專利名稱：測溫探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有一個探頭體的測溫探頭，所述探頭體具有一個鉆孔，鉆孔內(nèi)可安裝熱電偶，其熱敏端頭從探頭體的前段突出。
這種探頭體是公知的。它們通常為圓柱形結(jié)構(gòu)并且在其前端成錐形。在其后端備有螺紋。探頭體利用此螺紋被旋固在支架上。在圓柱形鉆孔內(nèi)安裝有已知結(jié)構(gòu)的熱電偶，優(yōu)選微型-鎧裝(Mantel)-熱電偶。這種熱電偶通常由兩根不同的金屬芯線構(gòu)成，芯線嵌在絕緣材料內(nèi)并由金屬屏蔽、鎧裝環(huán)圍?？刹捎镁哂懈呓^緣阻抗的氧化鎂或氧化鋁作為絕緣材料。通常采用不銹鋼作為鎧裝材料。作為熱電偶的芯線通常采用NiCr-Ni-金屬絲，并且在其前端相互焊接在一起。當(dāng)溫度超過1200℃時，也可以采用鉑-銠-鉑-熱電偶。
帶有這種熱電偶的溫度探頭可用于各種用途。但在這種溫度探頭用于測量在高壓下的并需要快速進行溫度測定的反應(yīng)器和反應(yīng)管內(nèi)的溫度時還是有困難的。高壓導(dǎo)致探頭體必須結(jié)構(gòu)堅固并且壁厚寬。這一切導(dǎo)致傳導(dǎo)到熱電偶端頭上的溫度變化相應(yīng)緩慢。例如應(yīng)用這類溫度探頭的裝置是高壓聚乙烯裝置，在該裝置中在操作壓力為1500至3500巴的情況下進行乙烯聚合反應(yīng)。在這樣一種反應(yīng)器中大約要用40個溫度探頭，這些溫度探頭形成相應(yīng)的溫度分布。其中探頭體通常的直徑為8至10mm。安裝在探頭體內(nèi)的熱電偶的直徑通常約為2mm。
本發(fā)明的任務(wù)在于提出一種溫度探頭，該溫度探頭可用于壓力特別高并且溫度特別高以及反應(yīng)物流速特別快的反應(yīng)器并且盡管如此仍能測定到迅速的溫度變化。
依照本發(fā)明該任務(wù)的解決方案是，探頭體的前段在與鉆孔有很小間隔處具有環(huán)狀縫。該環(huán)狀縫具有盡可能窄的縫寬，通常為0.1至0.5mm，優(yōu)選為0.1至0.2mm。環(huán)狀縫的長度為5至20mm，優(yōu)選為10至15mm。可用激光加工此環(huán)狀縫，也可以采用如下方式制造該探頭，探頭體的前段具有至少一個階梯狀的直徑縮小，在其上套有一個罩件，罩件前段的內(nèi)徑大于探頭體的前段，從而形成一個環(huán)狀縫?？梢詫⒄峙c探頭體焊接在一起。
本發(fā)明的探頭尤其適用于在高壓、高溫和高流速的裝置部分中進行溫度的快速測定。例如在化學(xué)反應(yīng)器、攪拌釜、管式反應(yīng)器、通向這些裝置部分的輸入管道以及連接管道中。
這類探頭優(yōu)選用于聚合反應(yīng)器，既可用在氣相中又可在超臨界的介質(zhì)中，例如在制備聚烯烴時。而且在回路反應(yīng)器中懸浮聚合時采用這類探頭也是有益的。
通常壓力范圍在30至5000巴，優(yōu)選在50至3500巴，尤其在1000至3500巴，并且溫度在20至1000℃之間，優(yōu)選在50至500℃，尤其在100至400℃。流速為1至50米/秒，優(yōu)選在5至15米/秒。
各種結(jié)構(gòu)的微型-鎧裝-熱電偶，優(yōu)選由NiCr-Ni-金屬絲制成的微型-鎧裝-熱電偶可作為熱電偶加以應(yīng)用，所述NiCr-Ni-絲的前端相互焊接在一起。在這里也可以采用鉑-銠-鉑-熱電偶以及其它已知的熱電偶。熱電偶的芯線嵌入諸如氧化鎂或氧化鋁等不導(dǎo)電的絕緣材料中并被金屬屏蔽，鎧裝套環(huán)圍。在熱電偶的前端通過一金屬罩與鎧裝套連接。該罩應(yīng)是對出現(xiàn)的溫度、壓力和流速不敏感的。該罩優(yōu)選為半球形。
也可以采用電阻式溫度計或測量用電阻替代熱電偶。特別有利的是例如根據(jù)DIN IEC 751的鉑-電阻式溫度計和鉑-測量用電阻。這種電阻式溫度計由一在護套內(nèi)的對溫度響應(yīng)的測量用電阻、內(nèi)饋線和用于與電測量儀表進行連接的外連接構(gòu)成。
有關(guān)本發(fā)明的其它細節(jié)和優(yōu)點請參見附圖中所示的實施例。圖中示出

圖1安裝在管式反應(yīng)器內(nèi)的已知結(jié)構(gòu)的探頭的剖面圖；圖2圖1中所示探頭的前段的剖面放大圖；圖3本發(fā)明探頭的第一實施例剖面圖；圖4本發(fā)明探頭的第二實施例剖面圖；圖5采用圖2的已知探頭時溫度顯示與時間關(guān)系曲線；
圖6采用圖4探頭時的溫度顯示與時間關(guān)系曲線。
在圖1所示的實施方式中示出一個已知結(jié)構(gòu)的探頭，該探頭安裝在一管式反應(yīng)器中。其中在探頭體1中有一圓柱形鉆孔2，在該鉆孔中安裝有一未鎧裝的熱電偶3，該熱電偶具有一個熱敏端頭3A。探頭體1設(shè)置在連接件5的圓柱形間隙4內(nèi)，該連接件被密封地固定在管式反應(yīng)器6的法蘭6A和6B之間。在管式反應(yīng)器6中反應(yīng)時，例如在通過乙烯聚合制備聚乙烯時操作壓力在500至5000巴，優(yōu)選在500至3500巴。其中會出現(xiàn)溫度劇烈的上升，溫度在300至1000℃。連接件5通過法蘭6A和6B與接頭8的連接部分7旋接在一起，電線由接頭8引出經(jīng)連接部分8A通向顯示儀表。
安裝在連接件5的探頭1的前端1A伸入管式反應(yīng)器6內(nèi)。有關(guān)其結(jié)構(gòu)，請參見圖2中所示的實施例。圓柱形探頭體1的外徑為9mm，其前端為截錐狀1A。其中與中軸的夾角為30°。端頭的外徑為5mm。內(nèi)徑為2.2mm的鉆孔在探頭體1中延伸。在該鉆孔內(nèi)安裝有一個帶有端頭3A的未鎧裝的NiCr-Ni-形式的熱電偶3。探頭體1在位置9處與連接件5環(huán)形地焊在一起。
熱電偶3A的端頭通常伸到氣流的中間，以便精確地檢測工作溫度。在采用圖2探頭體這種已知的實施方式時，由于熱惰性將導(dǎo)致實時溫度顯示明顯的滯后。
圖3示出依照本發(fā)明在其前端有一個環(huán)形縫10的探頭體的實施方式。在一具體實施方式
中，該環(huán)形縫的長度為15mm并且縫寬為0.2mm。容納未鎧裝的熱電偶3的鉆孔2的直徑為1.5mm，并且探頭體1的位于環(huán)形縫10內(nèi)的圓柱部分1B的直徑為3.2mm。與圖2的實施方式不同的是，探頭體1位于環(huán)形縫內(nèi)的部分的端頭通過圓柱形部分1B長于錐形部分1A端頭2mm。該1B的前端被一部分外部成半球形的焊件16閉合。為將鎧裝的熱電偶3密閉地固定在鉆孔2內(nèi)，在將鎧裝熱電偶裝入后采用鍛壓或軋壓方式將鉆孔密封，從而通常會產(chǎn)生冷焊接。采用激光切割加工環(huán)形縫10。
在圖4中示出本發(fā)明溫度探頭的另一個并且尤為有利的制作實施方式。該探頭體1在所示例中的直徑為9mm，具有一梯形階段11，該階段的直徑為7mm并且長度為20mm。在該階段后還有另一個梯形階段12，其直徑為6mm并且長度為9mm。在該階段后還連接有一個直徑為3.2mm的一直徑伸到端頭的階段13。鉆孔2的直徑為1.5mm，用于安裝具有該直徑的鎧裝熱電偶。
在該探頭體1上套有一個罩件14，罩件的外徑與探頭體1的外徑相等，在此例中為9mm。罩件14的內(nèi)側(cè)備有與探頭體1的階段11、12、13的直徑相符的梯形空隙。在階段11和12中兩部分相互精確配合。在探頭體1的階段13中，罩件14的間隙的直徑大于探頭體直徑0.4mm，從而產(chǎn)生縫寬為0.2mm的所需要的圓柱形縫10。探頭體1的前段13伸出罩件14的錐形端14A 3mm。罩件14通過焊縫15固定在探頭體1上。罩件14的前段14A成錐形收縮并且終結(jié)于垂直于探頭縱軸的邊緣14B處，該邊緣的外徑為5.2mm。探頭體1的前端被焊接上的罩16閉合。
在測量流速特別高的介質(zhì)的溫度時，有可能會出現(xiàn)由罩件14內(nèi)伸出的探頭體1的端頭撓曲并且貼靠在罩件14的前段14A的情況，這將會造成本發(fā)明縫10的效果的降低。為避免這種情況的出現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的有益的設(shè)計，垂直于探頭軸伸展的邊緣14B在安裝后配備有多個，優(yōu)選3個或4個基本成錐形的、平行于探頭縱軸的粒結(jié)構(gòu)(Koernungen)，其厚度應(yīng)足以使其邊緣貼靠在區(qū)段14B內(nèi)的探頭體1上。雖然因此在探頭體1和罩件14間會導(dǎo)致輕微增加的導(dǎo)熱，但在被測介質(zhì)流速高時可實現(xiàn)本發(fā)明的探頭較高的強度。
圖5中示出在采用通常的探頭時出現(xiàn)的溫度顯示的滯后。其中探頭首先被浸入溫度為20℃的油浴中，以便確定起始值。接著探頭被浸入200℃的油浴中并測出滯后時間。圖5中所示的曲線示出，經(jīng)7.7秒達到相當(dāng)于終值的63％的時間常數(shù)τ。在17.4秒后才達到90％終值的溫度值。
圖6示出的曲線顯示采用本發(fā)明的探頭獲得的結(jié)果。其中時間常數(shù)τ為2.45秒。在5.1秒后就已達到終值的90％。所謂的達到95％終值的穩(wěn)定化時間在該實施方式中少于10秒。
通過對這兩個曲線圖的比較，可看出采用本發(fā)明的探頭可以比傳統(tǒng)探頭快得多地檢測到溫度變化。
權(quán)利要求
1.測溫探頭，帶有一個探頭體，該探頭體具有一個鉆孔，其中可安裝熱電偶或電阻式溫度計，其熱敏端頭從探頭體的前段突出，其特征在于探頭體(1)的前段在與鉆孔(2)有很小間隔處具有環(huán)狀縫(10)。
2.依照權(quán)利要求1的探頭，其特征在于環(huán)狀縫(10)的縫寬為0.1至0.5mm，優(yōu)選為0.1至0.2mm。
3.依照權(quán)利要求1或2的探頭，其特征在于環(huán)狀縫(10)的長度為5至20mm，優(yōu)選為10至15mm。
4.依照權(quán)利要求1至3中任一項的探頭，其特征在于探頭體(1)的前段具有至少一個階梯狀直徑縮小(11)，并且具有縮小直徑(11)的該部分被罩件(14)覆蓋，罩件的內(nèi)徑比該部分的直徑大環(huán)狀縫(10)縫寬的2倍。
5.依照權(quán)利要求4的探頭，其特征在于探頭體(1)的前段具有至少兩個直徑相繼縮小的階梯(11、13)并且罩件(14)的后段具有一與第一階(11)相符的內(nèi)徑，罩件(14)利用其后段固定在探頭體(1)上。
6.依照權(quán)利要求4或5的探頭，其特征在于罩件(14)在位置(12)處在具有最大程度縮小的直徑(13)的部分的前面與探頭體通過配合固定。
7.依照權(quán)利要求6的探頭，其特征在于罩件(14)的后段與探頭體(1)焊接在一起(15)。
8.依照權(quán)利要求7的探頭，其特征在于罩件(14)的前端設(shè)置有多個，優(yōu)選三個或四個平行于探頭體(1)縱軸的粒結(jié)構(gòu)。
9.依照上述權(quán)利要求中任一項的探頭，其特征在于探頭體(1)的前端由一焊接上的罩(16)閉合。
10.依照上述權(quán)利要求中任一項的探頭用于在伴有高溫和/或高壓和/或高流速的過程中測量溫度變化。
全文摘要
測溫探頭,帶有一個探頭體,該探頭體具有一個鉆孔,在該鉆孔中可安裝一個熱電偶或電阻式溫度計,其熱敏端頭由探頭體的前段伸出,其中探頭體的前段在與鉆孔有很小的間隔處具有環(huán)形縫。
文檔編號G01K7/02GK1207809SQ96199592
公開日1999年2月10日 申請日期1996年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月11日
發(fā)明者K·哈默, W·韋伯 申請人:巴斯福股份公司