測量熔融金屬溫度的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種測量熔融金屬溫度的裝置。本裝置包括一個(gè)熱電偶元件，一個(gè)由耐熱材料構(gòu)成的外殼以及一個(gè)用以容納熱電偶元件的保持構(gòu)件。該保持構(gòu)件具有一個(gè)敞開端和一個(gè)封閉端。熱電偶元件具有一個(gè)位于保持構(gòu)件的封閉端附近的熱接點(diǎn)。保持構(gòu)件位于外殼內(nèi)，并且保持構(gòu)件的尺寸小于外殼以便在保持構(gòu)件與外殼之間限定腔體。腔體由包含金屬氧化物成分和脫氧劑成分的保護(hù)材料充分填充。
【專利說明】
測量熔融金屬溫度的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種測量熔融金屬溫度的熱電偶設(shè)備，更具體地說，涉及一種防止熱電偶元件被化學(xué)侵蝕的長期熱電偶設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]熱電偶設(shè)備在承受高溫以及熔融金屬反應(yīng)強(qiáng)的環(huán)境下進(jìn)行熔融金屬的溫度監(jiān)控，必須能夠抵抗腐蝕變質(zhì)，同時(shí)為控制熔融金屬的溫度提供精確的溫度測量。
[0003]通常，熱電偶包含正極元件和負(fù)極元件，正極元件和負(fù)極元件連接在一起，通常擰在一起并在承受熔融金屬溫度的熱接點(diǎn)焊接。在每一個(gè)相反端(即，冷接點(diǎn))，它們與適當(dāng)?shù)脑O(shè)備相連接，以便能夠根據(jù)接點(diǎn)到冷接點(diǎn)的各支線的溫度梯度來測量兩根引線之間的電動勢。
[0004]例如，正極元件和負(fù)極元件可以由不同的金屬線構(gòu)成。例如，鉑銠30的正極元件與鉑銠6的負(fù)極元件的組合用于測量大約是1000攝氏度到1700攝氏度的溫度。
[0005]這些熱電偶的金屬成分，特別是鉑，是非常昂貴的。因此，需要在熔融金屬的惡劣環(huán)境中保護(hù)這些元件，延長熱電偶的使用壽命，減少熱電偶必要的更換頻繁，同時(shí)確保溫度測量的精度。因此，在工業(yè)應(yīng)用中，熱電偶通常被放置在通常高純度氧化鋁的保護(hù)套管中保護(hù)套管可以封裝熱電偶元件。保護(hù)套管布置在大致由耐熱金屬氧化物和石墨構(gòu)成的保護(hù)外套的材質(zhì)中。在端部封閉保護(hù)管的外部與保護(hù)外套的內(nèi)部之間通常形成有內(nèi)環(huán)或者腔體。當(dāng)高溫環(huán)境使用時(shí)，反應(yīng)氣體在內(nèi)環(huán)中聚集，從而熱電偶導(dǎo)線受到沾染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明包括能夠?qū)毫尤廴诮饘侪h(huán)境的化學(xué)侵蝕提供保護(hù)的熱電偶裝置。該熱電偶裝置還可以防止在外保護(hù)套管與內(nèi)保護(hù)套管之間的環(huán)形空間內(nèi)形成的反應(yīng)氣體破壞或損壞熱電偶元件。通過增加熱電偶的預(yù)期壽命，本溫度傳感設(shè)備提供更精確的溫度測量，以便更精密地控制熔融金屬。
【附圖說明】
[0007]圖1是根據(jù)本發(fā)明的熱電偶裝置的側(cè)面示意圖，其中脫氧成分為粉末。
【具體實(shí)施方式】
[0008]參考附圖，其中在全文中相同附圖標(biāo)記表示相同的元件，在圖1中，10表示根據(jù)本發(fā)明的熔融金屬溫度測量裝置。
[0009]如圖1最佳地示出，熔融金屬溫度測量裝置10包括一個(gè)熱電偶元件，熱電偶元件的一部分由12概括性表示。通常，熱電偶元件12由正極元件和負(fù)極元件(沒有顯示)組成。為了論述，在圖1中，正極元件顯示為正極導(dǎo)線14，負(fù)極元件顯示為負(fù)極導(dǎo)線16。
[0010]正極導(dǎo)線14和負(fù)極導(dǎo)線16通常由兩種不同的金屬材料構(gòu)成，例如，鉑、鉑銠合金、鎳鉻合金、銅鎳合金、鐵、鎳鋁合金以及銅。熱電偶元件12封裝在雙聯(lián)管(沒有顯示)中，以便將正極導(dǎo)線14的整個(gè)長度與負(fù)極導(dǎo)線16基本隔離。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，雙聯(lián)管由氧化鋁構(gòu)成。
[0011]熱電偶元件12的正極導(dǎo)線14和負(fù)極導(dǎo)線16在承受金屬熔融高溫的熱接點(diǎn)(沒有顯示)處相連接。通常，熱電偶元件12的熱接點(diǎn)可以通過纏繞，焊接或者夾緊正極導(dǎo)線14和負(fù)極導(dǎo)線16的方式形成。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，熱接點(diǎn)可以通過在使用中保證良好電連續(xù)性的人和方式連接。
[0012]為了清晰，在附圖中沒有示出設(shè)置在熔融金屬溫度測量裝置10的保持構(gòu)件24中的雙聯(lián)管以及正極導(dǎo)線14和負(fù)極導(dǎo)線16的各個(gè)部分(包括熱接點(diǎn))。熱電偶12的這些組件是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的，相信不必進(jìn)一步討論。熔融金屬溫度測量裝置10的保持構(gòu)件24和其他組件將在后面詳細(xì)討論。
[0013]熱電偶設(shè)備10還包括一個(gè)由耐熱材料構(gòu)成的外殼18。優(yōu)選的是，耐熱材料包括石墨和金屬氧化物，例如氧化鋁、氧化鎂、氧化硅、氧化鋯及其混合物。
[0014]外殼18大致呈圓柱形并且具有位于熱電偶元件12的熱接點(diǎn)附近的封閉端20和遠(yuǎn)離熱接點(diǎn)的敞開端22。優(yōu)選的是，外殼18大致呈圓柱形，以保證在外殼18壁上的均勻熱傳遞并且使沿著外殼18的溫度梯度最小化，但是外殼18可以呈多種形狀。外殼18可以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何方法形成，例如鑄造、模塑、壓鑄、擠壓等等。
[0015]熱電偶設(shè)備10還包括用于容納熱電偶元件12的保持構(gòu)件24用以放置。該保持構(gòu)件24由陶瓷材料制成，優(yōu)選由氧化鋁制成。
[0016]參考圖1，優(yōu)選的是，保持構(gòu)件24大致呈管狀，以保證沿著保持構(gòu)件24長度的均勻溫度梯度，但是根據(jù)需要，保持構(gòu)件24的形狀可以在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)改變。保持構(gòu)件24具有敞開端26和封閉端28。保持構(gòu)件24的封閉端28位于外殼18的封閉端20附近。熱電偶元件12的熱接點(diǎn)位于保持構(gòu)件24的封閉端28附近。
[0017]保持構(gòu)件24位于外殼內(nèi)，并且保持構(gòu)件的尺寸或者直徑小于外殼18以便在保持構(gòu)件與外殼之間限定大致環(huán)形的腔體30。環(huán)形腔體30具有上部32和下部34，環(huán)形腔體30的上部32的直徑一般大于下部34的直徑。如圖1所示，上部32和下部34是由傾斜過渡區(qū)36相連接的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，根據(jù)需要，環(huán)形腔體30的上部32和下部34可以具有相等的直徑，或者下部34的直徑可以超過上部32的直徑。
[0018]環(huán)形腔體30的直徑一般比保持構(gòu)件24的外徑大，并且優(yōu)選的是直徑為8-15厘米。環(huán)形腔體30從外殼的封閉端20延伸到外殼18的與封閉端20相反的敞開端22。外殼18的封閉端20是熱電偶設(shè)備10的浸入熔融金屬中進(jìn)行溫度測量的端部。
[0019]腔體30基本上并且優(yōu)選全部被保護(hù)材料填充并且用接合劑材質(zhì)的塞子50密封。保護(hù)材料包括金屬氧化物成分和脫氧劑成分。金屬氧化物成分可以選自氧化鋁、氧化鎂、氧化錳、氧化鈦、氧化釩、氧化鋯及其混合物。優(yōu)選的金屬氧化物成分包括相對廉價(jià)的氧化鋁。
[0020]金屬氧化物成分優(yōu)選呈粉末38的形式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，金屬氧化物成分可以是任何的形狀或形式，例如基本包圍熱電偶元件12的管。在本實(shí)施例中，優(yōu)選的是，金屬氧化物成分呈平均顆粒尺寸或者直徑小于約250微米的粉末的形式。
[0021]優(yōu)選的是，脫氧劑成分通常均勻分布在整個(gè)腔體30中，至少均勻分布在保持構(gòu)件24的封閉端28附近。金屬氧化物成分能夠促進(jìn)脫氧劑成分在整個(gè)腔體30中的均勻分布。
[0022]脫氧劑成分可以選自鋁、鎂、錳、鈦、釩、鋯及其類混合物。優(yōu)選的是，脫氧劑為鋁。
[0023]通常來講，需要避免脫氧劑同時(shí)與保持構(gòu)件24和外殼18直接接觸，以防止形成能夠?qū)⒈３謽?gòu)件24暴露于不均勻熱機(jī)械應(yīng)力的熱橋。通過將金屬氧化物粉末38與脫氧劑成分相互混合并且只使用大致上小于腔體30尺寸的脫氧劑成分(粉末38、顆粒等等)，可以最小化或者消除熱橋作用。
[0024]脫氧劑的形式并不受限于以上具體論述的諸如粉末、顆粒、線狀物、球狀物、管狀物片狀物等群組分類。
[0025]脫氧劑成分包含大約5%-大約95%體積含量的保護(hù)材料。優(yōu)選的是，脫氧劑成分包含大約15 % -大約75 %體積含量的保護(hù)材料。更優(yōu)選的是，脫氧劑成分包含大約25 % -大約65%體積含量的保護(hù)材料，最優(yōu)選的是，脫氧劑成分包含大約40%-大約50%體積含量的保護(hù)材料。
[0026]如圖1最佳地示出，在將保持構(gòu)件24和保護(hù)材料插入到腔體30中之后，腔體30可以塞子50充分密封，該塞子包圍保持構(gòu)件24的敞開端26并且填充了腔體30上部32的一部分。塞子50優(yōu)選由例如接合劑材料構(gòu)成。在保持構(gòu)件24和塞子50插入腔體30之前，保持構(gòu)件24的敞開端26可以插入到塞子50中。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，裝配熔融金屬溫度測量裝置10的上述方法是多種裝配方法的實(shí)例并不是用來進(jìn)行限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種測量熔融金屬溫度的裝置，所述裝置包含熱電偶元件、由耐熱材料構(gòu)成的外殼以及用以容納熱電偶元件的保持構(gòu)件， 所述保持構(gòu)件具有敞開端和封閉端， 所述熱電偶元件具有位于所述保持構(gòu)件的所述封閉端附近的熱接點(diǎn)， 所述保持構(gòu)件位于所述外殼內(nèi)并且所述的保持構(gòu)件尺寸小于所述外殼以便在所述保持構(gòu)件與所述外殼之間限定腔體， 所述腔體由包含金屬氧化物成分和脫氧劑成分的保護(hù)材料充分填充。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述耐熱材料包含金屬氧化物和石墨。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述耐熱材料的所述金屬氧化物是氧化鋁。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述的保持構(gòu)件是陶瓷材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述的保持構(gòu)件大致呈管狀。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述保護(hù)材料的所述金屬氧化物成分選自氧化鋁，氧化鎂、氧化猛、氧化鈦、氧化銀、氧化錯(cuò)及其混合物。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述保護(hù)材料的所述金屬氧化物成分是氧化鋁。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述保護(hù)材料的所述金屬氧化物成分呈粉末狀。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述脫氧劑成分選自鋁、鎂、錳、鈦、釩、鋯及其混合物。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述脫氧劑成分是鋁。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述鋁包含15%-70%體積含量的所述保護(hù)材料。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述鋁包含25%-65%體積含量的所述保護(hù)材料。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述脫氧劑成分包含5%-95%體積含量的所述保護(hù)材料。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述脫氧劑成分選自粉末、顆粒及其混合物。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述的脫氧劑成分嵌入所述保護(hù)材料的所述金屬氧化物成分中，所述脫氧劑成分選自從線狀物、球狀物、谷狀物及其混合物。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述脫氧劑成分選自棒狀物、帶狀物、線圈狀物及其混合物。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述脫氧劑成分包含多個(gè)棒狀物，所述棒狀物與所述保持構(gòu)件的縱軸平行。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述脫氧劑成分形成套管，所述套筒至少部分地包圍所述保護(hù)材料的所述金屬氧化物成分。
【文檔編號】G01K1/10GK105841834SQ201610149571
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月16日
【發(fā)明人】馬丁·肯德爾
【申請人】賀利氏電子耐特國際股份公司