重復(fù)溫度傳感浸入式探頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于重復(fù)浸入熔融金屬熔池的溫度傳感器，包括：保護(hù)套管，所述保護(hù)套管由能夠經(jīng)受重復(fù)浸入熔融金屬熔池中的耐熱纖維材料制成并具有穿過所述保護(hù)套管的中心縱向延伸的孔洞；支撐管，所述支撐管位于所述保護(hù)套管的孔洞中；以及熱電偶部件，所述熱電偶部件具有被支撐管支撐在其一端內(nèi)的主體部分，和從所述主體部分延伸穿過所述保護(hù)套管的端部的熱電偶延伸部分。所述支撐管在所述保護(hù)套管內(nèi)被基本覆蓋所述支撐管的全部表面的反射金屬箔片材質(zhì)包圍。
【專利說明】
重復(fù)溫度傳感浸入式探頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明通常涉及一種適合重復(fù)浸入熔融金屬中的溫度傳感器。具體地說，本發(fā)明涉及一種對(duì)熔融金屬溫度傳感器的改進(jìn)，其中該熔融金屬溫度傳感器包括耐熱纖維材質(zhì)的高溫保護(hù)管。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明通常涉及一種適合重復(fù)浸入熔融金屬中的溫度傳感器。具體地說，本發(fā)明涉及一種對(duì)熔融金屬溫度傳感器的改進(jìn)，其中該熔融金屬溫度傳感器包括耐熱纖維材質(zhì)的高溫保護(hù)管。
[0003]如Kraus 的專利U.S.Pat.Nos.3,816,183，和 Falk 的專利N0.4,521,639所示，已知用耐熱材料的圓柱形套管包圍溫度傳感器以實(shí)現(xiàn)可重復(fù)浸入熔融金屬熔池中。上文所述專利示出了一種耐熱套管，該耐熱套管具有起始于一端并終止于向內(nèi)突起肩部的大致圓柱形孔洞，和漸縮形或截錐形的圓柱形孔洞，該漸縮形或截錐形的圓柱形孔洞從肩部一直延伸到套管的另一端。
[0004]重復(fù)設(shè)備的構(gòu)造包括一個(gè)圍繞著熱電偶元件的支撐管，支撐管插入耐熱套管的圓柱形孔洞中。熱電偶元件的突出部分伸出圓錐形的孔洞并且遠(yuǎn)離套管端部預(yù)定距離。耐熱套管通過在套管端部填充耐熱接合劑的方式固定在支撐管上并且包含原材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明，提供了優(yōu)選具有大致圓柱形孔洞的預(yù)制耐熱套管，以容納支撐管，支撐管通常由硬紙板制成并支撐插入其中的熱電偶元件。這種結(jié)構(gòu)首先具有反射金屬箔片，該反射金屬箔片在支撐管插入到預(yù)制耐熱套管之前包在支撐管的外表面周圍。其次，溫度傳感器內(nèi)的熱電偶元件的石英管具有氧化鋁涂層，石英管包圍熱電偶絲的熱接點(diǎn)。與已知結(jié)構(gòu)相比，重復(fù)類型傳感器的這些獨(dú)有特性或每個(gè)特性與其他的改良一起允許浸入熔融金屬熔池進(jìn)行溫度測(cè)量的溫度傳感器在失效前增加讀取次數(shù)。
[0006]圍繞在通常硬紙管周圍的反射金屬箔片能夠在浸入熔池前和浸入熔池中反射輻射熱。此外，金屬箔片套保護(hù)硬紙管，使得管可感知的溫度在插入耐熱套管部分的硬紙管的長度上基本均勻。金屬箔片套還密封硬紙管的外表面，以便限制在浸入期間與硬紙管接觸的氧氣的量。因?yàn)槿コ搜鯕猓曰旧峡梢韵布埞茉诟邷厍闆r下的燃燒。
[0007]熱電偶元件的石英套管上的氧化鋁涂層用于防止石英材質(zhì)在重復(fù)浸入熔融金屬環(huán)境之后降解。普通重復(fù)類型浸入傳感器的一般時(shí)效模式是熱電偶管的石英材質(zhì)的失效。
[0008]通過具體指出和描述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚本發(fā)明的其他有點(diǎn)。
[0009]出于說明本發(fā)明的目的，附圖中示出了優(yōu)選形式;然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于具體排列方式和手段。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的重復(fù)高溫浸入式探頭的橫截面視圖。
[0011]圖2是圖1中的浸入式探頭沿著線2—2截取的橫截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖1示出了適合安裝在手持測(cè)槍(沒有顯示)浸入端的溫度傳感器10的橫截面。溫度傳感器10的結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成可重復(fù)浸入如鋼水或鐵水的熔融金屬熔池中。
[0013]溫度傳感器10包括一個(gè)典型地由硬紙板或類似材質(zhì)制成的支撐管12。本支撐管12被插入一個(gè)高溫保護(hù)套管14中并被該高溫保護(hù)套管包圍。安置在支撐管12內(nèi)部的是一個(gè)帶有主體部分18和熱電偶延長部分20的溫度傳感部件16。主體部分18位于支撐管12的內(nèi)部，熱電偶延長部分20穿過高溫保護(hù)套管14并從該高溫保護(hù)套管的端部伸出。
[0014]優(yōu)選的是，保護(hù)套管14由一種優(yōu)良的耐熱纖維材質(zhì)真空澆鑄，比如專利U.S.Pat.N0.3，816，183中公開的陶瓷纖維材質(zhì)。無論如何，套管14可以采用任何具體形式并不限于附圖所示的形式，其功能原理是在浸入熔池時(shí)提供隔離和防濺特征。保護(hù)套管14的內(nèi)部具有大致圓柱形孔洞24，該孔洞從套管一端延伸到形成在保護(hù)套管14的浸入端28附近的徑向向內(nèi)突出的肩部26。在套管14的突出部分26和浸入端28之間優(yōu)選地設(shè)置有向內(nèi)漸縮的圓柱表面30，該漸縮圓柱表面朝著套管14的浸入端28漸縮。該漸縮圓柱表面30大致呈截錐形的孔洞。套管14的朝浸入端28敞開的端部設(shè)置有第二肩部32。第二肩部32與漸縮形孔洞30的狹窄端相通。
[0015]溫度傳感器10組裝成溫度傳感部件16的主體部分18插入支撐管12中，而溫度傳感部件16的熱電偶延長部分20從支撐管12的端部伸出。支撐管12和傳感部件16插入保護(hù)套管14的圓柱形孔洞24中，使得保護(hù)套管14和傳感部件16抵靠向內(nèi)突出的肩部26。這種方式使傳感部件延長部分20從保護(hù)套管14的浸入端28預(yù)先伸出預(yù)定量。漸縮形孔洞30和保護(hù)套關(guān)14的第二肩部32填充有耐熱接合劑34。肩部26和漸縮形孔洞30內(nèi)的接合劑填充物34的組合使溫度傳感部件16和支撐管12完全固定在保護(hù)套管14內(nèi)。此外，這種方式增強(qiáng)了與溫度傳感部件16之間的隔離并且使用較少的耐熱接合劑34。耐熱套管14通常是比耐熱接合劑34更好的隔離體，因此熱電偶部件16可以被嵌入套管中相對(duì)較淺的深度。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，支撐管12裝備有一個(gè)薄的反射金屬箔片套36。所提供的反射套36基本上與支撐管12的外表面直接接觸。此外，反射套36折疊到支撐管12的端部上面，并且設(shè)置在熱電偶延長部分20的腿部42周圍和溫度傳感部件16的頂端上面。反射套36可以以任何便利的方式施加，優(yōu)選的為大約0.1毫米厚度的鋁材料，但是依據(jù)設(shè)計(jì)條件也可采用其他厚度。反射套36的外表面能夠在浸入前和浸入時(shí)反射來自于保護(hù)套管14的熱輻射。金屬箔片套36還用作水氣屏障和在浸入期間從套管14通過傳導(dǎo)或?qū)α鞣绞絺鬟f過來的熱量的散熱器。因?yàn)榫哂邢鄬?duì)高的傳導(dǎo)性，金屬箔片套36也能將從保護(hù)套管14內(nèi)部吸收的熱量基本分散到其整個(gè)表面上。
[0017]溫度傳感部件16的主體部分18通常包括從熱電偶延長部分20相反的一端延伸出的接頭38。接頭38適合于與插入支撐管12的測(cè)槍(沒有顯示)的相應(yīng)接頭配合。主體部分18在熱電偶絲和接頭38之間包括冷補(bǔ)償接合點(diǎn)(沒有顯示結(jié)構(gòu))。在圖2中示出含有耐熱接合劑填充物40的主體部分18的橫截面。這種耐熱接合劑40用于將熱電偶延長部分20支撐在主體部分18上并保護(hù)主體部分18中的熱電偶絲和接合點(diǎn)。優(yōu)選的是，耐熱接合劑填充物40的材料與耐熱接合劑34的材料相同。
[0018]傳感部件16的熱電偶延長部分20通常具體包括U形石英管42，石英管的U形突出端包括熱電偶絲的熱結(jié)點(diǎn)，石英管42通過在石英材質(zhì)上施加氧化鋁材質(zhì)(AL203)的涂層44進(jìn)行改良，涂層在使用前是干燥的。石英管42的氧化鋁涂層44用于強(qiáng)化石英材質(zhì)并且防止在重復(fù)浸入時(shí)降解。通常，熔融金屬熔池的氧化物造成石英材質(zhì)的軟化并最終失效。已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，通過在石英材質(zhì)上施加稀釋強(qiáng)度的氧化鋁涂層44(260克三氧化二鋁與340毫升聚乙烯醇溶液)能夠消除石英U形管的失效成為溫度傳感器10的失效模式。
[0019]如圖所示并且在本文中充分描述的浸入式溫度傳感器10的結(jié)構(gòu)增加了美國專利U.S.Pat.N0.4，645，865所述的溫度傳感設(shè)備的使用壽命。本文所描述的每一種改良都充分地增加了使用壽命。無論如何，每種改良都可以根據(jù)需要而被單獨(dú)利用。
[0020]能夠附加在溫度傳感器10上的可選結(jié)構(gòu)包括一個(gè)位于套管浸入端28上的蓋子，用于在初始穿過熔融金屬熔池頂部的渣層時(shí)保護(hù)溫度傳感器10的熱電偶延長部分20。此外，在套管14內(nèi)還可以設(shè)置棱48，棱48從圓柱形孔洞24向內(nèi)突出以使支撐管12和溫度傳感部件16固定地保持在保護(hù)套管14內(nèi)部。套管14的圓柱形孔洞端通過耐熱材料(沒有顯示)密封。無論如何，本發(fā)明所預(yù)期的溫度傳感器10通常不會(huì)被浸入熔池中超過非浸入端的程度。
[0021]本文所描述的本發(fā)明充分延長了溫度傳感器的使用壽命，這樣能夠增加浸入次數(shù)并提供精確溫度讀數(shù)。測(cè)試顯示，所描述的本發(fā)明使浸入次數(shù)增加一倍。
[0022]在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)屬性的情況下，本發(fā)明可以以其他具體形式體現(xiàn)，并且可以參考所附權(quán)利要求而不是前述說明書來表明本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于重復(fù)浸入熔融金屬熔池的溫度傳感器，包括: 保護(hù)套管，所述保護(hù)套管由能夠經(jīng)受重復(fù)浸入熔融金屬熔池中的耐熱纖維材料制成并具有穿過所述保護(hù)套管的中心縱向延伸的孔洞;支撐管，所述支撐管位于所述保護(hù)套管的孔洞中；以及熱電偶部件，所述熱電偶部件具有被所述支撐管支撐在其一端內(nèi)的主體部分，和從所述主體部分延伸穿過所述保護(hù)套管的端部的熱電偶延伸部分， 所述支撐管在所述保護(hù)套管內(nèi)被基本覆蓋所述支撐管的全部表面的反射金屬箔片材質(zhì)包圍。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度傳感器，其中，所述傳感元件的熱電偶延伸部分包括U形石英管，所述U形石英管的至少浸入時(shí)暴露于熔融金屬的表面區(qū)域具有涂層，所述涂層包括氧化鋁材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度傳感器，其中，所述氧化鋁材料的涂層由大約260克三氧化二鋁和340毫升聚乙烯醇的混合溶液制成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度傳感器，其中，所述傳感元件的主體部分包括耐熱接合劑填充物。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度傳感器，其中，所述反射金屬箔片的包圍套是鋁質(zhì)材料。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度傳感器，其中，所述鋁質(zhì)材料的金屬箔片的包圍套的厚度大約為.0.1毫米.7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度傳感器，其中，所述反射金屬箔片的包圍套包住所述支撐管的端部和所述傳感部件的主體部分。
【文檔編號(hào)】G01K1/12GK105841833SQ201610149569
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月16日
【發(fā)明人】約翰·E·卡西迪
【申請(qǐng)人】賀利氏電子耐特國際股份公司