CN116793519A - 一种“侵蚀型”钨铼热电偶及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种“侵蚀型”钨铼热电偶及其应用。该热电偶包括封装管壳和敏感芯体；封装管壳内填充有高温绝缘粉末；敏感芯体自上而下由带状的介电绝缘薄片、钨合金片、介电绝缘薄片、钨铼合金片、介电绝缘薄片依次设置形成。敏感芯体的前端形成“热”测量结点，后端分别连接钨合金丝和钨铼合金丝引出信号至热电偶插头。由于摩擦产生的若干摩擦焊接结彼此平行并桥接在位于钨合金片和钨铼合金片之间的介电绝缘薄片上形成复合材料测量结，在侵蚀过程中随着前端“热”测量结点的失效，敏感芯体表面自动生成新的“热”测量结点。本发明热电偶可用于测量3000℃以上的侵蚀(爆炸，火箭喷射，研磨等)过程，相比传统热电偶，测温上限和使用寿命显著提高。

Description

一种“侵蚀型”钨铼热电偶及其应用

技术领域

本发明属于钨铼热电偶技术领域，具体涉及一种“侵蚀型”钨铼热电偶及其应用。

背景技术

钨铼热电偶以其价格便宜、热电势性能良好、热稳定性可靠等优秀品质，使其逐渐替代铂铑等贵金属传感器在高温方向的应用，目前，钨铼热电偶已经广泛应用于冶金、工业控制、航空航天等领域，随着我国科技朝着高端制造的发展，对2000℃以上的温度精确测量迫在眉睫，比如特定恶劣环境下爆炸场、超燃冲压发动机出口温度测量、航空发动机燃烧室热效率测试等，然而，现有的传感测量技术已无法满足这些重大战略需求。

钨铼热电偶还存在一个致命的问题，由于钨铼材质无法抗氧化，导致其在高温有氧环境中极易氧化失效。目前，各大厂商和学者已经提出了许多抗氧化的方法，比如在钨铼金属上涂覆抗氧化层、对钨铼金属进行真空密封封装、在钨铼金属上填充绝缘粉末和还原剂，这些方法对于改善钨铼金属的氧化具有一定的积极作用，但并没有很好地突破钨铼热电偶高温有氧环境中长时间工作不失效的问题，因而也无法突破钨铼热电偶耐温上限受限的问题。

由于目前钨铼热电偶的测温潜力并未完全激发，市面上钨铼热电偶测温上限仅能达到2300℃，而金属钨、铼的熔点在3100℃以上，理论上钨铼热电偶的测温极限在3100℃左右。在高温有氧环境下，钨铼热电偶极易氧化失效，造成钨铼热电偶不可逆的损坏。因此，钨铼热电偶在2300℃以上、有氧环境中热电偶长期、反复使用的问题丞待解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种“侵蚀型”钨铼热电偶及其应用，解决了上述背景技术中的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种“侵蚀型”钨铼热电偶，包括封装管壳和敏感芯体；所述敏感芯体设置于所述封装管壳内，且所述封装管壳内填充有高温绝缘粉末；所述敏感芯体由带状的钨合金片、钨铼合金片和介电绝缘薄片组成，三者按照介电绝缘薄片、钨合金片、介电绝缘薄片、钨铼合金片、介电绝缘薄片的顺序依次设置，且所述钨合金片、钨铼合金片包覆于两面的介电绝缘薄片中。

在本发明一较佳实施例中，所述敏感芯体通过卡鞘夹持固定，所述卡鞘的长度小于所述敏感芯体。

在本发明一较佳实施例中，所述介电绝缘薄片的材质为云母、氧化铝、氧化锆等耐高温绝缘材料。

在本发明一较佳实施例中，所述高温绝缘粉末的材质为氧化铝、氧化镁、氧化铪等耐高温绝缘材料。

在本发明一较佳实施例中，所述卡鞘的前端截面为半圆形，利用半圆形贴合金属保护管内壁，两个卡鞘将所述敏感芯体夹持于二者相对的平面之间。

在本发明一较佳实施例中，所述卡鞘的后端设置为斜面，所述斜面有半圆截面的基础上向中轴线方向斜切形成，该斜面的存在便于敏感芯体装配。

在本发明一较佳实施例中，所述卡鞘材质为金属氧化物陶瓷。

在本发明一较佳实施例中，所述敏感芯体不在卡鞘压力作用范围内的部分连接有钨合金丝和钨铼合金丝，所述钨合金丝与钨合金片连接，所述钨铼合金丝与钨铼合金片连接。

在本发明一较佳实施例中，所述封装管壳包括前端金属保护管和后端金属保护管。

在本发明一较佳实施例中，所述敏感芯体固定于前端金属保护管内，所述敏感芯体的前端与前端金属保护管平齐且通过研磨和抛光生成“热”测量结点。

在本发明一较佳实施例中，所述前端金属保护管材质为不锈钢等，或高温难熔金属及其合金，具体前端金属保护管所使用材料依据实际使用环境而定。

在本发明一较佳实施例中，所述后端金属保护管与热电偶插头通过卡套接头连接。

在本发明一较佳实施例中，所述后端金属保护管材质为不锈钢。

在本发明一较佳实施例中，所述钨合金丝、钨铼合金丝的端部与热电偶插头内部采用螺纹压片连接，用于引出信号。

在本发明一较佳实施例中，所述高温绝缘粉末填充于封装管壳内，除距离卡鞘的后端不小于20mm内不填充外，所述高温绝缘粉末由前端金属保护管填充至后端金属保护管内。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：提供了上述的一种“侵蚀型”钨铼热电偶的应用，用于测量复合材料在3000℃以上的侵蚀过程；所述敏感芯体的前端通过研磨和抛光在表面自动生成“热”测量结点，因摩擦产生的若干摩擦焊接结彼此平行并桥接在位于钨合金片和钨铼合金片之间的介电绝缘薄片上形成复合材料测量结，在侵蚀过程中随着前端“热”测量结点的失效，敏感芯体表面自动生成新的“热”测量结点。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.本发明的敏感芯体采用“三明治”叠层结构设计，“三明治”叠层结构均由带状薄片元素组成；敏感芯体被卡鞘牢牢夹住，固定在金属保护管的前端；

2.本发明的封装管壳采用前大后小设计，前后可以采用不同的金属材质进行连接，热电偶插头与金属保护管后端通过卡套接头进行连接；封装管壳中填入高温绝缘粉末，可以起到固定敏感芯体的作用，防止钨合金丝和钨铼合金丝在装配过程中发生短路现象；

3.本发明提供一种可长期、反复使用的“侵蚀型”钨铼热电偶，该热电偶在一次测量完成后，可以通过砂纸或纱布对端面进行抛光直到光滑，研磨和抛光过程中，表面会自动生成“热”测量结点，使其可以被重新利用，该结构设计适用于测量爆炸场、火箭喷射等超高温、高冲击力恶劣环境，“侵蚀型”钨铼热电偶也会在测试过程中自我侵蚀，不断形成新的热电偶测量结点；

4.本发明有效解决了当前丝式钨铼热电偶在超高温测试环境下易氧化失效，且对传感器造成不可逆破坏的问题。

附图说明

图1为实施例“三明治”敏感芯体结构图。

图2为实施例“三明治”敏感芯体结构细节放大图。

图3为实施例敏感芯体与卡鞘、钨合金丝、钨铼合金丝连接关系图。

图4为实施例热电偶插头内部结构图。

图5为实施例钨铼热电偶整体结构图。

其中，1-介电绝缘薄片，2-钨合金片，3-钨铼合金片，4-卡鞘，41-(卡鞘)前端，42-斜面，5-敏感芯体，6-连接处，7-钨合金丝，8-钨铼合金丝，9-“热”测量结点，10-封装管壳，101-前端金属保护管，102-后端金属保护管，11-卡套接头，12-热电偶插头，13-插头连接端，14-螺钉。

具体实施方式

需要说明的是，术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

本实施例一种“侵蚀型”钨铼热电偶，包括封装管壳10和敏感芯体5；所述敏感芯体5设置于所述封装管壳10内，且所述封装管壳10内填充有高温绝缘粉末；所述敏感芯体5采用“三明治”叠层结构，由带状的钨合金片2、钨铼合金片3和介电绝缘薄片1组成，三者按照第一介电绝缘薄片、钨合金片2、第二介电绝缘薄片、钨铼合金片3、第三介电绝缘薄片的顺序依次设置，且所述钨合金片2完全包覆于第一和第二介电绝缘薄片中、所述钨铼合金片3完全包覆于第二和第三介电绝缘薄片中。

本实施例中，所述敏感芯体5通过卡鞘4夹持固定，所述卡鞘4的长度小于所述敏感芯体5。所述卡鞘4的前端41截面为半圆形，两个卡鞘4将所述敏感芯体5夹持于二者相对的平面之间。所述卡鞘4的后端设置为斜面42。两片卡鞘4紧紧夹住所述敏感芯体5，所述敏感芯体5不在卡鞘4压力作用范围内的部分的连接处6连接有钨合金丝7和钨铼合金丝8，所述钨合金丝7与钨合金片2连接，所述钨铼合金丝8与钨铼合金片3连接。钨合金片2与钨铼合金片3在连接处6处无直接连接关系，而是夹着一层第二介电绝缘薄片。

所述封装管壳10包括前端金属保护管101和后端金属保护管102，前端金属保护管101的管径大于后端金属保护管102，二者可采用相同或不同的金属材质。

所述敏感芯体5固定于前端金属保护管101内，将多余的敏感芯体5材料加工掉，并用砂纸或纱布对端面进行抛光直到光滑，所述敏感芯体5的前端与前端金属保护管平齐；且研磨和抛光过程中，表面会自动生成“热”测量结点，所述“热”测量结点的表面裸露。

所述后端金属保护管102与热电偶插头12通过卡套接头11连接于插头12连接端13。所述钨合金丝7、钨铼合金丝8的端部与热电偶插头12内部采用螺钉14通过螺纹压片连接，用于引出信号。

将本实施“侵蚀型”钨铼热电偶用于测量复合材料在3000℃以上的侵蚀过程；所述敏感芯体5的前端通过研磨和抛光在表面自动生成“热”测量结点9，因摩擦产生的若干摩擦焊接结彼此平行并桥接在位于钨合金片2和钨铼合金片3之间的介电绝缘薄片上形成复合材料测量结，在侵蚀过程中随着前端“热”测量结点9的失效，敏感芯体5表面自动生成新的“热”测量结点9。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种“侵蚀型”钨铼热电偶，其特征在于：包括封装管壳和敏感芯体；所述敏感芯体设置于所述封装管壳内，且所述封装管壳内填充有高温绝缘粉末；所述敏感芯体由带状的钨合金片、钨铼合金片和介电绝缘薄片组成，三者按照介电绝缘薄片、钨合金片、介电绝缘薄片、钨铼合金片、介电绝缘薄片的顺序依次设置，且所述钨合金片、钨铼合金片包覆于两面的介电绝缘薄片中。

2.根据权利要求1所述的一种“侵蚀型”钨铼热电偶，其特征在于：所述敏感芯体通过卡鞘夹持固定，所述卡鞘的长度小于所述敏感芯体。

3.根据权利要求1所述的一种“侵蚀型”钨铼热电偶，其特征在于：所述介电绝缘薄片的材质为云母、氧化铝、氧化锆；所述高温绝缘粉末的材质为氧化铝、氧化镁、氧化铪。

4.根据权利要求2所述的一种“侵蚀型”钨铼热电偶，其特征在于：所述卡鞘的前端截面为半圆形，两个卡鞘将所述敏感芯体夹持于二者相对的平面之间。

5.根据权利要求2所述的一种“侵蚀型”钨铼热电偶，其特征在于：所述卡鞘的后端设置为斜面。

6.根据权利要求2所述的一种“侵蚀型”钨铼热电偶，其特征在于：所述卡鞘的材质为金属氧化物陶瓷。

7.根据权利要求2所述的一种“侵蚀型”钨铼热电偶，其特征在于：所述敏感芯体不在卡鞘压力作用范围内的部分连接有钨合金丝和钨铼合金丝，所述钨合金丝与钨合金片连接，所述钨铼合金丝与钨铼合金片连接。

8.根据权利要求7所述的一种“侵蚀型”钨铼热电偶，其特征在于：所述封装管壳包括前端金属保护管和后端金属保护管。

9.根据权利要求7所述的一种“侵蚀型”钨铼热电偶，其特征在于：所述敏感芯体固定于前端金属保护管内，敏感芯体的前端与前端金属保护管平齐且通过研磨和抛光生成“热”测量结点。

10.根据权利要求8所述的一种“侵蚀型”钨铼热电偶，其特征在于：所述前端金属保护管材质为不锈钢、高温难熔金属及其合金；后端金属保护管的材质为不锈钢。

11.根据权利要求8所述的一种“侵蚀型”钨铼热电偶，其特征在于：所述后端金属保护管与热电偶插头通过卡套接头连接。

12.根据权利要求8所述的一种“侵蚀型”钨铼热电偶，其特征在于：所述钨合金丝、钨铼合金丝的端部与热电偶插头内部采用螺纹压片连接，用于引出信号。

13.如权利要求1-12任一项所述的一种“侵蚀型”钨铼热电偶的应用，其特征在于：用于测量复合材料在3000℃以上的侵蚀过程；所述敏感芯体的前端通过研磨和抛光在表面自动生成“热”测量结点，因摩擦产生的若干摩擦焊接结彼此平行并桥接在位于钨合金片和钨铼合金片之间的介电绝缘薄片上形成“热”测量结点，在侵蚀过程中随着前端“热”测量结点的失效，敏感芯体表面自动生成新的“热”测量结点。