基于復合材料的無冷卻式高溫傳感器制造技術

本發明專利技術屬于高溫測量用的溫度傳感器，涉及一種適用于2100K以下高溫氣流溫度測量的基于復合材料的無冷卻式高溫傳感器，屬于溫度測試領域。包括熱電偶絲、絕緣瓷管、外殼、安裝法蘭與堵頭。外殼(全部或部分)采用C/SiC復合材料，首先用C纖維編織出所需形狀的骨架，然后在C纖維骨架上用化學氣相沉積或化學液相沉積的方式生長出SiC，完成外殼基本結構的生成，之后，在燒結爐中對外殼進行燒結，燒結溫度為1770K～1870K。對于壁厚在2mm以下的薄壁空心外殼，編織時需要用石墨做芯模，將C纖維編織在石墨芯模上，待SiC生長完成后將石墨芯模清除。本發明專利技術減小了測溫誤差，增加了外殼材料的連續性，所以溫度傳感器的使用性能與壽命均得到提高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于高溫測量用的溫度傳感器，涉及一種適用于2100K以下高溫氣流溫度測量的基于復合材料的無冷卻式高溫傳感器，屬于溫度測試領域。
技術介紹
目前，在工業各領域，經常會遇到高溫(一般指1300K以上)測量的問題。測量高溫氣流溫度所用的傳感器，一般采用水冷式或氣冷式，所能測量的最高溫度為2000K。由于 外殼進行冷卻保護，根部溫度低，所以溫度傳感器的測量誤差很大，而目前在航空領域少量使用的無冷卻式高溫傳感器，由于外殼多采用SiC或A1203陶瓷，材質脆，抗熱沖擊性能差，容易碎裂，影響了其使用性能與壽命。此外，今后所涉及的測量溫度將越來越高，有些被測氣流溫度目前已達到2100K，缺乏有效的準確的測溫手段。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決現有技術中高溫傳感器測量誤差大、且外殼容易碎裂的問題，提出了一種基于復合材料的無冷卻式高溫傳感器。本專利技術的目的是通過下述技術解決方案實現的本專利技術的基于復合材料的無冷卻式高溫傳感器，包括熱電偶絲、絕緣瓷管、外殼、安裝法蘭與堵頭。外殼為一頭盲端的中空結構，在非盲端設計有臺階，外殼側面設計有一排小孔，用于保護熱電偶絲的裸露部分和進氣；熱電偶絲穿入絕緣瓷管后，裝入外殼，由于熱電偶絲與絕緣瓷管長于外殼，裝入后仍有一部分露在外殼之外，在絕緣瓷管和外殼之間填充用于固定和密封的高溫水泥，高溫水泥的填充深度不小于5mm ;安裝法蘭外形為圓柱體，設計有以其軸線為中心的臺階孔，小孔為光孔，大孔為螺紋孔，臺階孔的大、小內徑分別與外殼的大、小外徑相匹配，裝好熱電偶絲和絕緣瓷管的外殼穿入臺階孔，依靠臺階實現外殼與安裝法蘭之間的定位；堵頭為中空的圓柱體，其外圓面設計有外螺紋，外螺紋的尺寸與法蘭的內螺紋相匹配，堵頭與安裝法蘭之間用螺紋連接，在堵頭與安裝法蘭旋緊的過程中，逐漸將外殼壓緊，從而使外殼和法蘭固定在一起，同時堵頭將熱電偶絲和絕緣瓷管的露出外殼部分包覆其中。高溫傳感器的外殼(全部或部分)采用C/SiC復合材料，首先用C纖維編織出所需形狀的骨架，然后在C纖維骨架上用化學氣相沉積或化學液相沉積的方式生長出SiC，完成外殼基本結構的生成，之后，在燒結爐中對外殼進行燒結，燒結溫度為1770K 1870K。對于壁厚在2_以下的薄壁空心外殼，編織時需要用石墨做芯模，將C纖維編織在石墨芯模上，待SiC生長完成后將石墨芯|吳清除。高溫傳感器采用外殼無冷卻的結構，傳感器可設計成單測點或多測點的型式，頭部可設計成裸露式、單屏蔽式或半屏蔽式結構。裸露式結構即熱電偶絲頭部直接暴露在被測環境中；單屏蔽式結構即將熱電偶絲頭部封閉在保護外殼內，在靠近保護外殼盲端的側面設計有進氣孔，用于進氣，而在稍遠離外殼盲端的側面設計有用于出氣的出氣孔；半屏蔽式結構介于裸露式和單屏蔽式結構之間，熱電偶絲有一半裸露，一半屏蔽。當要求測量整個溫度場時，設計成多測點的型式，否則，可設計成單測點的型式；當要求傳感器的響應時間在毫秒量級時，頭部采用裸露式結構，否則，應采用單屏蔽式或半屏蔽式結構。對于單屏蔽式結構的高溫傳感器，進氣孔和出氣孔的面積之比為I 6，孔加工所采用的鉆頭為金剛石鉆頭。高溫傳感器采用外殼無冷卻的結構，傳感器可設計成單測點或多測點的型式，頭部可設計成裸露式、單屏蔽式或半屏蔽式結構。當要求測量整個溫度場時，設計成多測點的型式，否則，可設計成單測點的型式；當要求傳感器的響應時間在毫秒量級時，頭部采用裸露式結構，否則，應采用單屏蔽式或半屏蔽式結構。對于單屏蔽式結構的高溫傳感器，進氣孔和出氣孔的面積之比為I 6，孔加工所采用的鉆頭為金剛石鉆頭。絕緣瓷管的材料按以下方法選取當被測溫度在1900K以下時，選用A1203、Mg0或BeO,當被測溫度在1900K 2100K之間時，采用MgO或BeO。當被測溫度在2000K以下時，偶絲材料選用鉬銠30-鉬銠6、鉬銠40-鉬銠20或其它鉬銠系、銥銠系貴金屬偶絲，當被測溫度在2000K 2100K之間時，偶絲材料選用鉬銠40-鉬銠20或銥銠系貴金屬偶絲。 堵頭與安裝法蘭采用高溫合金或不銹鋼材料。熱電偶偶絲伸出瓷管部分長度與偶絲直徑的比值不小于10。對于單屏蔽式結構的高溫傳感器，出氣孔下端與絕緣瓷管的頂端相切。有益效果I、本專利技術的基于復合材料的無冷卻式高溫傳感器，由于采用了無冷卻式復合材料外殼，較之水冷式和氣冷式結構，外殼根部溫度高，因而在測溫時傳感器的導熱誤差小，所以總的測溫誤差也小。2、本專利技術的基于復合材料的無冷卻式高溫傳感器，由于外殼采用了纖維增韌的復合材料，增加了外殼材料的連續性，所以溫度傳感器的使用性能與壽命均得到提高。附圖說明圖I是本專利技術的結構示意圖；圖2是外殼的結構示意圖；圖3是安裝法蘭的結構示意圖；圖4是裸露式高溫傳感器的頭部結構示意圖；圖5是單屏蔽式高溫傳感器的頭部結構示意圖；圖6是半屏蔽式高溫傳感器的頭部結構示意圖。其中，I-熱電偶絲、2-絕緣瓷管、3-外殼、4-安裝法蘭、5-堵頭。具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本專利技術進行詳細說明。實施例I基于復合材料的無冷卻式高溫傳感器，包括熱電偶絲I、絕緣瓷管2、外殼3、安裝法蘭4與堵頭5 ;所述外殼3采用C/SiC復合材料，外殼3的制備方法如下步驟一、用C纖維編織出所需形狀的骨架，得到C纖維骨架；步驟二、在C纖維骨架上用化學氣相沉積或化學液相沉積的方式生長出SiC，完成外殼3基本結構的生成；步驟三、在燒結爐中對步驟二所的的外殼3基本結構進行燒結在燒結爐中對步驟二所述的外殼3基本結構進行燒結，燒結溫度為1850K。聞溫傳感器的連接關系為外殼3為一頭盲端的中空結構，在非盲端設計有臺階，外殼3側面設計有一排小孔，用于保護熱電偶絲I的裸露部分和進氣；熱電偶絲I穿入絕緣瓷管2后，裝入外殼3，由于熱電偶絲I與絕緣瓷管2長于外殼3，裝入后仍有一部分露在外殼3之外，在絕緣瓷管2和外殼3之間填充高溫水泥，用于固定和密封，高溫水泥的填充深度不小于5_ ;安裝法蘭4外形為圓柱體，設計有以其軸線為中心的臺階孔，小孔為光孔，大孔為螺紋孔，臺階孔的大、小內徑分別與外殼3的大、小外徑相匹配，裝好熱電偶絲I和絕緣瓷管2的外殼3穿入臺階孔，依靠臺階實現外殼3與安裝法蘭4之間的定位；堵頭5為中空 的圓柱體，其外圓面設計有外螺紋，外螺紋的尺寸與法蘭的內螺紋相匹配，堵頭5與安裝法蘭4之間用螺紋連接，在堵頭5與安裝法蘭4旋緊的過程中，逐漸將外殼3壓緊，從而使外殼3和法蘭固定在一起，同時堵頭5將熱電偶絲I和絕緣瓷管2的露出外殼3部分包覆其中。高溫傳感器采用外殼3無冷卻的結構，傳感器可設計成單測點或多測點的型式，頭部可設計成裸露式、單屏蔽式或半屏蔽式結構。絕緣瓷管2的材料按以下方法選取當被測溫度在1900K以下時，選用A1203、Mg0或BeO，當被測溫度在1900K 2100K之間時，采用MgO或BeO。的偶絲材料按以下方法選取當被測溫度在2000K以下時，偶絲材料選用鉬銠30-鉬銠6、鉬銠40-鉬銠20或其它鉬銠系、銥銠系貴金屬偶絲，當被測溫度在2000K 2100K之間時，偶絲材料選用鉬銠40-鉬銠20或銥銠系貴金屬偶絲。堵頭5與安裝法蘭4采用高溫合金或不銹鋼材料。所述偶絲伸出瓷管部分長度與偶絲直徑的比值不小于10。所述單屏蔽式結構的高溫傳感器，出氣孔下端與絕緣瓷本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于復合材料的無冷卻式高溫傳感器，包括熱電偶絲、絕緣瓷管、外殼、安裝法蘭與堵頭；其特征在于：所述外殼采用C/SiC復合材料，外殼的制備方法如下，步驟一、用C纖維編織出所需形狀的骨架，得到C纖維骨架；步驟二、在C纖維骨架上用化學氣相沉積或化學液相沉積的方式生長出SiC，完成外殼基本結構的生成；步驟三、在燒結爐中對步驟二所述的外殼基本結構進行燒結，燒結溫度為1770K～1870K。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙儉，楊永軍，王毅，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所，
類型：發明
國別省市：