[發明專利]一種高溫環境下接觸式位移傳感器的熱防護結構

在審

• 申請號: 201710201123.5
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN106895867A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 胡嘉麟;高金海;柳光;劉軍;王沛;杜強;郭寶亭
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01D11/24
• 分類號: G01D11/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及燃氣輪機和航空發動機技術領域，尤其涉及一種高溫環境下接觸式位移傳感器的熱防護結構。

背景技術

高溫部件的變形測量手段，按傳感器與被測物體接觸方式可以分成兩種方式，非接觸式位移測量傳感器及接觸式位移測量傳感器。非接觸式位移測量傳感器，常見的為電渦流位移傳感器及激光測距儀，電渦流位移傳感器廣泛應用在大型旋轉機械狀態的在線監測與故障診斷中，其利用系統中的前置器中的高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產生交變的磁場，當被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產生感應電流，即將頭部線圈與金屬導體的距離變化轉化成電壓或電流的變化，因此電渦流位移傳感器只能應用于金屬導體的場合中，且要求環境溫度低于200℃。激光測距儀廣泛應用于地形測量，其測距原理歸結為測量光往返目標所需要的時間，然后通過光速和大氣折射系數計算出距離，其中，相位式激光測距儀的精度可達0.01mm量級，且工作溫度可以較高，但其要求被測物體平面必須與光線垂直，且其體積較大。接觸式位移測量傳感器如電感測微儀，其廣泛應用于精密機械制造業及國防，科研、計量部門的精密長度測量，其應用自帶的正弦波振蕩器輸出信號并加到測量頭中，將工件的微小位移轉化為直流電壓信號，其精度可達0.0001mm，但其應用場合溫度一般要求不超過100℃。實際應用中，某些情況，由于測量的空間限制及測量精度的要求，僅能采用接觸式位移測量的方式，但過高的環境溫度又限制了接觸式位移傳感器的使用，本發明即針對這一應用場合，通過增加導熱熱阻和削弱輻射換熱，將接觸式位移傳感器應用于高溫測量環境中。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點和不足，本發明旨在提供一種高溫環境下接觸式位移傳感器的熱防護結構，該熱防護結構簡單，易于將其應用于各種接觸式傳感器的測量探頭中。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案是：

一種高溫環境下接觸式位移傳感器的熱防護結構，所述接觸式位移傳感器包括測量探頭，其特征在于，在所述測量探頭的末端固定設置一內剛性套管和外剛性套管，所述內剛性套管和外剛性套管的軸線方向與所述測量探頭的軸線保持一致，其中，

--所述內剛性套管為兩端開口結構，所述內剛性套管的一端與所述測量探頭的末端剛性固定，所述內剛性套管采用石英、陶瓷等熱阻率較高的材料制成，以避免測量探頭直接接觸高溫體，所述內剛性套管內填充高溫隔熱材料，所述內剛性套管及其內部填充的高溫隔熱材料的熱膨脹系數與所述測量探頭的熱膨脹系數相當，所述內剛性套管的長度根據所應用環境溫度對其長度進行調整，所述內剛性套管的內徑略大于所述測量探頭的直徑；

--在所述內剛性套管的外周表面套設一所述外剛性套管，所述外剛性套管為一端開口結構，其長度大于所述內剛性套管的長度，其內徑大于所述測量探頭的直徑，所述外剛性套管的盲端的內表面與所述內剛性套管的另一端剛性連接，使得所述外剛性套管完全覆蓋所述內剛性套管，并部分覆蓋所述測量探頭，所述外剛性套管的內表面與所述內剛性套管的外表面、所述測量探頭的外表面之間在整個周向上留有間隙，所述外剛性套管的外表面覆蓋有高反射率材料層，以減少高溫下輻射傳熱對外剛性套管的影響。

優選地，所述內剛性套管與所述外剛性套管之間通過粘結膠剛性連接。

優選地，所述內剛性套管與測量探頭的末端之間通過粘結膠剛性連接。

進一步地，所述粘結膠為在常溫下可固化的粘結膠，固化后為剛性或接近剛性。進一步地，所述粘結膠為耐高溫、熱阻高的粘結膠，其目的在于減少剛性套管對測量探頭的熱流傳遞。進一步地，所述粘結膠為熱膨脹率低的粘結膠，其目的在于避免高溫下膠體變形破壞剛性套管。進一步地，所述粘結膠為韌性差的粘結膠，方便測量結束后拆卸剛性套管。

優選地，所述外剛性套管的長度應能覆蓋整個測量探頭。

優選地，所述外剛性套管的內徑大于測量探頭的外徑及內剛性套管的外徑。

優選地，所述外剛性套管與內剛性套管的材質、熱阻率及熱膨脹系數相同。

本發明的高溫環境下接觸式位移傳感器的熱防護結構中，所述內剛性套管、外剛性套管采用耐高溫、熱阻高、熱膨脹率低的材料制備，其目的在于減少高溫體對測量探頭的熱流傳遞，避免測量探頭直接接觸高溫體，同時減少高溫對剛性套管長度的影響，減小測量誤差。