專利名稱：防熱材料燒蝕溫度場實時測量方法及專用測量裝置的制作方法
(一)、所屬領域本發明涉及的是一種溫度測量方法，具體地說是一種能夠在超高溫、強電和大干擾的實驗環境中，對小試件表面多點溫度進行實時的高精度接觸式測量方法。本發明還涉及這種溫度測量方法的專用測量裝置。
(二)、背景技術溫度的測量方法從測量體與被測介質接觸與否來分，有非接觸式測溫和接觸式測溫兩類。
非接觸式測溫是通過接受被測介質所發出的輻射來測量溫度的。非接觸式測溫的主要優點是測溫上限原則上不受限制；測溫速度較快，可對運動體進行測量。但是它受到物體的輻射率、距離、煙塵和水氣等因素影響，測溫誤差較大。
接觸式測溫是通過測量體與被測介質的接觸來測量物體的溫度的。在測量溫度時，測量體與被測介質接觸，被測介質與測量體之間進行熱交換，達到熱平衡，此時測量體的溫度就是被測介質的溫度。接觸式測溫的主要特點是方法簡單、可靠，測量精度高。但是由于測量體可能與被測介質發生化學反應，測量體還受到耐高溫材料的限制，以及復雜環境下抗干擾問題，不能應用于超高溫，強干擾環境。尤其對于處在上述環境中的小尺寸被測試件，由于帶有保護層的鎧裝熱電偶的測量端尺寸很大，一般在3mm以上，而且鎧裝熱電偶由于最外層保護材料限制，不能被應用于超高溫的測量，而熱電偶裸絲雖然測量端尺寸可以很小，最小可達0.2mm，但其直接將整個溫度采集回路曝露于測量環境當中，不能被應用于強干擾環境，所以要在超高溫，強干擾環境中對小尺寸試件進行接觸式多點溫度測量幾乎是不可能的。
交流等離子電弧加熱器工作電壓在3000-10000VAC范圍，被測試件溫度在2300℃以上，由于加熱器自身要求其三相中性點不能接地，而由于加熱器三相電壓不平衡等物理條件限制，其理論中性點的電壓不為零，加熱器在啟動和停止時，空間電磁場會發生較大的變化形成電磁干擾，而且加熱器出口存在一倍以上音速氣流，粒子直徑達數百微米，速度超過0.6倍音速的高速大尺寸粒子撞擊，導致被測試件處在一個超高溫、強電和大干擾的環境中。目前還不能通過熱電偶對處在上述環境下的試件表面溫度進行接觸式測量。
(三)、發明內容本發明的目的在于提供一種能夠在超高溫，強電和大干擾的環境中對小尺寸試件表面的多點溫度進行實時的高精度接觸式測量的防熱材料燒蝕溫度場實時測量方法。本發明的目的還在于提供這種溫度場實時測量方法的專用測量裝置。
本發明的方法包括在被測試件表面需要進行溫度測量的位置上鉆直徑和深度都小于1mm的小孔；將“鎢——錸”熱電偶的測量端除測量點外的其它部分用陶瓷管保護；在被測試件表面上的小孔中填充氮化硼-硅脂混合物；將“鎢——錸”熱電偶的測量端植入氮化硼-硅脂混合物中；熱電偶將被測試件表面的多個溫度信號轉換成模擬電壓量輸入熱電偶信號采集裝置，熱電偶信號采集裝置將熱電偶輸出的模擬電壓量轉換成數字量，這些數字量按RS-485異步串行通信準則上傳至上位計算機進行處理。
本發明的方法是采用這樣的裝置來實現的它包括安裝在兩根支架導桿前端的石墨端蓋，石墨端蓋的中間開有中心孔，支架導桿上安裝有熱電偶固定片和熱電偶壓片，熱電偶固定片上開有供熱電偶穿過的小孔，熱電偶壓片上有聚四氟螺釘，聚四氟螺釘中間有供熱電偶絲引出的孔，被測試件表面上有直徑和深度都小于1mm的小孔，熱電偶的測量端除測量點外的其它部分外部有陶瓷管，被測試件表面上的小孔中填充有氮化硼-硅脂混合物，熱電偶的測量端與氮化硼-硅脂混合物接觸，被測試件安裝在石墨端蓋的中心孔中，熱電偶絲與信號采集裝置相連，信號采集裝置后連接上位計算機。
本實用新型的裝置還可以包括1、在信號采集裝置與上位計算機之間設置光電隔離裝置。
2、熱電偶固定片上開有沿試件軸向分布的小孔。
本發明具有以下幾個主要技術特征1、所述的熱電偶測量端保護層為一定比例將粉末狀的氮化硼與傳熱硅脂混合制成的粘稠的糊狀物，該混合物在超高溫環境中具有良好的導熱-絕緣性，且物理性狀穩定，在保護溫度采集回路的同時，大大縮小了熱電偶測量點的尺寸，使溫度測量系統可以對小尺寸試件表面多點溫度進行測量。
2、熱電偶測量端固定裝置，包括石墨端蓋，導桿，熱電偶固定片，熱電偶壓片等部分。由于熱電偶裸絲較軟，當測量環境中存在不穩定外力作用時，保證了熱電偶測量端在實驗過程中與被測試件保持良好接觸，提高了溫度測量的準確性。
3、本發明通過光電隔離裝置實現了計算機與信號采集回路之間的物理隔斷，不但有效地消除了噪聲干擾，而且也有效地解決了長線驅動和阻抗匹配等問題，同時也可以在被測設備短路時保護系統不受損壞。
本發明主要由“鎢-錸”熱電偶裸絲，熱電偶信號采集裝置構成溫度信號采集回路。通過直徑最小可達0.1mm的熱電偶裸絲將被測試件表面的非電量轉換為電壓量，再由可對最多達8路，誤差小于0.2級的熱電偶信號采集裝置對熱電偶輸出信號進行6-10次/秒高速采集，并將采集到的信號以數字量形式按RS-485異步串行通信準則上傳至上位計算機進行處理，即可完成溫度數據的采集。
在熱電偶測量端與被測試件之間注入按一定比例混合的粉末狀的氮化硼與傳熱硅脂粘稠的糊狀物，該混合物在2300℃以上的超高溫環境中仍具有良好的導熱-絕緣性，且物理性狀穩定，通過該混合物的注入可以在不影響溫度信號測量的同時很好地將溫度測量回路與外界強電環境相隔絕。
熱電偶固定裝置可以保證在有不穩定外力存在的環境中較軟的熱電偶裸絲測量端與試件之間不脫離，該裝置包括石墨端蓋，導桿，熱電偶固定片，熱電偶壓片，其中導桿，熱電偶固定片與壓片具有不銹鋼制成，石墨端蓋具有良好的超高溫機械強度可以阻擋正面的超高溫氣流與粒子，起到保護后面熱電偶測量端的作用。石墨端蓋的中心孔用于安裝被測試件，熱電偶固定片上開有沿試件軸向的一系列小孔，這些小孔能對熱電偶進行水平定位，旋緊熱電偶壓片上的聚四氟螺釘可以對熱電偶進行垂直定位，聚四氟螺釘在軸線方向鉆有一對小孔，熱電偶偶絲由這兩個小孔中引出到熱電偶信號測量裝置上。熱電偶固定片與壓片可以沿不銹鋼導桿軸線方向滑動，并通過固定螺絲固定在導桿上。
熱電偶信號測量裝置與計算機之間的數字通信線路上串聯高達10000VAC以上絕緣的光電隔離裝置，在系統測溫過程中，如果熱電偶測量端保護層失效，隔離裝置能有效保護中央計算機及操作人員不至于接觸到測試環境中的10000VAC高壓電。
本發明可以在超高溫，強電和大干擾環境中正常工作，最小可對直徑20mm，長度40mm以下的小尺寸被測試件進行表面多點溫度的實時接觸式測量。
經試驗表明，本發明在10000VAC，2300℃以上，強電磁干擾，存在一倍以上音速氣流，高速大尺寸粒子撞擊(粒子直徑達數百微米，速度超過0.6倍音速)的環境中，以10次/S的速度對試件進行3點表面溫度測量時，誤差不超過誤差不超過50℃。
圖1是本發明的結構示意圖；圖2是圖1的局部放大圖；圖3是圖1的左視圖；圖4是圖3的A-A剖視圖。
(五)、具體實施方案下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述在被測試件表面需要進行溫度測量的位置上鉆直徑和深度都小于1mm的小孔；將“鎢——錸”熱電偶的測量端除測量點外的其它部分用陶瓷管保護；在被測試件表面上的小孔中填充氮化硼-硅脂混合物；將“鎢——錸”熱電偶的測量端與氮化硼-硅脂混合物接觸；熱電偶將被測試件表面的多個溫度信號轉換成模擬電壓量輸入熱電偶信號采集裝置，熱電偶信號采集裝置將熱電偶輸出的模擬電壓量轉換成數字量，這些數字量被按RS-485異步串行通信準則上傳至上位計算機進行處理。
結合附圖，本發明的裝置包括安裝在兩根支架導桿12前端的石墨端蓋1。石墨端蓋的中間開有中心孔。支架導桿上安裝有熱電偶固定片14和熱電偶壓片15，熱電偶固定片上開有供熱電偶穿過的小孔，且熱電偶固定片上開有沿試件軸向分布的小孔。熱電偶壓片上有聚四氟螺釘13，聚四氟螺釘中間有供熱電偶絲引出的孔。被測試件2表面上有直徑和深度都小于1mm的小孔。熱電偶4的測量端除測量點外的其它部分外部有陶瓷管5。被測試件表面上的小孔中填充有氮化硼-硅脂混合物3。將熱電偶的測量端植入氮化硼-硅脂混合物中。被測試件安裝在石墨端蓋的中心孔中。熱電偶絲與信號采集裝置6相連。信號采集裝置與光電隔離裝置7相連。光電隔離裝置后連接上位計算機8。
將被測試件安裝在熱電偶支架石墨端蓋的中心孔中，將套上陶瓷管的“鎢-錸”熱電偶通過支架上熱電偶固定片上的小孔進行水平方向的固定，調節支架上熱電偶壓片上的聚四氟螺釘保證保護熱電偶的陶瓷管與被測試件緊密接觸，熱電偶固定片與壓片通過螺釘與支架導桿相連接。將熱電偶絲從聚四氟螺釘的中心孔中引出，并與信號采集裝置相連。將已經按調配成糊狀的“氮化硼-硅脂”混合物注入。將信號采集裝置的通訊線經過光電隔離裝置與上位計算機相連。
權利要求
1.一種防熱材料燒蝕溫度場實時測量方法，其特征是在被測試件表面需要進行溫度測量的位置上鉆直徑和深度都小于1mm的小孔；將“鎢——錸”熱電偶的測量端除測量點外的其它部分用陶瓷管保護；在被測試件表面上的小孔中填充氮化硼-硅脂混合物；將“鎢——錸”熱電偶的測量端植入氮化硼-硅脂混合物中；熱電偶將被測試件表面的多個溫度信號轉換成模擬電壓量輸入熱電偶信號采集裝置，熱電偶信號采集裝置將熱電偶輸出的模擬電壓量轉換成數字量，這些數字量按RS-485異步串行通信準則上傳至上位計算機進行處理。
2.一種防熱材料燒蝕溫度場實時測量方法的專用測量裝置，其特征是它包括安裝在兩根支架導桿前端的石墨端蓋，石墨端蓋的中間開有中心孔，支架導桿上安裝有熱電偶固定片和熱電偶壓片，熱電偶固定片上開有供熱電偶穿過的小孔，熱電偶壓片上有聚四氟螺釘，聚四氟螺釘中間有供熱電偶絲引出的孔，被測試件表面上有直徑和深度都小于1mm的小孔，熱電偶的測量端除測量點外的其它部分外部有陶瓷管，被測試件表面上的小孔中填充有氮化硼-硅脂混合物，熱電偶的測量端植入氮化硼-硅脂混合物中，被測試件安裝在石墨端蓋的中心孔中，熱電偶絲與信號采集裝置相連，信號采集裝置后連接上位計算機。
3.根據權利要求2所述的防熱材料燒蝕溫度場實時測量方法的專用測量裝置，其特征是在信號采集裝置與上位計算機之間設置光電隔離裝置。
4.根據權利要求2或3所述的防熱材料燒蝕溫度場實時測量方法的專用測量裝置，其特征是熱電偶固定片上開有沿試件軸向分布的小孔。
全文摘要
本發明提供的是一種防熱材料超高溫燒蝕溫度場實時測量方法及專用測量裝置。在被測試件表面需要進行溫度測量的位置上鉆直徑和深度都小于1mm的小孔；將“鎢—錸”熱電偶的測量端除測量點外的其它部分用陶瓷管保護；在被測試件表面上的小孔中填充氮化硼－硅脂混合物；將“鎢—錸”熱電偶的測量端植入氮化硼－硅脂混合物中；熱電偶將被測試件表面的多個溫度信號轉換成模擬電壓量輸入熱電偶信號采集裝置，熱電偶信號采集裝置將熱電偶輸出的模擬電壓量轉換成數字量，這些數字量按RS－485異步串行通信準則上傳至上位計算機進行處理。本發明的方法和裝置能夠在超高溫，強電和大干擾的環境中對小尺寸試件表面的多點溫度進行實時的高精度接觸式測量。
文檔編號G01K7/02GK1719211SQ200510010199
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月20日 優先權日2005年7月20日
發明者易法軍, 白光輝, 張博明 申請人:哈爾濱工業大學