高温密封环境下传感器探头结构及流道间距实时测量方法与流程

本发明涉及位移测量与传感器高温密封，具体地，涉及一种高温密封环境下传感器探头结构及流道间距实时测量方法。

背景技术：

1、在燃气轮机一类能源动力设备中，一些充满高温气体的流道间隙距离变化情况需要实时监控测量。例如引气的二次流通道，在高温环境下流道壁面会受热膨胀，流道间隙距离会随着温度变化而相应变化，流道间距的实时变化情况会影响机组高温状态下的气动性能。以电涡流位移传感器为例，过高的温度(通常大于100℃)会导致传感器内部电导线与探头金属材料的电导率、磁导率、电阻值等发生变化，从而影响反映间隙距离的电信号测量，而且高温环境下电涡流位移传感器探头本身会发生膨胀，进一步干扰对流道间距的准确测量。同时，还需要设计合理的密封方案，确保机组内部的高温气体不会从位移传感器与机组之间的安装间隙中泄露出来。因此，需要提出一种适用于高温密封环境下的流道间隙实时测量的全套方案，既要保证高温环境下间隙测量的准确性，实现纳米级的精确测量，又要防止加装测量设备可能导致的高温气体泄露问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高温密封环境下传感器探头结构及流道间距实时测量方法。

2、根据本发明提供的一种高温密封环境下传感器探头结构，包括电涡流位移传感器探头，所述电涡流位移传感器探头内部设置有内部腔体，所述电涡流位移传感器探头外部设置有壳体，所述内部腔体设置在所述壳体中，且所述电涡流位移传感器探头穿过流道壁面并插入流道内侧；

3、所述壳体外部周向设置有台阶面，所述流道壁面上设置有沉头孔，所述台阶面与所述沉头孔对应配合设置；

4、所述电涡流位移传感器探头固定设置在所述流道壁面上，用于实现所述电涡流位移传感器探头在高温密封环境下进行流道间距实时测量。

5、一些实施方式中，所述台阶面与所述沉头孔之间设置有铜垫片，所述台阶面与所述铜垫片上周向均布有多个通孔，多个所述通孔中设置有螺栓穿过；

6、所述沉头孔上设置有螺纹孔，通过所述螺栓拧入所述沉头孔上对应位置的所述螺纹孔中。

7、一些实施方式中，其特征在于，所述壳体外部还设置有冷却气进气口和冷却气出气口，所述内部腔体中设置有电导线；

8、所述冷却气进气口通过软管连接低温冷却气源，所述低温冷却气源中冷却气通过所述冷却气进气口进入所述内部腔体中冷却所述壳体自身和所述电导线，且所述冷却气冷却后再从所述冷却气出气口排出，用于减弱高温导致的所述电涡流位移传感器探头本身的膨胀，以及减弱所述电导线上电信号参数受高温影响的情况。

9、一些实施方式中，通过所述电导线在所述内部腔体内缠绕设置成线圈，并在所述线圈上通入交变电流，所述电涡流位移传感器探头附近会形成电磁场，当所述电涡流位移传感器探头靠近所述流道壁面时会产生感应电流，所述电涡流位移传感器探头内所述电导线的阻抗值会发生改变，且所述电导线从所述电涡流位移传感器探头后端引出最终接入检测电路。

10、一些实施方式中，所述流道包括两侧流道壁面，所述电涡流位移传感器探头固定设置在一侧所述流道壁面上，且所述电涡流位移传感器探头前端正对另一侧所述流道壁面设置。

11、一些实施方式中，所述壳体上设置电导线进口，所述电导线进口设置在所述冷却气进气口与所述冷却气出气口之间，且所述冷却气进气口设置在所述电导线进口一侧，所述冷却气出气口设置在所述电导线进口另一侧。

12、一些实施方式中，所述电导线通过所述电导线进口穿入到所述内部腔体中，且暴露在所述电导线进口外部的部分所述电导线上包裹有可弯折塑料层。

13、一种流道间距实时测量方法，采用上述的高温密封环境下传感器探头结构，所述方法包括：

14、将所述电涡流位移传感器探头穿过流道壁面并插入流道内侧，通过实时测量所述电导线的阻抗值变化得到所述电涡流位移传感器探头与所述流道壁面之间的间隙距离变化情况。

15、所述电涡流位移传感器探头固定设置在所述流道壁面上，且所述电涡流位移传感器探头随所述流道壁面同步膨胀，所述电涡流位移传感器探头与所述流道壁面之间的间距实时变化情况同步反映两侧所述流道壁面之间流道间距的变化情况，通过在明确初始间距值的情况下计算得到实时流道间隙距离。

16、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

17、本发明通过将电涡流位移传感器探头垂直穿过流道壁面并插入流道内侧，并在壳体外部周向设置有台阶面，流道壁面上设置有沉头孔，台阶面与沉头孔对应配合设置，且台阶面与沉头孔之间设置有铜垫片，台阶面与铜垫片上周向均布有多个通孔，多个通孔中设置有螺栓穿过；

18、沉头孔上设置有螺纹孔，通过螺栓拧入沉头孔上对应位置的螺纹孔中，电涡流位移传感器探头固定设置在流道壁面上，同时通过台阶面压紧铜垫片保证电涡流位移传感器探头与流道壁面之间密封效果，用于实现电涡流位移传感器探头在高温密封环境下进行流道间距实时测量，同时安装固定也便捷；

19、通过在壳体外部设置冷却气进气口和冷却气出气口，内部腔体中设置有电导线，且冷却气进气口通过软管连接低温冷却气源，低温冷却气源中冷却气通过冷却气进气口进入内部腔体中冷却壳体自身和电导线，且冷却气冷却后再从冷却气出气口排出，用于减弱高温导致的电涡流位移传感器探头本身的膨胀对位移测量的影响，以及防止内部电导线与探头金属材料的电导率、磁导率、电阻值等变化而影响位移测量精度，确保测量的准确性。

技术特征：

1.一种高温密封环境下的传感器探头结构，其特征在于，包括电涡流位移传感器探头(1)，所述电涡流位移传感器探头(1)内部设置有内部腔体(13)，所述电涡流位移传感器探头(1)外部设置有壳体(4)，所述内部腔体(13)设置在所述壳体(4)中，且所述电涡流位移传感器探头(1)穿过流道壁面(2)并插入流道(3)内侧；

2.根据权利要求1所述的高温密封环境下的传感器探头结构，其特征在于，所述台阶面(5)与所述沉头孔(6)之间设置有铜垫片(7)，所述台阶面(5)与所述铜垫片(7)上周向均布有多个通孔(8)，多个所述通孔(8)中设置有螺栓(9)穿过；

3.根据权利要求1所述的高温密封环境下的传感器探头结构，其特征在于，所述壳体(4)外部还设置有冷却气进气口(11)和冷却气出气口(12)，所述内部腔体(13)中设置有电导线(14)；

4.根据权利要求3所述的高温密封环境下的传感器探头结构，其特征在于，通过所述电导线(14)在所述内部腔体(13)内缠绕设置成线圈(16)，并在所述线圈(16)上通入交变电流，所述电涡流位移传感器探头(1)附近会形成电磁场，当所述电涡流位移传感器探头(1)靠近所述流道壁面(2)时会产生感应电流，所述电涡流位移传感器探头(1)内所述电导线(14)的阻抗值会发生改变，且所述电导线(14)从所述电涡流位移传感器探头(1)后端引出最终接入检测电路。

5.根据权利要求4所述的高温密封环境下的传感器探头结构，其特征在于，所述流道(3)包括两侧流道壁面(2)，所述电涡流位移传感器探头(1)固定设置在一侧所述流道壁面(2)上，且所述电涡流位移传感器探头(1)前端正对另一侧所述流道壁面(2)设置。

6.根据权利要求5所述的高温密封环境下的传感器探头结构，其特征在于，所述壳体(4)上设置电导线进口(17)，所述电导线进口(17)设置在所述冷却气进气口(11)与所述冷却气出气口(12)之间，且所述冷却气进气口(11)设置在所述电导线进口(17)一侧，所述冷却气出气口(12)设置在所述电导线进口(17)另一侧。

7.根据权利要求6所述的高温密封环境下的传感器探头结构，其特征在于，所述电导线(14)通过所述电导线进口(17)穿入到所述内部腔体(13)中，且暴露在所述电导线进口(17)外部的部分所述电导线(14)上包裹有可弯折塑料层(15)。

8.一种流道间距实时测量方法，采用权利要求7所述的高温密封环境下的传感器探头结构，其特征在于，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的流道间距实时测量方法，其特征在于，所述电涡流位移传感器探头(1)固定设置在所述流道壁面(2)上，且所述电涡流位移传感器探头(1)随所述流道壁面(2)同步膨胀，所述电涡流位移传感器探头(1)与所述流道壁面(2)之间的间距实时变化情况同步反映两侧所述流道壁面(2)之间流道间距的变化情况，通过在明确初始间距值的情况下计算得到实时流道间隙距离。

技术总结
本发明提供了位移测量与传感器高温密封技术领域一种高温密封环境下传感器探头结构及流道间距实时测量方法，使用电涡流位移传感器探头垂直穿过内部充满高温气体的流道壁面，且正对着另一侧流道壁面，并通过对电涡流位移传感器探头结构的特殊设计，满足传感器安装固定便捷、高温密封的需求，实现高温密封环境下的流道间距实时测量；同时传感器探头外部壳体上设置有冷却气进、出口，采用冷却气冷却传感器内部电导线和壳体自身，一方面防止内部电导线与探头金属材料的电导率、磁导率、电阻值等变化而影响位移测量精度，另一方面削弱高温导致探头自身产生膨胀量对位移测量的影响，能够在流道壁面受热膨胀的情况下准确测量流道间隙距离的实时变化量。

技术研发人员：薛翔,王浩明,王园丁,杜磊,罗超,林庆国,唐志鹏
受保护的技术使用者：上海空间推进研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15