專利名稱：熱電偶檢定爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種溫度傳感器的檢定爐，具體說是一種以液態(tài)金屬鈉為工質(zhì)，在150°～660℃溫區(qū)內(nèi)具有特別長等溫區(qū)，并在此等溫區(qū)內(nèi)溫場均勻性好的熱電偶檢定爐，用于嵌裝分布在細(xì)長元件上熱電偶的精密檢定。
通常對于測溫精度要求高的熱電偶或其他溫度傳感器使用前需經(jīng)過嚴(yán)格的檢定，而對于嵌裝分布在細(xì)長元件上的熱電阻，例如用于測量核反應(yīng)堆堆內(nèi)溫度的熱電偶，其測點(diǎn)在軸向分布距離長，這類熱電偶的檢定除要求檢定爐的工作溫度為150°～660℃左右外，還要求在此溫區(qū)內(nèi)至少具有1米以上的等溫區(qū)，而且在此等溫區(qū)內(nèi)溫場均勻性好。目前，在150°～660℃溫區(qū)內(nèi)熱電偶的檢定，國內(nèi)通常分兩個溫區(qū)進(jìn)行，300℃以下用標(biāo)準(zhǔn)恒溫油槽，超過300℃的用臥式檢定爐完成，前者因其工作溫度不夠高，后者因其等溫區(qū)長度只有15mm，而且溫場不均勻性高達(dá)±0.5℃，均不能滿足使用要求;英國專利GB2158929A公開一種工作溫度為50°～1250℃的熱電偶檢定爐，它以空氣為工質(zhì)，包括一個空心球殼和安裝在球殼內(nèi)的空心球形加熱器，球殼和加熱器之間填充有絕熱層，加熱器中心設(shè)有實(shí)心陶瓷球體，一組用于裝標(biāo)準(zhǔn)溫度計和被檢熱電偶的陶瓷管呈水平放射狀地穿過球殼和加熱器聚于實(shí)心陶瓷球體的球心附近，基于球形的對稱性，使陶瓷球內(nèi)徑向距離相同處溫度相等，其溫場均勻性為±0.25℃，然而這種球形檢定爐除存在制作工藝復(fù)雜，安裝精度高外，要求做到實(shí)心陶瓷球內(nèi)很長的徑向距離上各處溫度都相等，即具有很長的等溫區(qū)是很難實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的目的是提供一種在150°～600℃溫區(qū)內(nèi)具有長等溫區(qū)，并且在等溫區(qū)內(nèi)溫場均勻性好的熱電偶檢定爐。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種熱電偶檢定爐包括安裝在底座上的外殼，位于外殼內(nèi)流通工作介質(zhì)的恒溫腔和用于加熱工作介質(zhì)使其達(dá)到恒定工作溫度和主加熱器，外殼與恒溫腔和主加熱器之間填有絕熱層，用于裝被檢熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)溫度計的管狀阱穿過外殼伸入到恒溫腔內(nèi)工作介質(zhì)中，所說的恒溫腔呈豎式圓筒狀，其下部通過管道和閥門與設(shè)在其底部的儲鈉罐連接成液態(tài)金屬鈉供、排通路;恒溫腔側(cè)面上、下開有鈉的進(jìn)、出口，它通過管道、循環(huán)泵和內(nèi)螺旋式管道與主加熱器連接組成全密封的液態(tài)金屬鈉循環(huán)回路，并在內(nèi)螺旋式管道下游、鈉進(jìn)口處設(shè)有鈉溫?zé)犭娕?恒溫腔上端部設(shè)有熱屏蔽層，恒溫腔外設(shè)有與其同軸安裝的熱補(bǔ)償器，熱補(bǔ)償器與恒溫腔之間填有絕熱層，并在恒溫腔外壁和熱補(bǔ)償器內(nèi)壁上設(shè)溫差熱電偶;恒溫腔側(cè)壁上高于鈉進(jìn)口處設(shè)有鈉溢流口，它通過管道、儲氣箱和溢流閥與儲鈉罐內(nèi)上部的氣腔連接組成鈉溢流支路;儲鈉罐、儲氣箱、閥門、溢流閥及其所有連接管道外均設(shè)有電加熱器。
本發(fā)明選用液態(tài)金屬鈉為工作介質(zhì)，液態(tài)鈉除具有流動性好，與其他材料有較好的相容性外，主要的是金屬鈉熔點(diǎn)低，常壓下沸點(diǎn)高，呈液態(tài)的溫度范圍寬，能滿足150°～660℃，甚至更高的熱電偶檢定工作溫度，而且它熱傳導(dǎo)性能比空氣和油好，熱容量大，所形成的溫場溫度穩(wěn)定性好，溫場均勻;將熱電偶檢定爐設(shè)計成恒溫腔與主加熱器分立布置的回路形式，液態(tài)金屬鈉是在主加熱器內(nèi)加熱并由鈉溫?zé)犭娕己途軠乜貎x控制使其以連續(xù)恒定的溫度注入恒溫腔，而不是在恒溫腔內(nèi)加熱，所以恒溫腔內(nèi)不存在干擾鈉溫的其他熱源，致使鈉溫穩(wěn)定;在恒溫腔上端部標(biāo)準(zhǔn)溫度計阱和被檢熱電偶阱插入處設(shè)有熱屏蔽層，避免了恒溫腔的軸向熱損失，在恒溫腔外設(shè)熱補(bǔ)償器，通過溫差熱電偶和精密溫控儀控制，使其與恒溫腔之間溫差恒為0℃，使恒溫腔徑向熱損失幾乎不存在，恒溫腔外還有絕熱層，這就保證了恒溫腔內(nèi)軸向和徑向上溫度高度均勻，因此可以把恒溫腔設(shè)計得較長，而在較長的恒溫腔內(nèi)鈉進(jìn)、出口之間形成長的等溫區(qū)，而且在此等溫區(qū)內(nèi)溫場均勻性好。設(shè)鈉溢流支路是為了保證恒溫腔內(nèi)鈉液位高度不變，同時能使系統(tǒng)在低壓下安全運(yùn)行;在管道及有關(guān)設(shè)備外設(shè)電加熱器主要是為了起動和運(yùn)行中起加熱和保溫作用。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)是其等溫區(qū)長度為1298mm，而且在此等溫區(qū)內(nèi)溫場均勻性≤+0.1℃。
現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步具體描述

圖1為本發(fā)明所提供的熱電偶檢定爐結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示，本發(fā)明所提供的熱電偶檢定爐包括碳鋼底座1，安裝在底座1上的不銹鋼外殼30，位于外殼30內(nèi)流通工作介質(zhì)液態(tài)金屬鈉的恒溫腔8和加熱液態(tài)金屬鈉使之達(dá)到恒定工作溫度的主加熱器10，以及填充在外殼30與恒溫腔8和主加熱器10之間的硅酸鋁纖維絕熱層31，用于裝標(biāo)準(zhǔn)溫度計和被檢熱電偶的管狀阱16和15穿過外殼30伸入到恒溫腔8內(nèi)，浸入液態(tài)金屬鈉中，管狀充氬式被檢熱電偶阱15浸入深度為1350mm，管狀阱15和16在恒溫腔8插入處為機(jī)械密封。恒溫腔8為GH-140高溫合金鋼制成的呈豎式圓筒狀，其直徑為φ60×4mm，高為1415mm，恒溫腔8下部有一供鈉、排鈉口27，它通過管道和由波紋管密封的閥門28與設(shè)在其底部的儲鈉罐2連接，組成供、排鈉通路。儲鈉罐2支撐在底座1上，并設(shè)有氣閥3、液位計4和灌鈉口33，通過氣閥3可向罐內(nèi)充或排保護(hù)性氣體Ar，以使液態(tài)鈉由儲鈉罐2壓入恒溫腔8或從恒溫腔8內(nèi)排入儲鈉罐2。恒溫腔8上端部標(biāo)準(zhǔn)溫度計阱16和被檢熱電阻阱15插入處設(shè)有金屬熱屏蔽層18，以盡可能避免恒溫腔8內(nèi)軸向熱損失。恒溫腔8側(cè)面上、下分別開有鈉進(jìn)口13和出口6，兩者高差1298mm，此為等溫區(qū)長度，恒溫腔8通過管道，電磁泵7和內(nèi)螺旋式管道11與主加熱器10連接，組成全密封的液態(tài)金屬鈉循環(huán)回路。主加熱器10為GH-140高溫合金鋼制成的呈豎式圓筒狀容器，密封插入浸入管狀電加熱器12。在內(nèi)螺旋式管道11下游，鈉進(jìn)口13處設(shè)有進(jìn)口鈉溫?zé)犭娕?4，通過它用一臺DWT-702精密溫控儀控制管狀電加熱器12的加熱功率，使內(nèi)螺旋式管道11下游、恒溫腔8進(jìn)口13處鈉溫連續(xù)恒定。恒溫腔8外設(shè)有與其同軸安裝的熱補(bǔ)償器9，它是由圓筒狀殼體9及螺旋鑲嵌在其外壁上鎧裝式電加熱器17組成，熱補(bǔ)償器9與恒溫腔8之間填有硅酸鋁纖維絕緣層26，恒溫腔8外壁和熱補(bǔ)償器9內(nèi)壁外設(shè)有溫差熱電偶24，通過它和另一臺DWT-702精密溫控儀控制鎧裝式電加熱器17的加熱功率，使恒溫腔8和熱補(bǔ)償器9之間的溫差自動穩(wěn)定為0℃，即恒溫腔8的徑向熱損失幾乎為零。恒溫腔8側(cè)面鈉進(jìn)口13高26mm處開有溢流口19，并通過管道、儲氣箱23和溢流閥25與儲鈉罐2的氣腔部位連接，組成液態(tài)金屬鈉的溢流支路，使恒溫腔8內(nèi)因升溫膨脹或多余的液態(tài)鈉能從溢流口19經(jīng)溢流支路流回儲鈉罐2，這既保證恒溫腔8內(nèi)鈉液位高度不變，即等溫區(qū)長度不變，又使回路內(nèi)處于低壓下工作，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。儲氣箱23上設(shè)有壓力表20、液位計21和排氣閥22。為預(yù)熱和保溫需要，儲鈉罐2，儲氣箱23、閥門28、溢流閥25及其所有管道外均設(shè)有鎧裝式電加熱器32。進(jìn)行熱電偶檢定時，先預(yù)熱所有設(shè)備和管道，然后關(guān)閉溢流閥25，打開鈉閥門28，并由氣閥3向儲鈉罐2充Ar氣加壓，將罐2內(nèi)液態(tài)鈉壓入恒溫腔8，并充滿循環(huán)回路，至溢流口19，直至液位計21有顯示，停止充Ar氣，關(guān)閉閥門28，打開溢流閥25，使多余的液態(tài)鈉流回儲鈉罐2，起動電磁泵7，使液態(tài)鈉在回路內(nèi)循環(huán)，起動管狀電加熱器12加熱液態(tài)鈉，由鈉溫?zé)犭娕?4和DWT-702精密溫控儀控制其加熱功率，使主加熱器10內(nèi)達(dá)到檢定溫度的液態(tài)鈉經(jīng)內(nèi)螺旋式管道11交混均勻后沿恒溫腔8的鈉進(jìn)口13切線方向旋轉(zhuǎn)注入恒溫腔8內(nèi)，避免在溢流口19附近因被檢熱電偶阱15和標(biāo)準(zhǔn)溫度計阱16的軸向?qū)岫斐傻臏貓霾痪?，與此同時起動熱補(bǔ)償器9，由溫差熱電偶24和另一臺DWT-702精密溫控儀控制其加熱功率，使恒溫腔8和熱補(bǔ)償器9的溫差為零。整個系統(tǒng)在高純氬氣保護(hù)下運(yùn)行。為檢測進(jìn)、出口13和6處鈉溫，以確定恒溫腔8內(nèi)等溫區(qū)軸向溫場的均勻性，可在鈉出口處設(shè)一標(biāo)準(zhǔn)溫度計阱5，在標(biāo)準(zhǔn)溫度計阱16和5內(nèi)用兩支一等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計同時測量恒溫腔8內(nèi)進(jìn)、出口高度處的溫度。在鈉溫為150°～600℃下其測量結(jié)果如表1所示表1恒溫腔內(nèi)軸向溫場均勻性測量結(jié)果序號進(jìn)口高度鈉溫(℃)出口高主鈉溫(℃)溫差(℃)1149.595149.637-0.0422199.632199.657-0.0253249.710249.729-0.0194299.751299.760-0.0095349.709349.702+0.0076399.644399.623+0.0217449.435449.372+0.0638499.711499.649+0.0629550.076549.994+0.08210599.733 599.639 +0.094
由表1可見，在150°～600℃溫區(qū)內(nèi)，恒溫腔內(nèi)1298mm長的等溫區(qū)內(nèi)軸向溫場均勻性≤+0.1℃，均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明可用于嵌裝分布在細(xì)長元件上，例如用于核反應(yīng)堆堆內(nèi)溫度測量元件或堆外熱工水力實(shí)驗(yàn)用電加熱模擬元件上的熱電偶精密檢定。
權(quán)利要求
1.一種熱電偶檢定爐包括安裝在底座1上的外殼30，位于外殼30內(nèi)流通工作介質(zhì)的恒溫腔8和用于加熱工作介質(zhì)使之達(dá)到恒定工作溫度的主加熱器10，外殼30與恒溫腔8和主加熱器10之間填有絕熱層31，裝有被檢熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)溫度計的管狀阱15和16穿過外殼30伸入到恒溫腔8內(nèi)的工作介質(zhì)中，其特征在于恒溫腔8呈豎式圓筒狀，其下部通過管道和閥門28與設(shè)在其底部的儲鈉罐2連接組成液態(tài)金屬鈉供、排通路；恒溫腔8側(cè)面上、下開有鈉進(jìn)、出口13和6，它通過管道、循環(huán)泵7和內(nèi)螺旋式管道11與主加熱器10連接組成全密封的液態(tài)金屬鈉循環(huán)回路，并在內(nèi)螺旋式管道11的下游、鈉進(jìn)口13處設(shè)有鈉溫?zé)犭娕?4；恒溫腔8上端部設(shè)有熱屏蔽層18，恒溫腔8外設(shè)有與其同軸安裝的熱補(bǔ)償器9，熱補(bǔ)償器9與恒溫腔8之間填有絕熱層26，并在恒溫腔8的外壁和熱補(bǔ)償器9內(nèi)壁上設(shè)有溫差熱電偶24；恒溫腔8側(cè)壁高于鈉進(jìn)口13處設(shè)有鈉溢流口19，它通過管道、儲氣箱23和溢流閥25與儲鈉罐2內(nèi)上部的氣腔連接組成鈉溢流支路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種熱電偶檢定爐，其特征在于主加熱器10是由豎式圓筒狀容器和密封插入該容器內(nèi)的浸入式管狀電加熱器12組成，熱補(bǔ)償器9是由圓筒狀殼體和螺旋鑲嵌在該殼體外壁上的鎧裝式電加熱器17組成，儲鈉罐2上設(shè)有氣閥3、液位計4和灌鈉口33，儲氣箱23上設(shè)有壓力表20、液位計21和排氣閥22，儲鈉罐2、儲氣箱23、閥門28、溢流閥25及所有管道外均設(shè)有電加熱器32。
全文摘要
現(xiàn)有熱電偶檢定爐因其等溫區(qū)短且溫場均勻性差而不適用于嵌裝分布在細(xì)長元件上熱電偶的精密檢定。本發(fā)明提供一種熱電偶檢定爐以液態(tài)鈉為工質(zhì)，恒溫腔呈豎式圓筒狀，它與循環(huán)泵、主加熱器組成鈉回路，鈉經(jīng)加熱后以連續(xù)恒定溫度注入恒溫腔，恒溫腔上端設(shè)熱屏蔽層，外部設(shè)熱補(bǔ)償器，使其無軸向和徑向熱損失，為保證恒溫腔內(nèi)鈉液位不變并使系統(tǒng)在低壓下安全運(yùn)行，恒溫腔外還設(shè)有鈉溢流支路。本發(fā)明恒溫區(qū)長1298mm，軸向溫場均勻性≤±0.1℃。
文檔編號G01K15/00GK1076025SQ9310012
公開日1993年9月8日 申請日期1993年1月7日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月7日
發(fā)明者張振燦, 杜開文, 張繼才, 曹麗華, 高山, 肖定生 申請人:中國原子能科學(xué)研究院