专利名称：一种碳/碳制品高温处理炉高温测温系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种碳/碳制品高温处理炉高温测温系统，属于碳/碳复合材料制备设备技术领域。
背景技术：
C/C制品高温处理炉运行时，要求在不同的温度范围内，以不同的升温速率进行升温，温度的测量以及升降温速率的控制对材料中各相界面结合状态、材料中的应力分布、裂纹分布等均有极为重要的影响，而这些特征会在后续材料制备工艺过程中遗传和演变，进而影响材料和产品的最终性能。因而，温度的测量稳定性和精确度是衡量C/C制品高温处理炉性能优劣的一项关键技术指标。C/C制品高温处理炉的温度测量通常是采用直接测量和间接测量相结合的方法， 低温区RT 1000°C用钼铑热电偶，1000°C 高温段采用光学高温计测量。一般来说，热电偶测量比较简单、可靠，测量精度较高，可以用来测量升温段的温度及炉内降温时的开炉温度，但测温范围有限；非接触式测温是通过被测物的热辐射强度进行温度测定的， 测温范围广，反应速度也较快，但受物体的发射率、测量距离、烟雾、粉尘和水蒸气等外界因素的影响，因此测量误差较大，特别是对于碳基复合材料制品来说，随着温度的升高，系统产生的游离碳烟气(一氧化碳、二氧化碳、硫化物和烟尘等)对温度的准确测量影响更大。 研究表面，大量烟尘的存在能造成温度偏差高达500°c以上，这显然是工艺规范所不允许的。现有的碳/碳制品高温处理炉高温测温系统包括高温测温管和光学测温、数据采集和记录系统，光学测温、数据采集和记录系统包括数据采集与记录仪和光学测温仪，高温测温管如图1所示，包括石墨测温管11、光学测温孔12和金属测温管13，在碳基复合材料制品制备过程中，随着温度的升高，系统产生的游离碳烟气(一氧化碳、二氧化碳、硫化物和烟尘等)堆集在光学测温孔12中，严重影响了光学测温仪的温度测量精度。

实用新型内容本实用新型技术解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种能够有效消除光学测温计测量过程中的游离碳烟气(包括一氧化碳、二氧化碳、硫化物和烟尘等)，提高C/C 制品高温处理炉高温测量精度，从而实现C/C制品高温处理炉的精确控温的目的的碳/碳制品高温处理炉高温测温系统。本实用新型的技术解决方案是一种碳/碳制品高温处理炉高温测温系统，包括高温测温管和光学测温、数据采集和记录系统，还包括外部气体吹入系统，所述的高温测温管包括石墨测温管、光学测温孔和金属测温管，石墨测温管下部的侧壁加工烟尘排出孔，金属测温管上部的侧壁加工气体吹入孔，气体吹入孔、烟尘排出孔与光学测温孔内部贯通，外部气体吹入系统通过气体吹入孔将惰性气体吹入高温测温管内，将高温测温管内的烟尘通过烟尘排出孔排出。[0007]所述的气体吹入孔中心线距离金属测温管顶部30 60mm，直径小于5mm，开孔角度为 45士 10°。所述的烟尘排出孔中心线距离石墨测温管底部30 40mm，直径小于5mm。所述的气体吹入孔与烟尘排出孔直径一致。所述的外部气体吹入系统包括储气瓶和与之连接的输气管道。本实用新型与现有技术相比有益效果为(1)本实用新型在金属测温管上部和石墨测温管下部分别加工一个气体吹入孔和烟尘排出孔，同时配备外部气体吹入系统，把一定流量气体通过气体吹入孔引入测温管中， 使烟气和粉尘由底部排出孔排出到炉体内部，惰性气体的持续引入能够消除高温测温管中的烟雾和粉尘，使内部一直保持比较洁净的测温通道，从而为C/C制品高温处理炉温度的精确测量和控制提供了重要保障；(2)本实用新型的气体吹入孔的加工角度选择，使吹入高温测温管内的惰气体溅射到金属测温管内壁上形成旋转的气流，排除高温测温管中的烟雾和粉尘的效果最佳；(3)本实用新型的气体吹入孔和烟尘排出孔的加工位置和尺寸选择，有利于高温测温管中的烟雾和粉尘的排出，同时不会造成高温炉内的烟雾和粉尘更多进入高温测温管影响温度测量精度；(4)本实用新型在以内的温度范围内，测温误差不大于50°C ；(5)本实用新型为C/C制品高温处理炉升温及降温过程中的高温区(> 1000°C ) 的温度准确测量系统，也可用于其它高温设备的精确温度测量；(6)本实用新型适用于不同测温部位的C/C制品高温处理炉如顶部测温式、侧面测温式和底部测温式等。

图1为现有高温测温管结构示意图；图2为本实用新型高温测温管结构示意图；图3为采用本实用新型的顶部测温式碳/碳制品高温处理炉；图4为采用本实用新型的侧面测温式碳/碳制品高温处理炉；图5为采用本实用新型的底部测温式碳/碳制品高温处理炉；其中图3 图5中，2-炉体，3-碳/碳试样，4_储气瓶，5_高温炉中的烟雾和粉尘， 6-数据采集与记录仪，7-光学测温仪，8-输气管道，21-炉盖，22-保温隔热层，23-密封垫。
具体实施方式
C/C制品高温处理炉的高温段温度测量是采用光学高温计获取的，具体来说是将一石墨管插入炉体试样中间，使石墨测温管与试样同步感应加热，在通过炉体外部金属测温管和石墨测温管连接，采用光学高温计对石墨管底部辐射强度进行测定，最后转换为所需的温度数据。然而，在高温处理过程中，材料会释放出大量的游离碳烟气和粉尘，这些烟尘会通过保温毡和密封垫进入保温毡与炉盖之间，也会大量进入光学高温计测量通道即石墨测温管内部，从而严重影响温度的测量精度。本实用新型对现有测温系统结构进行了改进，主要是通过结构改进消除了测量过程中测量通道的烟雾和粉尘，从而保证测量通道洁净、畅通。本实用新型如图2 5所示，包括高温测温管、外部气体吹入系统和光学测温、数据采集和记录系统。高温测温管如图2所示，包括石墨测温管11、光学测温孔12和金属测温管13，石墨测温管11下部的侧壁加工烟尘排出孔15，金属测温管13上部侧壁加工气体吹入孔14，气体吹入孔14、烟尘排出孔15与光学测温孔12内部贯通，外部气体吹入系统通过气体吹入孔14将惰性气体吹入高温测温管内，将高温测温管内的烟尘通过烟尘排出孔 15排出。外部气体吹入系统包括储气瓶4和与之连接的输气管道8。光学测温、数据采集和记录系统未改进，与现有装置相同，包括数据采集与记录仪6和光学测温仪7。气体吹入孔14中心线距离金属测温管13顶部30 60mm，直径小于5mm，开孔角度为45士 10° ；烟尘排出孔15中心线距离石墨测温管11底部30 40mm，直径小于5mm，为水平孔。气体吹入孔14开孔角度45士 10°的选择是为了使吹入高温测温管内的惰气体溅射到金属测温管内壁上形成旋转的气流，从而提高高温测温管中烟雾和粉尘的排除效果。烟尘排出孔15距离石墨测温管底部30 40mm位置的确定主要有两方面的考虑一是为了减少中频炉中的烟雾和粉尘进入高温测温管内，所以烟尘排出孔15不能太靠近石墨测温管底部；二是为了便于将高温测温管中的烟雾和粉尘排尽，使高温测温管内部保持比较洁净的测温通道，从而提高了 C/C制品高温处理炉的测温精度。气体吹入孔14与烟尘排出孔15直径一致，这样有利于使金属测温管和石墨测温管内保持稳定的压力，防止因压力变化对测温精度造成负面影响。本实用新型工作原理高温处理过程中，通过外部气体输入系统，把一定流量惰性气体通过气体吹入孔引入高温测温管中，使烟气和粉尘由烟尘排出孔排出到炉体内部。惰性气体的持续引入能够消除测温管中的烟雾和粉尘，使内部一直保持比较洁净的测温通道，从而为C/C制品高温处理炉温度的精确测量和控制提供了重要保障。实施例1如图3所示为采用本实用新型的顶部测温式C/C制品高温处理炉系统。具体使用方法如下1、低温段(RT 100°C )，采用钼铑热电偶直接测量，惰性气体输入系统关闭；2、当温度升至1000°C以上时，测量系统切换为光学高温计间接式测量，惰性气体输入系统打开，惰性气体由输气管道输入金属测温管、石墨测温管，并由石墨测温管底部进入中频炉内部，最后由中频炉过滤装置吸收和释放，从而形成一种循环式排气系统，保证了测温管内部产生的烟雾和粉尘被及时排出，使得测温通道畅通、洁净，因而可以获得精确度较高的温度测量数据；3、降温过程中，当温度降至1000°C以下时，惰性气体输入系统继续工作1 2小时，保证消除余气影响，再关闭输气管道，测温系统切换为钼铑测温，最后通过测温结构控制停炉和开炉时间。实施例2本实用新型专利也可用于侧面测温式C/C制品高温处理炉高温测温系统，如图4， 具体使用方法同实施例1。实施例3本实用新型专利也可用于底部测温式C/C制品高温处理炉高温测温系统，如图5，具体使用方法同实施例1。 采用本实用新型对C/C材料制品高温石墨化处理中的温度测量进行了试验验证。 具体试验条件和方法如下材料:C/C 材料，300Kg ；温度范围RT 2800°C ；处理时间50h ；升温过程中，选取了不同温度点进行温度测量，以测试本实用新型的测温效果。具体测试结果如下
设定温度普通测温系统本实用新型测温温度差^
(0C)(0C)系统(°C)(0C)
1000952 οδ 49~ 150012131490277
200017401985245
220018782190312
250019312485554由测试结果可以看出，在不同的设定温度，普通测温系统和本实用新型测温系统测试结果表现不一，随着温度的升高，两者测试温差表现为增加趋势，在2500°C时，温度差高达554°C。这也证实了烟雾和粉尘对温度测量准确性，随着温度的升高烟尘越积越多，严重影响了温度测量的准确性。以上实验结果证实了本实用新型的准确性与有效性。本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求1.一种碳/碳制品高温处理炉高温测温系统，包括高温测温管和光学测温、数据采集和记录系统，其特征在于还包括外部气体吹入系统，所述的高温测温管包括石墨测温管 (11)、光学测温孔(1 和金属测温管(13)，石墨测温管(11)下部的侧壁加工烟尘排出孔 (15)，金属测温管(13)上部的侧壁加工气体吹入孔(14)，气体吹入孔(14)、烟尘排出孔 (15)与光学测温孔(12)内部贯通，外部气体吹入系统通过气体吹入孔(14)将惰性气体吹入高温测温管内，将高温测温管内的烟尘通过烟尘排出孔(1 排出。
2.根据权利要求1所述的一种碳/碳制品高温处理炉高温测温系统，其特征在于所述的气体吹入孔(14)中心线距离金属测温管(13)顶部30 60mm，直径小于5mm，开孔角度为 45士 10°。
3.根据权利要求1所述一种碳/碳制品高温处理炉高温测温系统，其特征在于所述的烟尘排出孔(15)中心线距离石墨测温管(11)底部30 40mm，直径小于5mm。
4.根据权利要求1所述的一种碳/碳制品高温处理炉高温测温系统，其特征在于所述的气体吹入孔(14)与烟尘排出孔(1 直径一致。
5.根据权利要求1所述的一种碳/碳制品高温处理炉高温测温系统，其特征在于所述的外部气体吹入系统包括储气瓶(4)和与之连接的输气管道(8)。
专利摘要一种碳/碳制品高温处理炉高温测温系统，包括高温测温管和外部气体吹入系统，所述的高温测温管包括石墨测温管、光学测温孔和金属测温管，石墨测温管侧壁底部加工烟尘排出孔，金属测温管侧壁顶部加工气体吹入孔，气体吹入孔、烟尘排出孔与光学测温孔内部贯通，外部气体吹入系统通过气体吹入孔将惰性气体吹入高温测温管内，将高温测温管内的烟尘通过烟尘排出孔排出。本实用新型在金属测温管上部和石墨测温管下部分别加工一个气体吹入孔和烟尘排出孔，同时配备外部气体吹入系统，把一定流量气体通过气体吹入孔引入测温管中，使烟气和粉尘由烟尘排出孔排出到炉体内部。惰性气体的持续引入能够消除测温管中的烟雾和粉尘，使内部一直保持比较洁净的测温通道，从而为C/C制品高温处理炉温度的精确测量和控制提供了重要保障。
文档编号G01J5/02GK202018339SQ201120085228
公开日2011年10月26日 申请日期2011年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者周星明, 房学良, 王正军, 许正辉, 赵高文, 钟建新 申请人:航天材料及工艺研究所