用于測量物品熱物性的測量裝置的制造方法
【專利摘要】一種用于測量物品熱物性的測量裝置，所述物品容納在容器內，包括：基座，密封地安裝在所述容器的殼體上；套管，插入到所述物品中，所述套管的第一端安裝在所述基座上，所述套管的管壁上設有多個通孔；以及多個熱電偶，每個所述熱電偶的探測端從所述套管的內部徑向地穿過所述通孔伸出，以感應所述物品的局部溫度。利用該測量裝置能夠準確測量待測物品在熔融池邊界的熱物性參數，并能夠獲得用于容納待測物品的容器的殼體厚度。熱電偶在接觸被測物品時不會損壞，保證不同測點之間的距離固定。
【專利說明】
用于測量物品熱物性的測量裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種測量裝置，更具體地說，涉及一種用于測量例如硼酸鹽材料之類的物品的熱物性和/或容納該物品的容器的殼體厚度的測量裝置。
【背景技術】
[0002]在核電站設計施工過程中，核安全是需要考慮的首要問題。嚴重事故的預防和緩解技術是核電站設計的重要組成部分。
[0003]—般地，反應堆嚴重事故緩解試驗使用硼酸鹽材料模擬堆芯熔融物特性，在試驗容器的封頭內部形成用于容納硼酸鹽材料的熔融池，對熔融池內的硼酸鹽材料進行加熱，同時在封頭外部采用水冷方式導致封頭內部在熔融池的邊界處形成具有不同厚度的殼層，測量熔融池邊界的瞬態(tài)熱物性參數，并根據溫度梯度間接確定不同位置的殼層厚度，從而得到嚴重事故緩解試驗所需的關鍵數據。
[0004]此外，在材料學領域，經常需要測量高溫陶瓷或玻璃的熱學物性參數，以便將不同傳熱特性的材料應用在各種熱工設備中。
[0005]通常情況，使用熱電偶測量待測材料在不同熱邊界條件下的熱物性參數，例如待測材料的比熱容與熱傳導系數。測量熱傳導系數的常規(guī)方法是將至少兩支熱電偶插入待測材料中心，將待測材料置入兩不等溫的恒溫平板間，以在待測材料內部形成溫度梯度。根據溫差與測點距離即可計算得出待測材料的熱傳導系數。在測量空泡硼酸鹽材料的參數時，在空泡硼酸鹽材料上鉆孔并置入熱電偶即可。但測量密實硼酸鹽材料時，由于一般密實硼酸鹽材料的強度很高且易碎，鉆孔置入熱電偶難度大，不易實現。同時，由于硼酸鹽熔融物最高溫度約1200°C，試驗容器的封頭外部采用水冷系統進行冷卻，需要防止熔融物泄露到水冷層，避免水冷系統瞬間大量產生氣體而造成爆炸。因此，試驗過程中，應確保無泄露風險。另外，現有技術中，在高硬度硼酸鹽材料上鉆孔時，硼酸鹽材料會產生裂縫，影響硼酸鹽材料內的溫度場以及熱流分布，且熱電偶可能無法與硼酸鹽材料緊密接觸，這些都會測量誤差，降低測量的精度。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型所解決的技術問題在于提供一種用于測量物品熱物性的測量裝置，能夠準確測量待測物品在熔融池邊界的熱物性參數。
[0007]本實用新型進一步解決的技術問題在于提供一種用于測量物品熱物性的測量裝置，能夠準確測量用于容納待測物品的容器的殼體厚度。
[0008]根據本實用新型一個方面的實施例，提供一種用于測量物品熱物性的測量裝置，所述物品容納在容器內，包括:基座，密封地安裝在所述容器的殼體上;套管，插入到所述物品中，所述套管的第一端安裝在所述基座上，所述套管的管壁上設有多個通孔；以及多個熱電偶，每個所述熱電偶的探測端從所述套管的內部徑向地穿過所述通孔伸出，以感應所述物品的局部溫度。
[0009]根據本實用新型的一種實施例的測量裝置，所述套管由兩個半圓管焊接而成。
[0010]根據本實用新型的一種實施例的測量裝置，所述通孔在兩個所述半圓管中的至少一個上沿所述套管的軸線方向排列成至少一行。
[0011]根據本實用新型的一種實施例的測量裝置，所述通孔在軸線方向上以相等的間距排列，所述熱電偶采用焊接方式固定在通孔中。
[0012]根據本實用新型的一種實施例的測量裝置，相鄰的兩個熱電偶之間的間距為4-6毫米，位于最遠端的熱電偶與套管最遠端的距離為13-17毫米，所述熱電偶伸出所述套管外部的長度為I.3-1.7暈米。
[0013]根據本實用新型的一種實施例的測量裝置，相鄰的兩個熱電偶之間的間距大約為5毫米，位于最遠端的熱電偶與套管最遠端的距離大約為15毫米，所述熱電偶伸出所述套管外部的長度大約為I.5暈米。
[0014]根據本實用新型的一種實施例的測量裝置，所述套管的與所述第一端相對的第二端設有端塞，以密封所述第二端。
[0015]根據本實用新型的一種實施例的測量裝置，所述套管的內部設有填充物。
[0016]根據本實用新型的一種實施例的測量裝置，所述基座包括:主體部，具有沿軸向方向延伸的中心孔;連接部，設置在所述主體部的一端并連接至所述容器的殼體；以及輸出組件，連接至所述主體部并與所述連接部相對，所述套管穿過所述中心孔引出所述主體部。
[0017]根據本實用新型的一種實施例的測量裝置，所述輸出組件包括:螺紋部，與所述主體部連接;連接環(huán)，螺紋連接在所述螺紋部上，以密封穿過所述螺紋部伸出的套管與螺紋部之間的縫隙；以及保護彈簧，設置在所述套管的外部。
[0018]根據本實用新型的一種實施例的測量裝置，所述輸出組件還包括至少一個接口組件，每個接口組件與所述熱電偶的導線電連接，以將所述熱電偶電連接至電子設備。
[0019]根據本實用新型的一種實施例的測量裝置，所述物品為熔融的硼酸鹽，所述硼酸鹽在靠近所述殼體的部位由于殼體的冷卻而固化成殼層，使得所述硼酸鹽內部從中心到殼層具有溫度梯度。根據本實用新型的用于測量物品熱物性的測量裝置，熱電偶在接觸被測物品時不會損壞，保證不同測點之間的距離固定，能夠準確測量待測物品在熔融池邊界的熱物性參數和/或用于容納待測物品的容器的殼體厚度。
【附圖說明】
[0020]本實用新型將參照附圖來進一步詳細說明，其中:
[0021]圖1是根據本實用新型的示例性實施例的用于測量物品熱物性的測量裝置的立體示意圖；
?0022]圖2是圖1所示A部分的放大示意圖；
[0023]圖3是圖1所示B部分的放大示意圖；以及[0024I圖4是圖1所示C部分的放大示意圖。
【具體實施方式】
[0025]雖然將參照含有本實用新型的較佳實施例的附圖充分描述本實用新型，但在此描述之前應了解本領域的普通技術人員可修改本文中所描述的實用新型，同時獲得本實用新型的技術效果。因此，須了解以上的描述對本領域的普通技術人員而言為一廣泛的揭示，且其內容不在于限制本實用新型所描述的示例性實施例。
[0026]另外，在下面的詳細描述中，為便于解釋，闡述了許多具體的細節(jié)以提供對本文披露的實施例的全面理解。然而明顯地，一個或多個實施例在沒有這些具體細節(jié)的情況下也可以被實施。在其他情況下，公知的結構和裝置以圖示的方式體現以簡化附圖。
[0027]如圖1-4所示，本實用新型的實施例提供一種用于測量物品熱物性的測量裝置，所述物品容納在容器(未示出)內，該容器包括由例如不銹鋼材料制成的殼體。該測量裝置包括:基座1、套管2和多個熱電偶3?；鵌密封地安裝在容器的殼體上;套管2由下向上穿過容器的殼體插入到容納在容器中的物品中，套管2的第一端安裝在基座I上，所述套管2的管壁21上設有多個通孔22;每個熱電偶3的探測端從所述套管2的內部徑向地穿過通孔22伸出，以感應位于套管全部的物品的局部溫度。這樣，從通孔22伸出的熱電偶3與被測物品直接接觸，用于熱電偶3的位置是固定且已知的，通過計算每個熱電偶3所測量的局部溫度，可以得到物品中不同部位的溫度分布或者溫度梯度，從而確定被測物品的熱物性，得出被測物品的導熱系數。用于每個熱電偶3的導線31敷設的套管2中，并進一步電連接至外部電子設備(未示出)。進一步地，由于熱電偶3從套管2的通孔22伸出，可以對每個熱電偶進行牢固的定位，避免了在將套管2插入被測物品中的過程中熱電偶的姿態(tài)和位置發(fā)生變化，從而可以精確測量被測物品的各個測點的溫度。
[0028]根據本實用新型的一種實施例，被測的所述物品為熔融的硼酸鹽，硼酸鹽熔融物最高溫度約1200°C，所述硼酸鹽在靠近容器殼體的部位由于殼體的冷卻而固化成殼層，使得所述硼酸鹽內部從中心到殼層具有溫度梯度，使得熱電偶的各個測點的溫度梯度變化。為加速硼酸鹽的固化，在容器的殼體的外部設置水冷系統，以通過殼體對容器內的熔融狀態(tài)的硼酸鹽進行冷卻，使得靠近殼體的硼酸鹽固化，而位于中心部位的硼酸鹽處于熔融狀態(tài)，從而在整個硼酸鹽材料內部具有不同的溫度分布，并且從中心到周邊形成溫度梯度。本實用新型的測量裝置的熱電偶與高溫硼酸鹽直接接觸，可以測量各個測點的局部溫度，根據各測點的溫度梯度變化，即可得出材料的導熱系數。進一步地，可以根據溫度梯度間距確定殼體的厚度。多點熱電偶中每個獨立的測點通過不銹鋼套管的側壁上的開孔伸出，避免了不銹鋼套管導熱對測量結果造成影響。
[0029]利用熔融硼酸鹽的溫度梯度變化的這種熱物性特點，可以模擬反應堆在嚴重事故狀態(tài)下進行緩解試驗，使用硼酸鹽材料模擬堆芯熔融物特性，在試驗容器的內部形成用于容納硼酸鹽材料的熔融池，對熔融池內的硼酸鹽材料進行內部加熱，同時在殼體外部采用水冷系統對殼體進行冷卻，導致殼體內部在熔融池的邊界處形成具有不同厚度的殼層，利用本實用新型實施例的測量裝置測量熔融池邊界的瞬態(tài)熱物性參數，并根據溫度梯度間接確定不同位置的殼層厚度，從而得到嚴重事故緩解試驗所需的關鍵數據。這樣，可以為預先采取預防措施提供依據，或者在核反應堆出現事故情況下，為采取相應的應對措施提供依據，降低事故進一步惡化的可能性。
[0030]根據本實用新型的一種實施例，套管2由兩個半圓管焊接而成。由于套管的內徑在8-12毫米之間，優(yōu)選大約為10毫米，可以首先將多個熱電偶分別穿過多個通孔22并通過焊接方式固定在兩個半圓管上，之后將兩個半圓管進一步例如通過焊接方式固定在一起，從而形成一個完整的套管3。這樣，可以將熱電偶方便且牢固地固定在套管3中。在一種可替換的實施例中，套管可以由兩個截面為長方形或者正方形的半管組成。在另一種實施例中，套管的截面可以是橢圓形的。
[0031]在一種實施例中，通孔22在兩個半圓管中的至少一個上沿套管2的軸線方向排列成至少一行。所述通孔22在軸線方向上以相等的間距排列，所述熱電偶3采用焊接方式固定在通孔22中。例如，如圖2所示，在兩個半圓管中分別形成一行沿軸向方向排列的通孔，每行包括10個通孔。進一步地，兩行通孔在套管2的徑向方向上相對。這樣，可以沿直線方向測量20個點的溫度，而且每個點由兩個熱電偶進行測量，因此形成具有10個點的溫度梯度。在一種可替換的實施例中，套管2上只設置I行10個熱電偶。
[0032]在一種實施例中，位于最遠端的熱電偶(圖2中最右側的熱電偶)與套管2最遠端(圖2的最右端)的距離LI為13-17毫米，相鄰的兩個熱電偶3之間的間距L2為4-6毫米，所述熱電偶3伸出所述套管2外部的長度H為1.3-1.7毫米。優(yōu)選地，相鄰的兩個熱電偶3之間的間距L2大約為5毫米，位于最遠端的熱電偶3與套管2最遠端的距離LI大約為15毫米，所述熱電偶3伸出所述套管2外部的長度H大約為1.5毫米。每個熱電偶的最大直徑Φ為大約1.5毫米。例如，可以選擇N型熱電偶。相鄰的熱電偶測點之間的間隔大約為5mm，可得到更精確的測量數據。
[0033]在一種實施例中，所述套管2的與所述第一端相對的第二端設有端塞24，以密封所述第二端?？梢?，在將各個熱電偶3安裝就位并將兩個半圓管結合之后，將端塞24安裝在不銹鋼套管2的第二端。這樣，可以防止被測物品(例如硼酸鹽材料)進入套管2的內部。進一步地，套管2的內部設有填充物23 ο例如，填充物23包括CaO粉末。這樣，可以在套管2的內部對熱電偶3進行定位，并進一步防止被測物品(例如硼酸鹽材料)進入套管2的內部。
[0034]如圖1和3所示，基座I包括主體部11、連接部12和輸出組件。具體地，主體部11形成為大致的六棱柱形，并具有沿軸向方向延伸的中心孔;連接部12設置在主體部11(圖3中的右端)的一端并連接至容器的殼體，例如連接部12設置成外螺紋，以與容器的殼體螺紋結合，從而將基座I安裝在容器的殼體上;輸出組件連接至主體部11并與所述連接部12相對，所述套管2穿過所述中心孔引出所述主體部11，這樣，在套管2的內部與熱電偶3電連接的導線通過所述輸出組件引出容器的殼體，從而使得導線與外部的電子設備電連接，以獲得所測量的溫度值。
[0035]在一種實施例中，如圖1和3所示，所述輸出組件包括:與所述主體部11連接的螺紋部13;螺紋連接在所述螺紋部13上的連接環(huán)14;以及設置在所述套管2的外部的保護彈簧15。連接環(huán)14用于密封穿過所述螺紋部13伸出的套管2與螺紋部13之間的縫隙，避免灰塵、水分之類的雜物進入套管2的內部。保護彈簧15設置在套管2的端部，以保護套管2的端部和從套管2伸出的熱電偶3的導線31。
[0036]進一步地，如圖1和4所示，輸出組件還包括至少一個接口組件18，每個接口組件18與所述熱電偶3的導線31電連接，以將所述熱電偶3電連接至電子設備(未示出)，從而對熱電偶3產生的電信號進行處理，以生成表示被側點的局部溫度的溫度值。接口組件18包括電插頭181，以便于通過插接的方式將本實用新型實施例的測量裝置電連接至電子設備。
[0037]另外，如圖1和3所示，輸出組件還包括固定墊圈16和金屬墊片17，在容器的殼體上設有與連接部12螺紋連接的內螺紋，內螺紋的底部設有臺階。在將基座I安裝至容器的殼體上時，可以旋轉主體部U，使得連接部與殼體上的內螺紋結合，同時固定墊圈16將金屬墊片17壓靠在殼體的臺階上，從而將基座I密封地安裝在容器的殼體上。
[0038]根據本實用新型上述實施例的用于測量物品熱物性的測量裝置，可以利用伸出套管的多個熱電偶測量高溫下硼酸鹽熱物性參數，高精度地測量密實硼酸鹽材料熱物性參數。熱電偶在接觸高溫硼酸鹽熔體時不會損壞，保證不同測點之間的距離固定。多點熱電偶中每個獨立的N型熱電偶測點通過不銹鋼套管的通孔伸出，避免了不銹鋼套管自身導熱對測量結果造成影響。使用N型熱電偶相較于使用貴金屬熱電偶降低了測量成本，并且擁有更高的溫度電阻系數，5_間隔的測點布置方式可得到更精確的測量結果。
[0039]本實用新型實施例的測量裝置可以應用于熱工水力工程領域，特別是應用于高溫熔融物邊界殼層的凝結過程及傳熱系數等熱物性的測量，測量從1200°C高溫環(huán)境到常溫的金屬熔融物固化過程、冰水混合物、土壤等存在熱分層的材料導熱系數及溫度梯度。
[0040]本領域的技術人員可以理解，上面所描述的實施例都是示例性的，并且本領域的技術人員可以對其進行改進，各種實施例中所描述的結構在不發(fā)生結構或者原理方面的沖突的情況下可以進行自由組合，從而在解決本實用新型的技術問題的基礎上，實現更多種用于測量物品熱物性的測量裝置。
[0041]在詳細說明本實用新型的較佳實施例之后，熟悉本領域的技術人員可清楚的了解，在不脫離隨附權利要求的保護范圍與精神下可進行各種變化與改變，且本實用新型亦不受限于說明書中所舉示例性實施例的實施方式。應注意，措詞“包括”不排除其它元件或步驟，措詞“一”或“一個”不排除多個。另外，權利要求的任何元件標號不應理解為限制本實用新型的范圍。
【主權項】
1.一種用于測量物品熱物性的測量裝置，所述物品容納在容器內，其特征在于，包括: 基座，密封地安裝在所述容器的殼體上； 套管，插入到所述物品中，所述套管的第一端安裝在所述基座上，所述套管的管壁上設有多個通孔;以及 多個熱電偶，每個所述熱電偶的探測端從所述套管的內部徑向地穿過所述通孔伸出，以感應所述物品的局部溫度。2.如權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述套管由兩個半圓管焊接而成。3.如權利要求2所述的測量裝置，其特征在于，所述通孔在兩個所述半圓管中的至少一個上沿所述套管的軸線方向排列成至少一行。4.如權利要求3所述的測量裝置，其特征在于，所述通孔在軸線方向上以相等的間距排列，所述熱電偶采用焊接方式固定在通孔中。5.如權利要求4所述的測量裝置，其特征在于，相鄰的兩個熱電偶之間的間距為4-6毫米，位于最遠端的熱電偶與套管最遠端的距離為13-17毫米，所述熱電偶伸出所述套管外部的長度為I.3-1.7暈米。6.如權利要求4所述的測量裝置，其特征在于，相鄰的兩個熱電偶之間的間距為5毫米，位于最遠端的熱電偶與套管最遠端的距離為15毫米，所述熱電偶伸出所述套管外部的長度為1.5毫米。7.如權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述套管的與所述第一端相對的第二端設有端塞，以密封所述第二端。8.如權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述套管的內部設有填充物。9.如權利要求1-8中的任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述基座包括: 主體部，具有沿軸向方向延伸的中心孔； 連接部，設置在所述主體部的一端并連接至所述容器的殼體；以及 輸出組件，連接至所述主體部并與所述連接部相對，所述套管穿過所述中心孔引出所述主體部。10.如權利要求9所述的測量裝置，其特征在于，所述輸出組件包括: 螺紋部，與所述主體部連接； 連接環(huán)，螺紋連接在所述螺紋部上，以密封穿過所述螺紋部伸出的套管與螺紋部之間的縫隙；以及 保護彈簧，設置在所述套管的外部。11.如權利要求10所述的測量裝置，其特征在于，所述輸出組件還包括至少一個接口組件，每個接口組件與所述熱電偶的導線電連接，以將所述熱電偶電連接至電子設備。12.如權利要求1-8中的任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述物品為熔融的硼酸鹽，所述硼酸鹽在靠近所述殼體的部位由于殼體的冷卻而固化成殼層，使得所述硼酸鹽內部從中心到殼層具有溫度梯度。
【文檔編號】G01B21/08GK205484146SQ201620050560
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月19日
【發(fā)明人】張?zhí)? 韓昆, 陳煉, 田芳, 徐昕晨, 孫財新, 李濤, 陳穎, 范昊龍
【申請人】國核華清（北京）核電技術研發(fā)中心有限公司