用于金属模具内精细多点测温的传感器组件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，包括：传感器母块，所述传感器母块上设有多个间隔开布置的测温孔；多个热电偶，多个所述热电偶分别设在多个所述测温孔内以检测所述传感器母块不同位置的温度；以及多通道采集仪，所述多通道采集仪与所述热电偶相连以记录所述热电偶检测的温度。根据本发明实施例的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，通过在传感器母块上设置多个测温孔用于安装热电偶，与铸型钻孔安装热电偶的方式相比，该方法能够减少钻孔所带来的温度场的变化，并能准确定位测温点的位置，且保证热电偶能够与测温孔接触良好，使测量的准确性提高且操作过程较为简便。
【专利说明】用于金属模具内精细多点测温的传感器组件
【技术领域】
[0001]本发明属于材料热加工过程参数检测及控制领域，主要用于高压铸造、挤压铸造以及重力铸造等工艺过程中模具内多点精确快速的温度测量，特别涉及快速凝固过程中模具型腔表面温度的确定以及换热系数求解方法和装置，更具体地，涉及一种用于金属模具内精细多点测温的传感器组件。
【背景技术】
[0002]金属材料热加工过程是一个复杂的物理、化学过程，尤其是模具与工件间中常常伴随着温度、压力、速度等多种物理参数的变化。准确地检测和控制这些物理参数的变化，以保证产品质量的稳定，是材料加工过程的主要目的之一。而作为采用金属模具的高压铸造、挤压铸造以及重力铸造等热加工工艺过程，温度的检测和控制显得极为重要。
[0003]温度测量的主要目的之一是理解铸件凝固过程中界面传热机制，获取准确的界面换热系数，建立有效的边界条件，实现更为精确的模拟仿真，来预测铸件可能存在的各种缺陷，制定有效的工艺生产方案，提升铸件的质量和性能。
[0004]作为温度测量和调节的常用检测元件，铠装热电偶具有能弯曲、耐高压、反应时间快和坚固耐用等许多特殊优点；接壳式的反应灵敏、时间常数短；绝缘式反应较慢，屏蔽性较好，宜用于对安全性，工作稳定性要求较高的场合。用户可根据实际的需要进行选用合适的热电偶。
[0005]用于金属模具的铸造工艺中温度测量，尤其是快速凝固的高压压铸，热电偶必须具有很快的响应速度，从而获取快速凝固过程中温度的剧烈变化；温度采样频率要高，从而更为精确获取凝固乃至充型过程中的快速温度变化；温度测温点要尽可能离铸件-铸型界面要近，以便满足实际求解换热系数要求，这也对机械加工精度提出更好要求。
[0006]经过文献调研发现，早期的研究均采用铸型钻孔方式安装热电偶来测量铸型内部不同位置的温度。但存在很多困难和不确定性:如在压铸模具铸型内部钻孔一般为盲孔，很难保证距离铸型表面的准确位置；在孔中放置安装热电偶，不能保证其紧密贴合；放置热电偶必然会带来局部温度场变化，为减少钻孔带来的温度场变化，盲孔一般小而深，将测温端焊接到盲孔内测温端面上不切实际。
[0007]考虑到压铸模具表面需要反复受到高速高压高温的金属液冲击，其模具表面温度通常无法通过常规方法测量获得。
【发明内容】
[0008]本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。
[0009]为此，本发明的一个目的在于提出一种测量准确且操作简便的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件。
[0010]根据本发明实施例的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，包括:传感器母块，所述传感器母块上设有多个间隔开布置的测温孔；多个热电偶，多个所述热电偶分别设在多个所述测温孔内以检测所述传感器母块不同位置的温度；以及多通道采集仪，所述多通道采集仪与所述热电偶相连以记录所述热电偶检测的温度。
[0011]根据本发明实施例的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，通过在传感器母块上设置多个测温孔用于安装热电偶，与铸型钻孔安装热电偶的方式相比，该方法能够减少钻孔所带来的温度场的变化，并能准确定位测温点的位置，且保证热电偶能够与测温孔接触良好，使温度测量的准确性有所提高；同时，在将该传感器组件进行测温操作时只需将含有热电偶的传感器母块安装在金属模具内，通过读取与热电偶相连的多通道采集仪上的数据即可得到测试温度，操作过程较为简便。
[0012]另外，根据本发明实施例的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件还可以具有如下附加的技术特征:
[0013]根据本发明的一个实施例，所述传感器母块上设有安装槽，每个所述测温孔分别与所述安装槽导通，所述热电偶安装在所述安装槽内且每个所述热电偶的测温端面伸入所述测温孔内。
[0014]根据本发明的一个实施例，至少一个所述测温孔与所述安装槽之间的导通处设有钎料槽，所述钎料槽内设有钎焊料层，所述热电偶穿过所述钎焊料层伸入所述测温孔内。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述钎焊料为BNi7钎焊料。
[0016]根据本发明的一个实施例，所述热电偶的测温端面抵接所述测温孔的内端面。
[0017]根据本发明的一个实施例，所述传感器母块的同一深度上设有至少两个所述测温孔。
[0018]根据本发明的一个实施例，所述安装槽内设有用于密封所述安装槽的保护盖。
[0019]根据本发明的一个实施例，所述用于金属模具内精细多点测温的传感器组件还包括:连接头，每个所述热电偶的连接段与所述连接头相连；补偿导线，所述补偿导线的一端与所述多通道采集仪相连，所述补偿导线的另一端与所述连接头相连。
[0020]根据本发明的一个实施例，所述传感器母块为H13热作模具钢。
[0021]根据本发明的一个实施例，所述热电偶为选自裸露热电偶、露头式铠装热电偶、绝缘式铠装热电偶和接壳式铠装热电偶中的一种或多种。
[0022]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0024]图1是根据本发明实施例的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件的结构示意图；
[0025]图2是根据本发明实施例的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件的真空钎焊工艺图；
[0026]图3是根据本发明另一个实施例的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件的结构不意图；
[0027]图4是根据图3中A-A线的剖面图；[0028]图5是根据图3中a的局部放大结构示意图；
[0029]图6是根据本发明另一个实施例的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件的应用不意图；
[0030]图7是根据图6中B-B线的剖面图；
[0031]图8是根据图6中C-C线的剖面图。
[0032]附图标记:
[0033]100:传感器组件；1:传感器母块；2:测温孔；3:钎焊料层；4:钎料槽；5:保护盖；6:热电偶；7:连接头；8:补偿导线；9:多通道采集仪；10:裸露热电偶；11:露头式铠装热电偶；12:绝缘式铠装热电偶；13:接壳式铠装热电偶；14:安装槽；15:金属模具；16:0型密封圈；17:固定压板；18:沉头螺栓；19:固定套筒；20:密封套筒。
【具体实施方式】
[0034]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0035]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”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。
[0036]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0037]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0038]下面结合附图详细描述根据本发明实施例的用于金属模具15内精细多点测温的传感器组件100。
[0039]如图1至图6所示，根据本发明实施例的用于金属模具15内精细多点测温的传感器组件100包括传感器母块1、多个热电偶6以及多通道采集仪9，传感器母块I上设有多个间隔开布置的测温孔2，多个热电偶6分别设在多个测温孔2内以检测传感器母块I不同位置的温度，多通道采集仪9与热电偶6相连以记录热电偶6检测的温度。
[0040]根据本发明实施例的用于金属模具15内精细多点测温的传感器组件100，通过在传感器母块I上设置多个测温孔2用于安装热电偶6，与铸型钻孔安装热电偶6的方式相比，该方法能够减少钻孔所带来的温度场的变化，并能准确定位测温点的位置，且保证热电偶6能够与测温孔2接触良好，使温度测量的准确性有所提高；同时，在将该传感器组件100进行测温操作时只需将含有热电偶6的传感器母块I安装在金属模具15内，通过读取与热电偶6相连的多通道采集仪9上的数据即可得到测试温度，操作过程较为简便。
[0041]需要说明的是，由于热电偶6位于传感器母块I内部，因此，传感器组件100的实际测试温度点并非金属模具15型腔的表面，金属模具15型腔表面的温度可以通过热传导反算进行求解获取。
[0042]具体而言，反算求解的基本思想为:假设在一定的时间间隔内，模具型腔表面热流值为一常数或在该段时间内呈线性变化(通常情况下，均假设界面热流值为一常数，以下均按界面热流值为常数处理)，并任意给定一初始值，即模具温度场，得到在该段时间内所有位置和所有时刻的计算温度值，并通过使该段时间内所有实测温度与计算温度的差值平方和达到最小，来求得该段时间内的实测热流值，从而获取模具的表面温度。
[0043]计算公式为:
【权利要求】
1.一种用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，其特征在于，包括: 传感器母块，所述传感器母块上设有多个间隔开布置的测温孔； 多个热电偶，多个所述热电偶分别设在多个所述测温孔内以检测所述传感器母块不同位置的温度；以及 多通道采集仪，所述多通道采集仪与所述热电偶相连以记录所述热电偶检测的温度。
2.根据权利要求1所述的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，其特征在于，所述传感器母块上设有安装槽，每个所述测温孔分别与所述安装槽导通，所述热电偶安装在所述安装槽内且每个所述热电偶的测温端面伸入所述测温孔内。
3.根据权利要求2所述的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，其特征在于，至少一个所述测温孔与所述安装槽之间的导通处设有钎料槽，所述钎料槽内设有钎焊料层，所述热电偶穿过所述钎焊料层伸入所述测温孔内。
4.根据权利要求3所述的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，其特征在于，所述钎焊料为BNi7钎焊料。
5.根据权利要求2所述的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，其特征在于，所述热电偶的测温端面抵接所述测温孔的内端面。
6.根据权利要求2所述的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，其特征在于，所述传感器母块的同一深度上设有至少两个所述测温孔。
7.根据权利要求2所述的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，其特征在于，所述安装槽内设有用于密封所述安装槽的保护盖。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，其特征在于，还包括: 连接头，每个所述热电偶的连接段与所述连接头相连； 补偿导线，所述补偿导线的一端与所述多通道采集仪相连，所述补偿导线的另一端与所述连接头相连。
9.根据权利要求8所述的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，其特征在于，所述传感器母块为H13热作模具钢。
10.根据权利要求8所述的用于金属模具内精细多点测温的传感器组件，其特征在于，所述热电偶为选自裸露热电偶、露头式铠装热电偶、绝缘式铠装热电偶和接壳式铠装热电偶中的一种或多种。
【文档编号】G01K7/02GK103487157SQ201310479474
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日
【发明者】曹永友, 熊守美 申请人:清华大学