器14表面波谐振器也称为SAW(Surface Acoustic Waves)谐振器的表面波谐振器的压电材料可以按公知的方式构造成，其谐振频率与温度或压力相关并且SAW构件在这种意义上用于远程传感(remote sensoring)。对此请参见参考文献〔2〕。为此可以考虑采用在高达1000°K的条件下检验的SAW材料、例如LGS(La3GaSiO14)和LGT(La3Ta0.5Ga5.5O14)。对此请参见参考文献本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定温度和／或压力的测量装置，其至少具有　　　　－用于超声波脉冲（５０，６１，６２，６３，７０，８０）的发射／接收单元（Ｓ／Ｅ）和　　　　－用于反射超声波脉冲（５０，５１ａ，５３ａ）的器件，其中　　　　－由所述发射／接收单元（Ｓ／Ｅ）发出至少一个穿过对象（２）进入到所述用于反射的器件中的超声波脉冲（５０），　　　　－所述对象（２）对于超声波脉冲（５０，６１，６２，６３，７０，８０）至少是部分地可穿透的，以及　　　　－所述至少一个超声波脉冲（５０，５１ａ，５３ａ）可由所述用于反射的器件温度相关地在该发射／接收单元（Ｓ／Ｅ）的方向上反射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯格尔德布鲁梅尔，尤维琳纳特，克劳斯纽尔拉，迈克尔威尔希，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]