专利名称：耙式热电偶的制作方法
技术领域：
本发明涉及温度测量技术，更具体来说，涉及多元耙式热电偶。本发明具体应用于涡轮发动机中的温度测量。
耙式热电偶装置在本专业中是公知的，一般用作高温和/或高空气流量环境如涡轮发动机的温度测量机构。一般来说，耙式热电偶装置包括多个热电偶，这些热电偶沿耙的长度在不同距离上布置，并暴露于涡轮发动机中的气流以测量温度。授予Deak等人的美国专利第5,812,588号中提出了一种这样的热电偶。该专利公开了一种温度探针，它包括一个伸入废气散发器的热气体区域中的外部探针管，该控针管设有一个在探针管的管轴线方向延伸的内孔。探针管在其长度上包括多个径流管，所述径流管相对于管轴线横向延伸，在径流管中设置多个热电偶。热电偶在终端盒中连接于一条补偿线。每个热电偶以一种单独热移动导向方式布置在一个保护管中，保护管相对于探针管的内孔固定。
这种结构的一个缺点在于，为了更换一个有缺陷的热电偶，所有热电偶单元必须拆卸并更换。另外，‘588号专利没有提供任何阻尼涡轮环境中发生的应力振动的机构。
因此，本发明的一种热电偶探针组件，它包括沿组件长度设置的球套管以阻尼振动，从而减小组件上的机械应力。提供一种耙式热电偶，它包括多个彼此平行布置的探针管，每个探针组件分别放入各探针管。每个探针管上限定着一个窗口，一个空气进入孔道从窗口基本垂直于探针管延伸。耙也包括一个配合的端帽和杯套，在杯套内径和端帽外径之间形成一个间隙，以便进一步抑制耙上的机械应力。
本发明的一个方面提供一种热电偶探针组件，它包括一个热电偶末端部分，该部分包括连接于一锥形套管的热电偶接合部；一个球套管；以及一个连接所述球套管与所述热电偶末端部分的连接电缆。
本发明也提供一种热电偶探针组件，它包括连接于一个球套管的一个热电偶接合部，其中所述球套管在与所述热电偶接合部预定距离处连接于所述热电偶接合部，所述预定距离被选择以阻尼所述热电偶探针组件的振动。
本发明的另一方面提供一种热电偶探针管，它包括具有一内径和一长轴线的一个管状构件；一个在所述管状构件内形成的窗口，形成得基本垂直于所述长轴线；以及一个从所述窗口至少在一个方向上延伸的进气孔道。
本发明的另一方面提供一种耙式热电偶，它包括至少一个热电偶探针组件，该组件包括连接于一个球套管的一个热电偶接合部；以及至少一个容纳所述热电偶探针的热电偶探针管，所述至少一个热电偶探针管包括一个管状构件，该管状构件具有一内径和一长轴线；一个在所述管状构件内形成的窗口，形成得基本垂直于所述长轴线；以及一条从所述窗口在至少一个方向上延伸的进气孔道。
本专业技术人员懂得，虽然下面的详细描述是针对优选实施例进行的，但是，本发明并不局限于这些优选实施例。通过下面的详细描述并参阅附图可进一步理解本发明的其它特征和优点，在附图中相同的零件使用相同的附图标记。


图1表示本发明典型的热电偶探针组件的侧视图；图1A表示图1的典型热电偶探针组件的探针的细部结构；图2是用于容纳本发明的多个热电偶探针组件的典型的耙的侧视图；图2A是设置在探针管的气流窗口中的图1的热电偶探针组件的探针末端部分的剖视图；图3是设置在探针管的气流窗口中的图1的热电偶探针组件的探针末端部分的剖视图；图4表示本发明的典型的探针管和热电偶探针组件的细部结构；以及图5表示本发明的典型耙式热电偶的另一装配侧视图。
图1表示按照本发明的一个实施例的热电偶探针组件10。该实施例的热电偶探针组件包括一个热电偶探针末端部分12，该部分包括一个连接于一个锥形套管24的热电偶接合部26。每个热电偶末端部分12通过一个电缆部分14连接于球套管16，电缆部分通过一个护套18连接于一个后壳22。下面将讲到，锥形套管24用于将热电偶探针10固定到耙内。后壳22包括配合的连接器(用于热电偶的导体)，这些连接器连接于一个高温连接器50。这些特征将在下文中详述。
现在参阅图1A描述每个热电偶探针组件10的细部结构。球套管161...16n被设置在护套18和热电偶探针末端部分12之间。同样，连接每个球套管161...16n的是一段矿物绝缘电缆141...14n，其用于将球套管16连接于护套18及将球套管16连接于热电偶12。球套管16保护探针以免磨损，并通过限制其在振动中的运动而减小偏转。在这个实施例中，球套管是沿护套18和热电偶12之间的长度在峰值机械共振点上设置的，但是，在本文中同样构想，按照本发明的实施例也可以选择沿探针管长度的其它点。例如，取决于所选择的材料和需要的灵敏度，为了提供足够的机械阻尼也可以选择接近峰值共振的点或非尖峰共振点。因此，本发明的目的是要覆盖沿热电偶探针组件长度的任意部位设置的球套管(或其等同物)的使用。在这个实施例中，电缆141...14n是由矿物绝缘的电缆构成的，因而在整个热电偶在任一端固定时有足够的挠性阻止断裂而又有足够的刚度，使探针可插入探针管。
图2表示这个实施例的耙式热电偶100。耙式热电偶组件包括多个设置在探针管28内的热电偶探针组件10。探针管28基本彼此平行地布置，由管状构件构成，管状构件具有一内径以接纳探针，在端部分别连接于外壳38(外壳包括一个凸缘部分40)和端帽36。由于每个热电偶探针组件10独立于耙内的其它热电偶探针组件，因而本发明可使各探针组件可被拆除/修理而不必拆卸所有的探针组件，从而可降低成本，提高效率。图2A的局部剖视图表示设置在探针管28的窗口30内的一个探针末端部分12，这将在下文中描述。
图3表示在典型探针管28中限定的窗口内设置的热电偶探针的探针末端部分的细部结构。在这个实施例中，各个热电偶探针组件被插入，使锥形套管24配合在探针管内形成的锥形止动器32上。套管24和止动器32在配合在一起时构成一个将每个热电偶探针组件固定在耙式热电偶上的止动机构。该止动机构在这个实施例中设置成使每个热电偶探针组件可独立于其它探针组件。用接头20和锥形套管24对探针组件两端的固定最好(但又不是必须)在燃气涡轮的高振动环境中产生较好的阻尼和更长的寿命。锥形表面在止动机构中被采用，以便在瞬间热长大过程中能够容易地脱开。这样可减小由于热膨胀引起的热应力。图3以剖视图表示，可以看出止动器32是在探针管28内形成的环形构件。探针管28包括一个窗口30(或开口)，使空气可流过热电偶26。窗口30在探针管内限定，使窗口的进气部分30A和窗口的出气部分30B基本对准且基本垂直于探针管的长轴线(X轴线)及基本平行于气流。下文将详述，在窗口30中设有孔道34，以便使气流更有效流过热电偶26。
图4表示图2的耙式热电偶的剖视图。在这个实例中，探针管28A至28F如图示的三角形堆垛方式设置。这种布置使每个独立的热电偶探针组件可暴露于气流，同时可减小耙的横剖面直径。也可采用其它布置而并不超出本发明的范围，本发明并不局限于这种布置，因为本专业技术人员懂得，本发明并不局限于所使用的探针管的数目。在这种构造中，探针管28E用于支承，并不包括热电偶探针组件、窗口或进气孔道(但是，当然也可以这样设置)。焊点50设置在沿耙的长度的位置上，以便将各探针管固定在一起。在这个实施例中，一个孔道34A-34D及34F从每个探针管的每个窗口30延伸。孔道34A、34B、34C、34D和34F画有阴影线，这是由于它们沿图3中耙式热电偶的长度设置在不同的段上。因此，以进气孔道34D为例，进气孔道基本包括直至窗口30的延伸范围，其形成得基本垂直于探针管的长轴线。进气孔道增设于每个窗口，因而使类似的动态温度可横过热电偶的每个探针被观测到。取决于应用参数、需要的气流、工作条件等因素，本文中所述的基本垂直可较宽地变化(±45°)。通过保证每个探针管内的气流具有类似的速度，因而具有类似的动态温度，进气孔道可基本提供横过所有探针管的相同的压降。每个探针测量总温度，总温度是动态温度(Tdynamic)和静态温度(Tstatic)的量度。通过为每个热电偶窗口设置进气孔道，本发明比传统的装置提供更为精确的温度测量，这是由于类似的动态温度是横过所有的热电偶观测的。应当注意的是，图4中所示的每条进气孔道的长度不必严格相等。实际上，在图4的实施例中，图示的三个不同长度反应出涡轮机外壳的孔的尺寸。虽然这会引起进气孔道长度之间某种压力的改变，但是，较短和较长孔道之间的压力改变仅可改变10至20％，这对于大多数应用来说是足够精确的了，但是，也可根据需要，对于一定的公差参数进行调节。
图5表示本发明的耙式热电偶100，它包括设置在耙的一端上的壳体38、设置在耙的另一端上的端帽36和一个杯套42。端帽设置在所述探针管中的一个上，杯套固定在一个外部构件(如涡轮机壁)上，适于接纳端帽，从而固定耙。在大多数应用中，耙通过凸缘40和杯套42固定在涡轮机壁上。在这个实施例中，端帽36的外径和杯套42的内径被形成得在其间形成一个间隙。在端帽外径和杯套内径之间的间隙的尺寸例如是按照耙式热电偶的总厚度、预期的最小和最大气流速度、温度、振动和/或其它考虑因素而选择的，一般用来通过引入共振的非线性而使耙式热电偶和套管之间运动可将共振的振幅变平。从而以这种方式可减小装置上的应力。上述间隙的实际尺寸是根据上述因素确定的，本发明的目的是广泛地覆盖这种间隙的范围，这取决于耙的实际尺寸和特定的工作环境。
这样已经提供了一种热电偶探针组件、探针管和耙，如上所述，它们可提供增加的机械阻尼，可拆卸每个单独的热电偶探针组件，并提供更为精确的温度测量。本专业技术人员懂得，可对本发明进行各种改变，而所有这些改变都在本发明的范围内，本发明的范围是由权利要求书限定的。
权利要求
1.一种热电偶探针组件，它包括一个热电偶末端部分，该部分包括连接于一锥形套管的热电偶接合部；一个球套管；以及一个连接所述球套管与所述热电偶末端部分的连接电缆。
2.如权利要求1所述的热电偶探针组件，其特征在于还包括一个连接于所述球套管的后壳部分和连接于所述后壳部分的连接部，所述后壳部分包括配合连接器，所述配合连接器用于连接于连接器的所述热电偶接合部的导体。
3.如权利要求1所述的热电偶探针组件，其特征在于所述球套管在与所述热电偶末端部分一个预定距离处连接，所述预定距离被选择以便阻尼所述热电偶探针组件的振动。
4.如权利要求3所述的热电偶探针组件，其特征在于所述预定距离包括一个峰值机械共振点。
5.一种热电偶探针组件，它包括连接于一个球套管的一个热电偶接合部，其中所述球套管在与所述热电偶接合部预定距离处连接于所述热电偶接合部，所述预定距离被选择以阻尼所述热电偶探针组件的振动。
6.如权利要求5所述的热电偶探针组件，其特征在于还包括一个连接于所述球套管的后壳部分，以及连接于所述后壳部分的连接器，所述后壳部分包括配合的连接器，用于连接于连接器的所述热电偶接合部的导体。
7.如权利要求5所述的热电偶探针组件，其特征在于所述预定距离包括一个峰值机械共振点。
8.一种热电偶探针管，它包括具有一内径和一长轴线的一个管状构件；一个在所述管状构件内形成的窗口，形成得基本垂直于所述长轴线；以及一个从所述窗口至少在一个方向上延伸的进气孔道。
9.如权利要求8所述的热电偶探针管，其特征在于所述进气孔道设置成基本平行于流过所述进气孔道的气流的方向，并且从所述窗口基本垂直于所述长轴线延伸。
10.一种耙式热电偶，它包括至少一个热电偶探针组件，该组件包括连接于一个球套管的一个热电偶接合部；以及至少一个容纳所述热电偶探针的热电偶探针管，所述至少一个热电偶探针管包括一个管状构件，该管状构件具有一内径和一长轴线；一个在所述管状构件内形成的窗口，形成得基本垂直于所述长轴线；以及一条从所述窗口在至少一个方向上延伸的进气孔道。
11.如权利要求10所述的耙式热电偶，其特征在于所述热电偶探针组件还包括一个连接于所述热电偶接合部的锥形套管。
12.如权利要求10所述的耙式热电偶，其特征在于所述热电偶探针组件还包括一个连接于所述球套管的后壳部分和连接于所述后壳部分的连接器，所述后壳部分包括配合的连接器，用于连接于连接器的所述热电偶接合部的导体。
13.如权利要求10所述的耙式热电偶，其特征在于所述球套管在与所述热电偶接合部的预定距离处被连接，所述预定距离被选择以阻尼所述热电偶探针组件的振动。
14.如权利要求13所述的耙式热电偶，其特征在于所述预定距离包括一个峰值机械共振点。
15.如权利要求10所述的耙式热电偶，其特征在于所述进气孔道被设置成基本平行于流过所述进气孔道的气流的方向，并且从所述窗口基本垂直于所述长轴线延伸。
16.如权利要求10所述的耙式热电偶，其特征在于每个所述热电偶接合部设置在所述窗口及所述进气孔道内，因而使所述热电偶接合部暴露于气流。
17.如权利要求11所述的耙式热电偶，其特征在于所述探针管还包括一个与所述锥形套管配合的锥形止动套管，所述锥形止动套管设置在所述探针管内，因而当所述锥形套管与所述止动套管配合时，所述热电偶被定位在所述进气孔道中。
18.如权利要求10所述的耙式热电偶，其特征在于还包括一个设置在一个所述探针管上的端帽和一个配合的杯套，所述杯套固定在一个外部构件上，并适于接纳所述端帽，从而固定所述探针管。
19.如权利要求18所述的耙式热电偶，其特征在于所述端帽的外径和所述杯套的内径被选择以便在其间形成一个间隙。
20.如权利要求10所述的耙式热电偶，其特征在于每个所述热电偶探针组件分别可卸式设置在所述探针管内。
全文摘要
提供一种热电偶探针组件，它包括至少一个沿组件长度设置的球套管，以便阻尼振动，从而减小组件上的机械应力。提供一种耙式热电偶，它包括多个彼此平行布置的探针管，每个探针组件放置在单独的探针管内。每个探针管具有一个在其内限定的窗口，一个进气孔道从窗口基本垂直于探针管延伸。耙式热电偶也包括一个配合的端帽和杯套，杯套内径和端帽外径间限定一个间隙，以便进一步抑制耙式热电偶上的机械应力。
文档编号G01K7/02GK1589395SQ02822934
公开日2005年3月2日 申请日期2002年10月1日 优先权日2001年10月2日
发明者孙·帕克, 约翰·V·金库斯 申请人:阿米特克公司