CN105556265A - 高温探测器 - Google Patents

Abstract

公开了高温探测器和用于组装高温探测器的方法。高温探测器可以包括：棒，其具有埋置在棒中的热电偶；以及基本包围棒的陶瓷基质复合物护套。高温探测器还可以包括包围棒的一部分的外金属管，和设置在氧化铝棒与外金属管之间的内金属管，内金属管被配置成防止棒相对于外金属管空间位移。

Description

高温探测器

相关申请的交叉引用

本申请要求在2014年3月11日提交的题为“高温探测器”的临时申请61/951,068、在2013年11月22日提交的题为“高温探测器”的临时申请61/907,555以及在2013年8月7日提交的题为“高温探测器”的临时申请61/863,119的权益，这些申请的内容通过引用合并到本文中。

技术领域

本发明涉及温度测量领域，并且更具体地，涉及用于在恶劣环境例如飞机涡轮中使用的温度探测器。

背景技术

需要温度探测器来在恶劣环境例如飞机涡轮中测量温度。存在于飞机涡轮中的排气是强劲的、热的且化学活性的。此外，在未来的飞机涡轮中排气温度预计会增加。目前，使用金属例如镍合金来保护在飞机涡轮的恶劣环境中使用的探测器。然而，在未来更热的排气应用中，这样的探测器将具有相对短的寿命。

发明内容

本发明的方面包括温度探测器和形成温度探测器的方法。温度探测器可以包括棒、热电偶、外管、内管和护套。热电偶被埋置在棒中。外管包围棒的至少一部分。内管被设置在棒与管之间以防止棒的移位。陶瓷基质复合物护套基本包围棒和外金属管。

本发明的另一个方面包括用于组装温度探测器的方法。用于组装温度探测器的方法可以包括在第一构件与第二构件之间设置热电偶；使第一构件与第二构件配合以形成棒；在棒的一部分上布置外管以使第一构件与第二构件结合；在棒的至少一部分与外管的至少一部分之间布置内管，以使棒相对于外管固定；以及施加陶瓷基质复合物护套以基本覆盖棒和外金属管。

本发明的附加的方面包括温度探测器，所述温度探测器包括棒、埋置在棒中的热电偶、以及在棒的端部上延伸的探测器底座。温度探测器还可以包括覆盖棒的至少一部分和探测器底座的一部分的护套。棒、探测器底座、或护套中的至少之一包含陶瓷基质复合材料。

本发明的另一些方面涉及用于组装温度探测器的方法，所述方法包括形成具有至少一个通道的棒；通过至少一个通道安装热电偶的线；在棒的端部上设置探测器底座；在探测器底座和棒上缠绕陶瓷编织物；以及将陶瓷编织物加工成陶瓷基质复合材料，由此形成包围探测器底座和棒的护套。

附图说明

当结合附图阅读下面的详细描述时，根据下面的详细描述来最好地理解本发明，相似的元件具有相同的附图标记。当存在多个类似的元件时，单个附图标记可以使用表示特定元件的小符号标识来指代多个类似的元件。附图中包括下面的图：

图1是根据本发明的一些方面的探测器的截面图；

图2是根据本发明的一些方面的棒的构件的透视图；

图3是根据本发明的一些方面的棒的透视图；

图4是根据本发明的一些方面的包围棒的外管的透视图；

图5是根据本发明的一些方面的在包围棒的外管内布置的内管的透视图；

图6是示出了根据本发明的一些方面的组装探测器的步骤的流程图；

图7是根据本发明的一些方面的探测器的截面图；

图8A和图8B是根据本发明的一些方面的用于探测器的棒的视图；

图9A和图9B是根据本发明的一些方面的用于探测器的具有底座的棒的视图；

图10A和图10B是根据本发明的一些方面的探测器的视图；

图11是示出了根据本发明的一些方面的组装探测器的步骤的流程图；

图12A和图12B是根据本发明的一些方面的探测器的视图；

图13A和图13B是根据本发明的各方面的探测器的视图；以及

图14是示出了根据本发明的一些方面的组装探测器的步骤的流程图。

具体实施方式

需要更高性能的温度传感器。对于感测温度的需要，近来或最新的涡轮的温度将达到约1100℃至约1200℃范围内。为了必要的传感器精确度和有益于监测，未来的涡轮将需要高于1300℃。先前用于这些传感器的标准材料(镍基超级合金)在大于1200℃的温度下将不再可用。

保持测量更靠近燃烧室意味着更精确的热部监测。这有益于维护间隔计划(intervalplanning)和涡轮效率。

传感器可在最高达1350℃的涡轮流中短时间可用并且高于1200℃的涡轮流中持续可用。在一个实施方案中，陶瓷基质复合物探测器带有陶瓷绝缘的热电偶，该热电偶具有与K型标准输出十分类似的EMF输出。

在不具有高于1300℃的温度性能的情况下，温度传感器必须远离涡轮的较热部。在具有1300℃的感测器温度性能的情况下，传感器较近，并且涡轮监测的数据较好。

设计了对于涡轮应用达1350℃的陶瓷基质复合物基温度传感器。先前最高温度性能的涡轮传感器使用镍基超级合金，以实现接近1200℃的性能。严重限制了使用任意镍合金的在远高于1200℃的温度下的寿命。用于由涡轮OEM制造出的新型热部部件的合适的材料包括陶瓷基质复合物。陶瓷基质复合物与单独的抗蠕变性裸陶瓷(bareceramic)相比具有益处。在高性能温度传感器内部已经使用了通常为镁氧化物形式的陶瓷；还使用了铝氧化物。在一个实施方案中，利用氧化铝纤维和基质两者将铝氧化物陶瓷基质复合物应用到高性能温度探测器的外部。与需要环境阻挡涂层的、使其容易被腐蚀并且随后失效的碳复合物相比，氧化物类陶瓷对于涡轮燃烧室的极具挑战性的化学环境而言具有更好的抵抗力。然而，硅碳化物基复合物中的一些碳与氧化物陶瓷相比具有更高的温度额定值。

铝氧化物陶瓷基质复合物在大于1200℃下进行工作，并且因为其对涡轮内部的环境有抵抗力，所以铝氧化物陶瓷基质复合材料不需要环境阻挡涂层。

在不具有大于1300℃的温度性能的情况下，温度传感器必须远离涡轮较热部。传感器位置远离涡轮以使镍合金能够使用，意味着传感器将测量热的燃烧气体与冷却压缩机空气的混合物，这增加了对于知晓涡轮温度的不确定性并且监测涡轮的温度降低的能力较差，这对维护计划有不利影响。

本发明的益处在于：不损害等同于新型涡轮需求的温度传感器性能。在常规传感器涡轮位置中，陶瓷基质复合物探测器可以距燃烧室更近，并且能够不损失性能信息。新型以及未来的涡轮计划在更高的温度下工作。在涡轮的热部中的部件需要满足新的更高的性能水平，特别是当温度升高时的温度。

在此之前，在涡轮温度传感器中未曾使用陶瓷基质复合材料。较高的温度性能增加了涡轮的价值，并且为涡轮的运营者增加了价值，这使得该涡轮与其竞争者相比不同。对于始终期望的重量轻的益处，陶瓷基质复合物的密度还小于金属的密度。

可以根据本发明的实施方案来使用由较小刚性的材料制成的可替代的棒。刚性棒与由陶瓷基质复合(CMC)材料制成的棒相比几乎不具有延展性。CMC材料相比于刚性陶瓷(例如氧化铝)在失效时更缓和(gracefully)。下面将描述与陶瓷棒相比较不易碎的棒的实施方案。

图1描绘了根据本发明的一些方面的探测器100的一个实施方案的截面图。所示出的探测器100包括护套108、棒103、内管106和外管104。参考图2在下文所描述的，探测器100还包括埋置在棒103内的热电偶。探测器100具有穿过探测器100的中心的纵向延伸的轴110。

棒103可以是氧化铝基(例如，铝氧化物)、硅基、硅碳化物基(例如，SiC纤维、SiC基质等)、碳基和/或其他材料/适于在温度探测器内使用的材料的组合。棒103、护套108、管106和104和/或探测器100的其他部件可以由待形成为CMC材料的纤维/基质材料构造。例如，纤维可以包括CHNicalon^TM、Hi-Nicalon^TM、Sylramic^TM、Carbon、Nextel^TM312、Nextel^TM610、Nextel^TM720、镍合金金属等。基质可以是硅基材料(例如，SiNC、SiC+Si3N4、SiC、SiO2等)、氧化铝基材料(例如，Al2O3等)和/或硅基材料与氧化铝基材料的组合(例如，SiO2+Al2O3等)。

图1中所示的棒103由第一构件102a和第二构件102b形成。可以沿轴110将构件102a与构件102b配合，以形成棒103。在一个实施方案中，构件102a和构件102b彼此大致对称。虽然在本文中示出并描述了由两个对称的构件形成的棒，但是可以预期的是，棒103可以具有一体式构造，棒103可以由多于两个的构件形成，并且所述构件不需要对称。

图2描绘了图1的棒的第一构件102a。构件102a具有在配合表面204上的凹槽(未示出)。配合表面204可以与构件102b的对应配合表面(未示出)配合。在一个实施方案中，凹槽仅存在于第一构件中，以形成热电偶202的通道。在其他实施方案中，至少一个其他构件(例如，构件102b)具有下述凹槽：当该凹槽与第一构件102a的凹槽结合时形成热电偶202的通道。在配合之前，热电偶202被布置在一个构件102a的凹槽中。热电偶的温度功能部206位于探测器100的端部处，温度功能部206可以露出和/或延伸到护套108外。

图3描绘了由配合的第一构件102a和第二构件102b形成的棒103。使第一构件102a与第二构件102b进行配合将热电偶202埋置在其间。在一些实施方案中，棒103具有固定突起302。固定突起302位于棒103的某一区域中，在该区域中，垂直于轴110的平面中截面的周长大于在其它点处截面的周长。虽然图3示出了固定突起302是棒103的外表面304的周长均匀增加的情况，但是可以预期的是，外表面304中的能够防止棒沿轴向滑过周围的管(例如管104)的任意结构变化均可以用作固定突起。

图4描绘了包围棒103的外管104。外管104的布置使第一构件102a和第二构件102b保持在配合位置。外管104可以具有唇部(lip)114，唇部114可以使固定突起302结合到棒103上，以阻碍棒103完全穿过外管104。外管104可以由铬或镍、合金、氧化铝、CMC或者适于在温度探测器中使用的其他材料制成。

所示出的外管104还具有在外表面404上的固定突起402，以防止护套108位移。虽然图4示出了固定突起402是外管104的外表面404的周长均匀增加的情况，但是可以预期的是，可以使用外表面404中的防止护套108沿轴110位移的任意结构变化。

图5描绘了棒103、外管104和内管106。内管106可以接触外管104的内表面以及棒103的外表面304。内管106的第一端112可以接触棒103上的固定突起302。可以将内管106焊接502至外管104。可以使用已知的焊接技术。可以预期的是，可以通过除焊接之外的适于在高温环境中使用的方法(例如，钎焊，利用CMC材料来进行加工等)来附接内管106和外管104。将外管104附接至内管106，确保棒103相对于外管104不会位移。在一个实施方案中，确保棒上的固定突起302在内管106的第一端112与外管104的内表面上的突起404之间。

在一个实施方案中，内管106的内表面504的一部分与棒103的外表面304不接触。内表面504的所述部分可以适于与其他装置或物体附接。可以使用螺纹、缺口、突起或其他合适的附接方法来使内表面适于附接。内管106可以由铬或镍、合金、CMC或者适于在温度探测器中使用的任意材料制成。

返回参考图1，将护套108施加到棒103和外管104之上。护套108可以由多种陶瓷基质复合材料形成。例如，陶瓷基质复合材料可以是碳基质形式的的碳纤维、硅碳化物基质形式的的碳纤维、硅碳化物基质形式的的硅碳化物纤维以及氧化铝基质形式的的氧化铝纤维。可以以本领域的技术人员根据本文中的描述能够理解的方式来将护套108施加至棒103。护套108的外表面118可以具有大约125或更小的平滑度。在一个实施方案中，护套108的外表面118的平滑度小于32。护套108的厚度可以为约0.03英寸至0.06英寸。

护套108附接至外管104。在一个实施方案中，护套108形成为与外管104的外表面404上的固定突起402接触，这阻止了护套108的位移。

如图1至图5所描绘的，温度探测器具有朝温度功能部206向下延伸的截头圆锥形状，其中包括外管104的端部的直径大于朝向温度功能部206的端部的直径。朝向外管104的端部的较大的直径为温度探测器提供了针对在工作期间施加至探测器的力的应力耐受性(stressresistance)。

图6描绘了根据本发明的方面的探测器的组装实施方案的步骤的流程图600。参考图1至图5中的探测器以在下文描述流程图的步骤。应当理解的是，可以使用这些步骤来组装除图1至图5中所描绘的探测器之外的探测器，并且可以以不同的顺序来执行步骤602至步骤610中的一个或更多个步骤，和/或可以省略步骤602至步骤610中的一个或更多个步骤。

在方框602处，将热电偶定位在第一构件与第二构件之间。可以将热电偶202定位在第一构件102a与第二构件102b之间。在一个实施方案中，将热电偶202定位在通道中，该通道由至少一个构件中的凹槽形成。第一构件和第二构件可以对称。

在方框604处，通过将第一构件与第二构件配合来形成棒。可以通过将第一构件102a与第二构件102b进行配合来形成棒103。可以沿第一构件的配合表面204和第二构件的配合表面(未示出)来将第一构件102a与第二构件102b配合。在一个实施方案中，使用机械研磨(machineground)、铸造或该两个成形工艺的组合来由与护套108化学兼容的材料形成棒103。

在方框606处，将外管布置在棒的至少一部分之上。可以将外管104布置在棒103的至少一部分之上。外管104的布置使第一构件102a和第二构件102b结合。形成外管的材料是金属或者适于在温度探测器中使用的其他材料。

在方框608处，将内管设置在外管的一部分与棒的一部分之间。可以将内管106设置在外管104的一部分与棒103的一部分之间。内管106的布置阻碍了棒103沿轴110相对于外管104的移动。形成内管106的材料可以是适于在约2000华氏度或高于约2000华氏度的温度探测器中使用的金属或者其他材料。在一些实施方案中，形成内管106的材料适用于约2500华氏度或更热的温度。

在方框610处，内管和外管可以被焊接或者以其他方式附接。可以通过已知的焊接技术对内管106和外管104进行焊接或者以其他方式附接，所述已知的焊接技术包括但不限于钨极惰性气体保护焊(tungsteninertgaswelding)或激光焊接。还可以预期的是，可以通过适于附接探测器的部件的其他方法(例如，钎焊，CMC加工等)来附接内管106和外管104。

在方框612处，施加陶瓷基质复合物护套来基本覆盖棒。施加陶瓷基质复合物护套108来基本覆盖棒103。还可以将护套108施加至外管。可以使用施加陶瓷基质复合物护套的标准方法。护套108可以增加延展性以及在折断之前探测器100所经历的塑性变形的程度。

接下来参考图7，根据本发明的一些方面描绘了温度探测器的实施方案。探测器700额定最高1350℃。探测器700具有陶瓷基质复合物护套702、陶瓷内部704以及用于热电偶信号的线(未示出)。在涡轮壁处的探测器底座708比末端710更凉，并且可以选择预期性能为1150℃的可满足的镍超级合金。可以选择除镍超级合金之外的材料，例如关于探测器100所描述的材料。尺寸可以包括大约70mm的插入深度，末端710的直径为约4mm。

参考图8A和图8B，示出了在涡轮温度探测器中使用的棒。通过在每个线的一端处的热电偶接点810而接合的两极热电偶线806和808(例如，一个线为正极而另一个线为负极)被埋置在棒800内。在一个实施方案中，由高温热电偶系统(例如，铂合金、等)制成线。根据本文中的描述，本领域的技术人员将理解其他合适的CMC材料。在热电偶线806和808中的每一个上可以分别地编织陶瓷纤维，例如陶瓷编织物802和陶瓷编织物804。所示的棒800包括在线上圆柱形编织的陶瓷纤维。在一个实施方案中，在线806和808上编织陶瓷纤维。如图8A中所见，在焊接点812处线806和808被焊接在一起，由此形成热电偶。然后可以在高温下对线上的陶瓷纤维进行处理，形成贯穿陶瓷纤维而存在的基质，由此形成棒800。

在图9A和图9B中，根据本发明的实施方案示出了具有底座的棒。底座902可以由陶瓷材料制成。底座902具有第一部904和第二部906，第一部904的直径大于第二部906的直径。底座的功能可以与参照图1至图6上文所述的外管104的功能类似。

参考图10A和图10B，根据本发明的实施方案示出了温度探测器。温度探测器包括棒800、底座902以及覆盖棒800和底座902的护套1002。护套1002可以由CMC材料制成，并且护套1002的功能与护套108的功能类似。线806和808在底座902处离开探测器并且线806和808可焊接至延伸线。在具有护套1002、底座902和棒800的实施方案中，整个温度探测器可以由内部具有热电偶线806和808的高温CMC材料制成，由此使传感器较不易碎。

接下来参考图11，示出了组装温度探测器的步骤的流程图1100。在方框1101处，在两极的线上编织陶瓷纤维。两极的线可以是高温热电偶金属(例如，铂合金、等)。陶瓷纤维可以是例如Nextel720的氧化铝纤维和/或例如关于探测器100所描述的其他材料。在一个实施方案中，围绕每个线而圆柱形编织陶瓷纤维。

在方框1102处，将两极的线焊接在一起以形成用于温度探测器的热电偶。焊接可以是没有填充焊丝的简单的熔焊。在组件的该点处，线形成热电偶。

在方框1104处，利用陶瓷基质前驱体来浸渍(infuse)两个圆柱形编织物。可以通过液体或蒸汽的方式来浸渍编织物。在一个实施方案中，应用溶胶凝胶工艺来浸渍线。一旦编织物被浸渍，线就可以被保持在固定装置中，并且线暴露于升高的温度(例如，约400°F)下直到足够坚固以竖置而没有变形为止。

在方框1106处，将经浸渍的圆柱形编织物加工成两个相邻的CMC圆柱形棒。在一个实施方案中，在高温(例如，约1200℃)下对编织物进行处理，以形成贯穿陶瓷纤维而存在的基质，在方框1101处的线上编织所述陶瓷纤维。这导致陶瓷基质内部的陶瓷编织物在线上。

在方框1108处，在具有线(例如，CMC子组件)的经处理的编织物上缠绕陶瓷编织物。在经编织的线以及热电偶接点上可以缠绕陶瓷编织物。一旦缠绕，以与在方框1104处的浸渍类似的方式在方框1109处对棒进行浸渍，并且以与在方框1106处的处理类似的方式在方框1110处对棒进行处理，以使在经处理的线上缠绕的陶瓷编织物变硬。因为根据方框1101至1110被加工成组装的棒的线、编织物和CMC子组件能够承受流程图1100的高温过程，所以未改变所得的棒结构的内部。

在方框1112处，将棒插入到底座中，并且用护套来覆盖棒。底座和/或护套可以是陶瓷材料，并且底座和/或护套中的每一个可以用作根据图1至图7的上文分别描述的外管104或护套108。

接下来参照图12A和12B，根据本发明的一些方面示出温度探测器的另一实施方案。温度探测器1200包括挤出部1218(例如，棒)、探测器底座1204、热电偶1206、以及布置在探测器底座1204、挤出部1218和热电偶1206上的护套1202。如所绘，热电偶接点1208可被露出以及从护套1202延伸出。

探测器底座1204包括圆柱形的第一部分1222和截头圆锥形的第二部分1224。探测器底座1204还包括形成为穿过探测器底座1204的中心的圆柱形通路1205，探测器底座1204被配置成容纳挤出部1218。在一个实施方案中，探测器底座1204由氧化铝基材料构造。探测器底座1204可以包括从护套1202延伸并且不被护套1202覆盖的端部1216。在一个实施方案中，在端部1216上设置金属底座，并且通过在图13处描述的钎焊工艺将所述金属底座组装至探测器1200。

挤出部1218延伸穿过探测器底座1204的圆柱形通路1205。在一个实施方案中，挤出部1218由氧化铝基材料构造。在一个实施方案中，挤出部1218的直径为约0.125英寸。挤出部1218包括形成为贯穿挤出部1218的长度的通道1220，所述通道1220被构造成容纳热电偶1206的线1207，由此使热电偶线1207隔离以免于暴露于高温。如所绘，挤出部1218部分地延伸通过探测器底座1204的圆柱形通路1205，不过预期挤出部1218可以完全延伸通过探测器底座1204，或替选地不延伸通过探测器底座1204，使得仅热电偶线1207延伸通过圆柱形通路1205。

热电偶1206由热电偶线1207形成，热电偶线1207延伸通过圆柱形通路1205并且被插入在通道1220中，在探测器1200的末端1208处形成有热电偶接点1209。在一个实施方案中，线1207中的每一个的直径为约0.017英寸。热电偶接点1209可以用作探测器1200的温度感测机构。如所绘，热电偶接点1209通过在探测器1200的远端处的末端1208中的开口露出。

在探测器底座1204和挤出部1208的一部分上形成有护套1202。预期护套1202可以形成在整个探测器底座1204上和/或在探测器1202的末端1208处的热电偶接点1209上。护套1202可以由纤维编织物(例如，Nextel编织物、氧化铝纤维、氧化铝基质、硅基纤维、硅基基质、硅碳化物基纤维和/或基质等)构造，纤维编织物可被加工形成陶瓷基质复合材料(例如，添加陶瓷前驱体，处理直至变硬，以及在高温下烧结等)。

探测器1200包括各种形状的部。在探测器1200的近端处是圆柱部1210，其直径大于在探测器1200的远端处的圆柱部1214的直径。部1210与1214之间是直径朝探测器1200的远端减小的截头圆锥部1212。部1210、1212、和1214的构造有利地增加了探测器1200在操作期间对施加于探测器1200的应力的耐受性。在一个实施方案中，护套1202在部1210处具有约0.425英寸的外径和约0.3英寸的内径。在一个实施方案中，护套1202在部1214处具有约0.25英寸的外径和约0.125英寸的内径。探测器1200沿着部1210、1212和1214的长度可以为约2.15英寸。部1210的长度可以为约0.433英寸，部1212的长度为约0.539英寸，并且部1214的长度为约1.178英寸。在一个实施方案中，截头圆锥部1212的直径可以以约9度的角度减小。

虽然描绘了三个部分，但是预期可以利用其它形状和构造来实现期望的优点。例如，探测器可以仅包括两个部分，一个部分的直径大于另一部分，所述探测器可以全部为截头圆锥形，所述探测器可以包括四个或更多个部分等。在一个实施方案中，护套1202在探测器底座1204附近比在探测器末端1208处厚，以增加对应力的耐受性。本领域技术人员将从本文的公开内容中理解探测器的其他形状和构造。

接下来参照图13A和13B，描绘了具有金属底座1301的探测器1300。类似于关于图12A和12B所描述的特征，探测器1300包括棒1218、延伸穿过棒1218的热电偶线1207、探测器底座1204、以及形成在棒1218和探测器底座1204上的护套1202。探测器1300还包括由薄壁内管1302和厚壁外管1304构造的金属底座1301。内管1302可以被钎焊至探测器底座1204。在一个实施方案中，内管1302在探测器底座1204的露出的部1216上延伸。在一个实施方案中，内管1302的部1303在探测器底座1204的部1216上延伸，使得在内管1302与护套1202之间留有空间1305。内管1302可以是合金，例如镍201、哈氏体(Haynes)230等。内管1302可以具有约0.010英寸至约0.015英寸之间的厚度，并且可以具有约0.50英寸的长度。在内管1302的部1303在探测器底座1204上延伸的实施方案中，交叠部1303可以具有约0.10英寸的长度。

内管1302可以被钎焊至探测器底座1204或探测器1200的其他部分。在这样的实施方案中，内管1302的交叠探测器底座1204的部1303形成钎焊接头。相比于外管1304，内管1302是薄的，使得探测器底座1204的陶瓷中的应力因钎焊和形成钎焊接头而保持在最小。钎焊料可以是高温活性金属钎焊料，例如钯合金。

厚壁外管1304被描绘为在内管1302上。外管1304可以在焊接点1308处被焊接至内管1302。外管1304可以由合金(如哈氏体230的合金或者适合在使用温度探测器的高温应用中使用的其他合金)构造。外管1304包括成形为在探测器1300的护套1202上延伸的通道1306。如所绘，外管1304的部1310在护套1202的一部分上延伸。在一个实施方案中，外管1304的在护套1202上延伸的部1310靠近护套1202，但没有物理附接至护套1202。在这样的实施方案中，焊接点1308将外管1304附接至探测器1300，并且部1310与护套1202之间的非物理附接为探测器1300提供了对存在于例如涡轮中的应力的附加的耐受性。外管1304可以转换(例如，经由焊接)成法兰(flange)和结块(junctionbox)以用于附接至涡轮壁。

在图14处，示出了用于构造温度探测器的步骤的流程图1400。在方框1402处，将两个线焊接在一起以形成热电偶。线可以由材料构造。在方框1404处，形成具有通道的挤出部(例如，棒)。挤出部可以是氧化铝基材料。在方框1406处，穿过挤出部中的通道安装经焊接的线。在方框1408处，在挤出部的端部上设置探测器底座。一旦探测器底座被设置在挤出部的端部上，则挤出部可以延伸完全穿过探测器底座或部分穿过探测器底座。

在方框1410处，在挤出部和探测器底座上缠绕陶瓷编织物。陶瓷编织物可以缠绕在整个挤出部和探测器底座上，或者部分挤出部和/或探测器底座上。陶瓷编织物可以由氧化铝基材料、硅基材料、碳基材料、和/或适合于形成为陶瓷基质复合材料的其他材料构造。陶瓷编织物可以被缠绕成跨经探测器底座和挤出部的变化的厚度，以实现期望的形状或构造。

在方框1412处，使用陶瓷基质前驱体来浸渍经缠绕的陶瓷纤维。在一个实施方案中，陶瓷基质前驱体为液体。在方框1414处，对经浸渍的陶瓷纤维进行处理以在探测器底座和挤出部上形成CMC材料。可以首先在相对低的温度下处理经浸渍的陶瓷纤维直到硬化为止。在一个实施方案中，在约400℉下处理经浸渍的陶瓷纤维。一旦经浸渍的陶瓷纤维硬化，则然后在高温下烧结直到形成CMC材料为止。在一个实施方案中，在约1200℃下烧结纤维。

在方框1414处，将金属底座钎焊至探测器底座。金属底座可以包括内管，例如薄壁内管1302。钎焊技术是用于将金属固定至陶瓷材料的类型。钎焊技术在高温下(例如，约1000℃或更高)执行。用于这样的钎焊的材料可以包括钯合金、尼克洛镍铬钎焊料(nicrobrazematerial)等。在一个实施方案中，可以在钎焊金属中使用钛(例如，钎焊合金成分的4％)。将金属钎焊至陶瓷钎焊接头，使得熔融的钎焊材料将润湿接头的陶瓷侧，这是因为陶瓷通常不被熔融金属润湿。在一个实施方案中，使用钼锰化合物(molymanganesecompound)和烧制工艺来制备陶瓷材料的表面。在一个实施方案中，在内管与探测器底座之间沉积CMC材料以便于钎焊接头的钎焊和形成。

选择钎焊接头的形状使得探测器底座的钎焊金属与陶瓷之间的热膨胀率之差相适应，由此使钎焊接头区中的应力在钎焊过程期间保持为最小。在一个实施方案中，金属底座为薄壁内管(例如，内管1302)以使应力保持为最小。内管与探测器底座的交叠可以是简单的几何形式(例如，简单的圆柱交叠)或者其他几何形式(例如，方形交叠、圆锥交叠、环形交叠等)。

从本文中的公开内容将理解探测器零件和材料的可选配置。例如，包括挤出部(例如，棒)的所有部件可以由待形成为CMC材料的材料构造。内部的氧化物CMC材料可以与外部的非氧化物CMC材料结合使用。

虽然参照具体实施方案在本文中示出和描述了本发明，但是本发明不旨在限于所示细节。相反，可以在权利要求的等同方案的范围和值域内并且在不脱离本发明的情况下对细节进行各种修改。

Claims (28)

1.一种温度探测器，包括：

棒；

埋置在所述棒中的热电偶；

外金属管，所述外金属管包围所述棒的至少一部分；

内金属管，所述内金属管被设置在氧化铝棒与所述外金属管之间，并且被配置成防止所述棒相对于所述外金属管发生空间位移；以及

陶瓷基质复合物护套，所述陶瓷基质复合物护套基本包围所述棒和所述外金属管。

2.根据权利要求1所述的温度探测器，其中所述棒包括至少第一构件和第二构件，并且其中所述第一构件和所述第二构件中的至少之一包括形成通道的凹槽；并且

其中所述热电偶被设置在所述通道中。

3.一种用于组装温度探测器的方法，包括：

在第一构件与第二构件之间设置热电偶；

使所述第一构件与所述第二构件配合以形成棒；

在所述棒的至少一部分上布置外管，以使所述第一构件与所述第二构件结合；

在所述棒的至少一部分与所述外管的至少一部分之间布置内管，以使所述棒相对于所述外管固定；以及

施加陶瓷基质复合物护套以基本覆盖所述棒和所述外金属管。

4.一种温度探测器，包括：

棒；

埋置在所述棒中的热电偶；

在所述棒的端部上延伸的探测器底座；以及

护套，所述护套覆盖至少所述棒的一部分和所述探测器底座的一部分；其中所述棒、所述探测器底座、或者所述护套中的至少之一包含陶瓷基质复合材料。

5.根据权利要求4所述的探测器，其中所述热电偶包括：

第一热电偶线；和

第二热电偶线，所述第二热电偶线与所述第一热电偶线耦接以形成所述热电偶。

6.根据权利要求5所述的探测器，其中所述棒包含编织于所述第一线上的第一陶瓷基质复合材料，和编织于所述第二线上的第二陶瓷基质复合材料。

7.根据权利要求5所述的探测器，其中所述第一热电偶线和所述第二热电偶线利用焊缝而耦接。

8.根据权利要求4所述的探测器，其中所述护套包含编织的陶瓷基质复合材料。

9.根据权利要求4所述的探测器，其中所述棒包括挤出部，所述挤出部包括形成在所述挤出部中的至少一个通道。

10.根据权利要求9所述的探测器，其中所述热电偶穿过所述至少一个通道被插入。

11.根据权利要求9所述的探测器，其中所述挤出部是氧化铝基材料。

12.根据权利要求4所述的探测器，其中所述探测器底座包括被配置成容纳所述棒的所述端部的圆柱形通路。

13.根据权利要求4所述的探测器，其中所述热电偶包括延伸穿过在所述护套的端部处形成的开口的热电偶接点。

14.根据权利要求4所述的探测器，其中所述探测器底座包括圆柱部和截头圆锥部。

15.根据权利要求14所述的探测器，其中所述探测器底座的所述截头圆锥部在所述棒的所述端部上延伸。

16.根据权利要求4所述的探测器，还包括组装至所述探测器的端部的金属底座。

17.根据权利要求16所述的探测器，其中所述金属底座在所述探测器底座的端部上延伸。

18.根据权利要求16所述的探测器，还包括布置在所述金属底座与所述探测器的所述端部之间的陶瓷基质复合材料。

19.根据权利要求16所述的探测器，其中所述金属底座包括薄壁内管和厚壁外管。

20.根据权利要求19所述的探测器，其中所述薄壁内管在所述探测器底座处形成钎焊接头。

21.一种用于组装温度探测器的方法，包括：

形成具有至少一个通道的棒；

通过所述至少一个通道安装热电偶线；

在所述棒的端部上设置探测器底座；

在所述探测器底座和所述棒上缠绕陶瓷编织物；以及

将所述陶瓷编织物加工成陶瓷基质复合材料，由此形成包围所述探测器底座和所述棒的护套。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括将金属底座钎焊至所述探测器底座的端部。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述钎焊步骤还包括：

在所述金属底座与所述探测器底座之间沉积陶瓷基质复合材料；以及

将所述温度探测器加热至钎焊温度。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述加热步骤还包括将所述温度探测器加热至作为所述钎焊温度的约1000℃的温度。

25.根据权利要求22所述的方法，其中所述钎焊步骤还包括：

在所述探测器底座的一部分上设置所述金属底座的薄壁内管；以及

将所述内管和所述探测器底座加热至钎焊温度。

26.根据权利要求21所述的方法，还包括使所述热电偶的端部穿过所述护套的端部而露出。

27.根据权利要求21所述的方法，还包括用陶瓷基质前驱体浸渍所述陶瓷编织物。

28.根据权利要求21所述的方法，其中所述形成步骤还包括形成具有至少一个通道的氧化铝基挤出部作为所述棒。