采用热电偶测量圆管内壁面温度时的热电偶定位机构

摘要

本发明公开了采用热电偶测量圆管内壁面温度时的热电偶定位机构，包括支顶弹簧架、中空定位直管、调节杆、前限位件及后调节件，支顶弹簧架包括卡环、环形卡箍及多块连接卡环和环形卡箍且外凸折弯的弧形弹簧片，环形卡箍套设于中空定位直管前端，弧形弹簧片凹陷区域的中央构成贯穿弧形弹簧片的定位缺口。中空定位直管中陶瓷定位管的中央定位管段与待测圆管内径相匹配，调节杆穿过中空定位直管、环形卡箍及卡环，前限位件设于调节杆前端用于限制卡环前移，后调节件设于调节杆后端用于配合调节杆控制弧形弹簧片折弯。本发明应用时能降低待测圆管振动对测量精度造成的影响，且能保证长期使用过程中测量端头与待测圆管内部接触的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及热电偶测温技术，具体是采用热电偶测量圆管内壁面温度时的热电偶定位机构。

背景技术

工业应用、科研实验中常常涉及到温度的实时测量和记录，其中，热电偶因具有精度高、反应灵敏、测量范围宽广等优点，其在工业应用和科研实验的测温过程中应用较为普遍。热电偶测温时需对其测量端头进行固定，常用热电偶测量端头固定方式主要有焊接固定和机械固定两种方式。焊接固定方式应用时存在以下缺陷：焊接后测量端头位置固定，不便于重新定位和重复使用；常规电火花冲击点焊热电偶会对被测物体表面状况和温度场产生破坏；在被测工件形状特殊，例如细长圆管的内壁面，热电偶与测点间的焊接较为困难。测量表面要求无损或测点位置经常变动的温度测量场所一般采用机械固定的碰底型热电偶，现有的热电偶固定装置很难实现将热电偶精确、牢靠地定位至细长圆管的内壁面。中国发明专利申请公布号CN104390714 A公布了一种用于小直径管内多点测温的热电偶固定装置，其应用时将导向筒伸入圆管内壁温度测点位置处，采用定位凸块将热电偶夹紧至导向筒的内壁，将热电偶固定在圆管温度测点的截面上，其热电偶前端测量端头与圆管内壁间仅靠热电偶向壁面弯曲来实现接触。该固定装置应用时无法保证长期使用过程中测量端头与圆管内部接触的可靠性，且测量精度易受管道振动的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种采用热电偶测量圆管内壁面温度时的热电偶定位机构，其应用时能降低待测圆管振动对测量精度造成的影响，且能保证长期使用过程中热电偶测量端头与待测圆管内部接触的可靠性。

本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：采用热电偶测量圆管内壁面温度时的热电偶定位机构，包括支顶弹簧架、中空定位直管、调节杆、前限位件及后调节件，所述支顶弹簧架包括卡环、与卡环同轴设置的环形卡箍、以及多块连接卡环和环形卡箍且外凸折弯的弧形弹簧片，所述卡环和环形卡箍两者连接弧形弹簧片的部位在两者的圆周上均匀分布，所述弧形弹簧片凹陷区域的中央均构成有贯穿弧形弹簧片的定位缺口；所述中空定位直管前端为陶瓷定位管，所述陶瓷定位管设有外径与待测圆管内径相匹配的中央定位管段，所述环形卡箍套设于中空定位直管前端的陶瓷定位管上且其外径小于待测圆管内径；所述调节杆穿过中空定位直管、环形卡箍及卡环，所述前限位件设于调节杆前端用于限制卡环前移，后调节件设于调节杆后端用于配合调节杆控制弧形弹簧片折弯。其中，中空定位直管的长度根据待测圆管内壁测点距管道出口的距离来选取，具体选定中空定位直管时应保证中空定位直管具有一截设于待测圆管的外侧。

本发明应用时，将热电偶前端有效测温段固定于弧形弹簧片的定位缺口处并使得热电偶的测量端头裸露在外，热电偶及其尾部的信号线经中空定位直管内部穿出。将调节杆穿过中空定位直管和支顶弹簧架前端的卡环，将前限位件和后调节件分别设于调节杆的前后两端。在未使用状态下支顶弹簧架不受前限位件和后调节件的挤压力，测量时将中空定位直管固定支顶弹簧架的一端从待测圆管端口插入至待测圆管内部，陶瓷定位管的中央定位管段与待测圆管内壁接触。将后调节件在调节杆上向前旋进来缩小前定位件与后调节件之间的间距，后调节件挤压中空定位直管向待测圆管内侧移位，中空定位直管挤压支顶弹簧架使得弧形弹簧片顶向圆管内壁面，进而使得固定于弧形弹簧片上的热电偶测量端头被挤压至待测圆管内壁的测点截面上。

进一步的，所述中空定位直管由陶瓷定位管及外径小于待测圆管内径的连接管拼接构成。本发明应用时应保证陶瓷定位管设于待测圆管内，进而对本发明起到定位作用。

进一步的，所述陶瓷定位管还包括固定于中央定位管段两端的接口管段，所述接口管段的外径小于待测圆管内径，所述连接管和环形卡箍两者的内径均与陶瓷定位管接口管段的外径匹配，所述连接管通过套设于接口管段上与陶瓷定位管固定连接，所述环形卡箍通过套设于陶瓷定位管接口管段上实现与中空定位直管的固定连接。本发明的连接管和环形卡箍通过嵌套的方式固定于陶瓷定位管上，拆装便捷。

进一步的，所述连接管的数量为多根，相邻两根连接管通过一根陶瓷定位管连接。本发明在设置多根连接管时，所需配备的陶瓷定位管的数量也为多根，如此，可提升本发明定位后的稳固性。

进一步的，所述中空定位直管后端侧壁上设置有热电偶引出孔。如此，本发明应用时热电偶及其尾部的信号线经中空定位直管内部区域后从热电偶引出孔穿出，热电偶引出孔对信号线具有限位作用，能避免本发明应用时出现线缆打结或牵绊。

进一步的，所述弧形弹簧片在定位缺口处设有一块外凸的外弧形定位片及两块内凹的内弧形定位片，所述外弧形定位片与内弧形定位片中心线相同，两块内弧形定位片分别位于外弧形定位片两侧。如此，本发明应用时热量偶测量端头由外弧形定位片和内弧形定位片进行夹持定位，拆装便捷，使得本发明应用时便于对热电偶进行更换。

进一步的，所述卡环的内外径小于环形卡箍的内外径，所述弧形弹簧片的宽度由其连接卡环的一端至其连接环形卡箍的一端由小至大递增。本发明将卡环的内外径设置为小于环形卡箍的内外径，并将弧形弹簧片的宽度由其连接环形卡箍的一端至其连接卡环的一端由宽逐渐变窄，如此，本发明在中空定位直管端施加作用力时，弧形弹簧片更易折弯变形，使得本发明应用时操作更加便捷。

进一步的，所述调节杆采用螺纹杆，前限位件和后调节件均采用螺母，前限位件和后调节件均通过螺纹匹配的方式固定于调节杆上，所述后调节件外径大于中空定位直管后端端头部位的外径。如此，本发明将前限位件和后调节件安装在调节杆上时或从调节杆上拆卸下来时操作更加便捷。

为了保证前限位件与卡环之间的绝缘性能，进一步的，所述前限位件与卡环之间设置有绝缘垫片。

综上所述，本发明具有以下有益效果：（1）本发明整体结构简单，便于实现和批量制造，成本低，本发明应用时通过改变后调节件在调节杆上的位置使得中空定位直管前移，中空定位直管前移使得支顶弹簧架的弧形弹簧片被挤压出现外凸变形，进而使得固定于弧形弹簧片上的热电偶测量端头被挤压至待测圆管内壁的测点截面上。如此，本发明将热电偶固定到待测圆管内壁的测点位置时操作便捷，并能保证长期使用过程中测量端头与待测圆管内部接触的可靠性，方便测点位置的改变及热电偶的安装及更换。

（2）本发明采用支顶弹簧架将热电偶测量端头紧压在测点位置，能保证热电偶测量端头与测量点的紧密贴合，能保证热电偶的可靠接触，对管道的移动及小幅振动有较强的抗干扰能力，最大限度的减少了测量壁面状况及温度场分布的影响。同时整个机构结构简单，便于检修、更换热电偶，且便于规模化制造。

（3）本发明在具体实施时，根据测点距待测圆管端面的距离来确认热电偶测量端头是否位于待测圆管测点的截面上，调控便捷，能实现精确定位。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一个具体实施例配备热电偶并安装于待测圆管上时的结构示意图；

图2为图1中支顶弹簧架的结构示意图。

附图中标记所对应的零部件名称：1、支顶弹簧架，2、陶瓷定位管；3、连接管，4、调节杆，5、前限位件，6、后调节件，7、绝缘垫片，8、热电偶，9、待测圆管，101、卡环，102、环形卡箍，103、弧形弹簧片，104、定位缺口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1及图2所示，采用热电偶测量圆管内壁面温度时的热电偶定位机构，包括支顶弹簧架1、中空定位直管、调节杆4、前限位件5及后调节件6，其中，支顶弹簧架1包括卡环101、环形卡箍102及弧形弹簧片103，环形卡箍102与卡环101同轴设置，弧形弹簧片103两端分别与卡环101和环形卡箍102连接，弧形弹簧片103为外凸折弯，即弧形弹簧片103两端与卡环101中心线的间距小于弧形弹簧片103凹陷区域的中央距卡环10中心线的间距。本实施例中弧形弹簧片103的数量为多块，多块弧形弹簧片103均匀分布于卡环101中心线的四周，如此，卡环101和环形卡箍102两者连接弧形弹簧片103的部位在两者的圆周上也均匀分布。本实施例在具体设置时，弧形弹簧片103的数量优选为2～4片。为了便于定位热电偶8的测量端头，本实施例的弧形弹簧片103凹陷区域的中央均构成有贯穿弧形弹簧片103的定位缺口104。

本实施例的中空定位直管前端为陶瓷定位管2，陶瓷定位管2设有外径与待测圆管9内径相匹配的中央定位管段，环形卡箍102套设于中空定位直管前端的陶瓷定位管2上且其外径小于待测圆管9内径。为了便于热电偶信号线的引出，本实施的中空定位直管后端侧壁上设置有热电偶引出孔。

本实施例的调节杆4穿过中空定位直管、环形卡箍102及卡环101，前限位件5设于调节杆4前端用于限制卡环101前移，后调节件6设于调节杆4后端用于配合调节杆4控制弧形弹簧片折弯。

本实施例应用时，热电偶8上套设绝缘软管（如黄腊管），将热电偶8前端有效测温段裸露并固定在定位缺口104处。热电偶8及其尾部的信号线，从中空定位直管内部穿过经由中空定位直管末端的热电偶引出孔伸出。在未使用状态下支顶弹簧架1不受前限位件5和后调节件6的挤压力，测量时，将中空定位直管固定支顶弹簧架1的一端从待测圆管9端口插入至圆管内部。在调节杆4尾端不断将调节件6在调节杆4上向前旋进，使得支顶弹簧架1上的弧形弹簧片103受挤压顶向四周的圆管内壁面，进而使得安装在弧形弹簧片上的热电偶测量端头被挤压至待测圆管9内壁的测点截面上。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的中空定位直管由陶瓷定位管2及外径小于待测圆管9内径的连接管3拼接构成。本实施例在具体设计时，陶瓷定位管2还包括两段接口管段，两段接口管段分别固定于中央定位管段两端且与中央定位管段同轴设置，接口管段的外径小于待测圆管9内径。本实施例的连接管3和环形卡箍102两者的内径均与陶瓷定位管2接口管段的外径匹配，连接管3通过套设于接口管段上与陶瓷定位管2固定连接，环形卡箍102通过套设于陶瓷定位管2接口管段上实现与中空定位直管的固定连接。本实施例在具体设置时，连接管3的数量为多根，相邻两根连接管3通过一根陶瓷定位管2连接。

实施例3：

为了便于对热电偶的测量端头进行定位，本实施例在实施例1或实施例2的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的弧形弹簧片103在定位缺口104处设有一块外凸的外弧形定位片及两块内凹的内弧形定位片，其中，外弧形定位片与内弧形定位片中心线相同，两块内弧形定位片分别位于外弧形定位片两侧。

实施例4：

本实施例在实施例1～实施例3中任意一个实施例的基础上做出了如下进一步限定：本实施例中卡环101的内外径小于环形卡箍102的内外径，弧形弹簧片103的宽度由其连接卡环101的一端至其连接环形卡箍102的一端由小至大递增。

实施例5：

本实施例在实施例1～实施例4中任意一个实施例的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的调节杆4采用螺纹杆，前限位件5和后调节件6均采用螺母，前限位件5和后调节件6均设有与调节杆4外螺纹匹配的内螺纹，两者通过螺纹匹配的方式固定于调节杆4上。本实施例的前限位件5与卡环101之间设置有绝缘垫片7，绝缘垫片7采用外径稍大于前限位件的环形绝缘片，其采用聚四氟乙烯、石棉橡胶片等绝缘材料制作而成。本实施例中后调节件6外径大于中空定位直管后端端头部位的外径，如此，本实施例应用时，后调节件6在调节杆4上向前限位件5侧移位时，能有效顶持中空定位直管挤压弧形弹簧片103。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。