测量熔融金属温度的装置的制造方法
【专利摘要】本发明是一种测量熔融金属温度的装置。本装置包括一个热电偶元件，一个由耐热材料构成的外壳以及一个用以容纳热电偶元件的保持构件。该保持构件具有一个敞开端和一个封闭端。热电偶元件具有一个位于保持构件的封闭端附近的热接点。保持构件位于外壳内，并且保持构件的尺寸小于外壳以便在保持构件与外壳之间限定腔体。腔体由包含金属氧化物成分和脱氧剂成分的保护材料充分填充。
【专利说明】
测量熔融金属温度的装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种测量熔融金属温度的热电偶设备，更具体地说，涉及一种防止热电偶元件被化学侵蚀的长期热电偶设备。
【背景技术】
[0002]热电偶设备在承受高温以及熔融金属反应强的环境下进行熔融金属的温度监控，必须能够抵抗腐蚀变质，同时为控制熔融金属的温度提供精确的温度测量。
[0003]通常，热电偶包含正极元件和负极元件，正极元件和负极元件连接在一起，通常拧在一起并在承受熔融金属温度的热接点焊接。在每一个相反端(即，冷接点)，它们与适当的设备相连接，以便能够根据接点到冷接点的各支线的温度梯度来测量两根引线之间的电动势。
[0004]例如，正极元件和负极元件可以由不同的金属线构成。例如，铂铑30的正极元件与铂铑6的负极元件的组合用于测量大约是1000摄氏度到1700摄氏度的温度。
[0005]这些热电偶的金属成分，特别是铂，是非常昂贵的。因此，需要在熔融金属的恶劣环境中保护这些元件，延长热电偶的使用寿命，减少热电偶必要的更换频繁，同时确保温度测量的精度。因此，在工业应用中，热电偶通常被放置在通常高纯度氧化铝的保护套管中保护套管可以封装热电偶元件。保护套管布置在大致由耐热金属氧化物和石墨构成的保护外套的材质中。在端部封闭保护管的外部与保护外套的内部之间通常形成有内环或者腔体。当高温环境使用时，反应气体在内环中聚集，从而热电偶导线受到沾染。
【发明内容】
[0006]本发明包括能够对恶劣熔融金属环境的化学侵蚀提供保护的热电偶装置。该热电偶装置还可以防止在外保护套管与内保护套管之间的环形空间内形成的反应气体破坏或损坏热电偶元件。通过增加热电偶的预期寿命，本温度传感设备提供更精确的温度测量，以便更精密地控制熔融金属。
【附图说明】
[0007]图1是根据本发明的热电偶装置的侧面示意图，其中脱氧成分为粉末。
【具体实施方式】
[0008]参考附图，其中在全文中相同附图标记表示相同的元件，在图1中，10表示根据本发明的熔融金属温度测量装置。
[0009]如图1最佳地示出，熔融金属温度测量装置10包括一个热电偶元件，热电偶元件的一部分由12概括性表示。通常，热电偶元件12由正极元件和负极元件(没有显示)组成。为了论述，在图1中，正极元件显示为正极导线14，负极元件显示为负极导线16。
[0010]正极导线14和负极导线16通常由两种不同的金属材料构成，例如，铂、铂铑合金、镍铬合金、铜镍合金、铁、镍铝合金以及铜。热电偶元件12封装在双联管(没有显示)中，以便将正极导线14的整个长度与负极导线16基本隔离。如本领域普通技术人员所知，双联管由氧化铝构成。
[0011]热电偶元件12的正极导线14和负极导线16在承受金属熔融高温的热接点(没有显示)处相连接。通常，热电偶元件12的热接点可以通过缠绕，焊接或者夹紧正极导线14和负极导线16的方式形成。本领域普通技术人员可以理解，热接点可以通过在使用中保证良好电连续性的人和方式连接。
[0012]为了清晰，在附图中没有示出设置在熔融金属温度测量装置10的保持构件24中的双联管以及正极导线14和负极导线16的各个部分(包括热接点)。热电偶12的这些组件是本领域普通技术人员已知的，相信不必进一步讨论。熔融金属温度测量装置10的保持构件24和其他组件将在后面详细讨论。
[0013]热电偶设备10还包括一个由耐热材料构成的外壳18。优选的是，耐热材料包括石墨和金属氧化物，例如氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化锆及其混合物。
[0014]外壳18大致呈圆柱形并且具有位于热电偶元件12的热接点附近的封闭端20和远离热接点的敞开端22。优选的是，外壳18大致呈圆柱形，以保证在外壳18壁上的均匀热传递并且使沿着外壳18的温度梯度最小化，但是外壳18可以呈多种形状。外壳18可以本领域普通技术人员已知的任何方法形成，例如铸造、模塑、压铸、挤压等等。
[0015]热电偶设备10还包括用于容纳热电偶元件12的保持构件24用以放置。该保持构件24由陶瓷材料制成，优选由氧化铝制成。
[0016]参考图1，优选的是，保持构件24大致呈管状，以保证沿着保持构件24长度的均匀温度梯度，但是根据需要，保持构件24的形状可以在本发明精神和范围内改变。保持构件24具有敞开端26和封闭端28。保持构件24的封闭端28位于外壳18的封闭端20附近。热电偶元件12的热接点位于保持构件24的封闭端28附近。
[0017]保持构件24位于外壳内，并且保持构件的尺寸或者直径小于外壳18以便在保持构件与外壳之间限定大致环形的腔体30。环形腔体30具有上部32和下部34，环形腔体30的上部32的直径一般大于下部34的直径。如图1所示，上部32和下部34是由倾斜过渡区36相连接的。本领域普通技术人员可以理解，根据需要，环形腔体30的上部32和下部34可以具有相等的直径，或者下部34的直径可以超过上部32的直径。
[0018]环形腔体30的直径一般比保持构件24的外径大，并且优选的是直径为8-15厘米。环形腔体30从外壳的封闭端20延伸到外壳18的与封闭端20相反的敞开端22。外壳18的封闭端20是热电偶设备10的浸入熔融金属中进行温度测量的端部。
[0019]腔体30基本上并且优选全部被保护材料填充并且用接合剂材质的塞子50密封。保护材料包括金属氧化物成分和脱氧剂成分。金属氧化物成分可以选自氧化铝、氧化镁、氧化锰、氧化钛、氧化钒、氧化锆及其混合物。优选的金属氧化物成分包括相对廉价的氧化铝。
[0020]金属氧化物成分优选呈粉末38的形式，但是本领域普通技术人员可以理解，金属氧化物成分可以是任何的形状或形式，例如基本包围热电偶元件12的管。在本实施例中，优选的是，金属氧化物成分呈平均颗粒尺寸或者直径小于约250微米的粉末的形式。
[0021]优选的是，脱氧剂成分通常均匀分布在整个腔体30中，至少均匀分布在保持构件24的封闭端28附近。金属氧化物成分能够促进脱氧剂成分在整个腔体30中的均匀分布。
[0022]脱氧剂成分可以选自铝、镁、锰、钛、钒、锆及其类混合物。优选的是，脱氧剂为铝。
[0023]通常来讲，需要避免脱氧剂同时与保持构件24和外壳18直接接触，以防止形成能够将保持构件24暴露于不均匀热机械应力的热桥。通过将金属氧化物粉末38与脱氧剂成分相互混合并且只使用大致上小于腔体30尺寸的脱氧剂成分(粉末38、颗粒等等)，可以最小化或者消除热桥作用。
[0024]脱氧剂的形式并不受限于以上具体论述的诸如粉末、颗粒、线状物、球状物、管状物片状物等群组分类。
[0025]脱氧剂成分包含大约5%-大约95%体积含量的保护材料。优选的是，脱氧剂成分包含大约15 % -大约75 %体积含量的保护材料。更优选的是，脱氧剂成分包含大约25 % -大约65%体积含量的保护材料，最优选的是，脱氧剂成分包含大约40%-大约50%体积含量的保护材料。
[0026]如图1最佳地示出，在将保持构件24和保护材料插入到腔体30中之后，腔体30可以塞子50充分密封，该塞子包围保持构件24的敞开端26并且填充了腔体30上部32的一部分。塞子50优选由例如接合剂材料构成。在保持构件24和塞子50插入腔体30之前，保持构件24的敞开端26可以插入到塞子50中。本领域普通技术人员可以理解，装配熔融金属温度测量装置10的上述方法是多种装配方法的实例并不是用来进行限制。
【主权项】
1.一种测量熔融金属温度的装置，所述装置包含热电偶元件、由耐热材料构成的外壳以及用以容纳热电偶元件的保持构件， 所述保持构件具有敞开端和封闭端， 所述热电偶元件具有位于所述保持构件的所述封闭端附近的热接点， 所述保持构件位于所述外壳内并且所述的保持构件尺寸小于所述外壳以便在所述保持构件与所述外壳之间限定腔体， 所述腔体由包含金属氧化物成分和脱氧剂成分的保护材料充分填充。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述耐热材料包含金属氧化物和石墨。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述耐热材料的所述金属氧化物是氧化铝。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述的保持构件是陶瓷材料。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述的保持构件大致呈管状。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述保护材料的所述金属氧化物成分选自氧化铝，氧化镁、氧化猛、氧化钛、氧化银、氧化错及其混合物。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述保护材料的所述金属氧化物成分是氧化铝。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述保护材料的所述金属氧化物成分呈粉末状。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述脱氧剂成分选自铝、镁、锰、钛、钒、锆及其混合物。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述脱氧剂成分是铝。11.根据权利要求10所述的装置，其中所述铝包含15%-70%体积含量的所述保护材料。12.根据权利要求10所述的装置，其中所述铝包含25%-65%体积含量的所述保护材料。13.根据权利要求1所述的装置，其中所述脱氧剂成分包含5%-95%体积含量的所述保护材料。14.根据权利要求1所述的装置，其中所述脱氧剂成分选自粉末、颗粒及其混合物。15.根据权利要求1所述的装置，其中所述的脱氧剂成分嵌入所述保护材料的所述金属氧化物成分中，所述脱氧剂成分选自从线状物、球状物、谷状物及其混合物。16.根据权利要求1所述的装置，其中所述脱氧剂成分选自棒状物、带状物、线圈状物及其混合物。17.根据权利要求16所述的装置，其中所述脱氧剂成分包含多个棒状物，所述棒状物与所述保持构件的纵轴平行。18.根据权利要求1所述的装置，其中所述脱氧剂成分形成套管，所述套筒至少部分地包围所述保护材料的所述金属氧化物成分。
【文档编号】G01K1/10GK105841834SQ201610149571
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】马丁·肯德尔
【申请人】贺利氏电子耐特国际股份公司