专利名称：一种法兰式热电偶网的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高温高压下流体横截面温度分布的测量装置，特别 涉及一种适用于电磁动态挤出机的、可测量高温高压下流体横截面温度分布的 热电偶网。
背景技术：
众所周知，我们要测量挤出机筒体末端到机头段熔体横截面温度分布非常 困难，因为传感装置必须安装在整个机筒上，这样将影响到流体的流动和改变 流变性能。
现今，人们己经采用多种手段来测量塑料熔体内部的温度分布，采用传感 器来测量是其中主要的手段之一，而应用最为广泛的当属非接触式的传感器。
由于非接触式传感器的非接触性，不会影响到熔体温度的流变行为，因此 受到高度关注。红外测温仪就是常用的非接触性传感器之一，其原理是聚合 物熔体发出的射线能量是其温度的函数，利用这一函数关系，可检测到聚合物 熔体的温度。红外测温仪已经在聚合物熔体温度测量中广泛使用，并取得了很
好的效果，其中Maczka通过实验测得，红外线测温方法的响应速度比热电偶 快1 000倍，响应时间仅为5 ms。 G.YLai把红外线测温方法应用于模腔内聚 合物冷却过程的研究，由于不受流速和压力的影响，可以测量在高注射压力下 快速注射的熔体温度分布。红外测温一般测定的是整体平均温度且红外测温仪 的精度与聚合物熔体透明度有关，即熔体内部发出的射线能量会因其吸收或散 射而被衰减，我们在研究熔体温度对红外传感器的影响时，发现很多材料对红 外测温的影响也不一样，因此很多专家根据特定的挤塑材料，对红外测温装置 进行了改进，得到了可喜的成果。A. Bendada通过对PET微纤挤塑的研究， 设计了一种新型的两波长红外测温装置，该装置在PET微纤挤塑过程中能很 精确测量温度，为温度控制提供了基本保障。但红外测温装置也有其固有的缺 点成本比热电偶要高，测量温度为整体平均温度且具有非线性，温度标定难、 测温的精度受材料影响等等，这些缺点限制了红外测温装置在挤出机上的应用。
超声波技术应用到塑料挤出机上己经很多年了，但是主要是用在位置测量
和探测，首先设计出超声波温度传感器的Wilkins为非接触式探明了一条新的 道路。超声波温度传感器是由缓冲棒和粘土包裹而成的，它的测温原理是依赖 超声波到达不同测温点的速率不同来测定温度，因此它能测量相距很近的两点 的温度。Tzu-Fang Chen等人成功设计了一种粘土缓冲棒式的超声波温度传 感器，并应用于塑料挤出机的温度测量，与传统的热电偶对比，超声波温度传 感器有着更快的温度响应，并且能够提供更多的温度信息如温度梯度等；与非 接触式的红外传感器相比，超声波温度传感器能测量的熔体的深度更深，不受 挤出塑料原料的影响，它能够精确的测量熔体的整体平均温度，而红外测温仪 测量模头的温度会受其几何形状的影响，但是超声波温度传感器就没有这种影 响，这是超声波温度传感器的优越性所在。但超声波温度传感器也有其固有的 缺点电启动灵敏度差、装置中有些部件的几何尺寸和材料属性难以确定等等。 用于测量多点温度的方法还有很多，但是以上方法所需成本过高，因此 在市场上的应用毕竟还是很有限，还很难从实验室研究走向工业市场，基于这 些原因，英国学者A.K. Wood等人研制出了新型的温度传感器热电偶网，这 种网的优点就是能测定熔体的平均温度，包括径向温差和轴向温差，这对研究 温度分布有着重要的意义，这种传感器不仅能够准确测得熔体的实际温度而且 可以测定多点的温度，动态响应速度快，因此被研究聚合物温度与质量的研究 机构应用。2006年，英国学者A丄.Kelly等人利用这种传感器测量了单螺杆 挤出机中螺杆几何外形对聚合物温度分布的影响，为以后温度控制中减少温度 波动提供了理论依据。但是这种温度传感器热电偶网，其温度的采集电路设置 在热电偶网上，由于对不同的流体采集电路会有所区别，因此这种温度传感器 热电偶网的通用性差，而且采集电路一旦出现故障，更换和维修相当麻烦，很 不适用于电磁动态挤出机。

实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种适应电磁动态挤出机特点的、测量精度 高、安装方便、通用性强的法兰式热电偶网。
为实现本实用新型的目的采用的技术方案 一种法兰式热电偶网，其特征 是，设置于挤出机机头和机筒之间，包括用于与熔体接触以产生热电势的热电偶丝组；
用于将热电偶丝组固定在挤出机机头和机筒之间的法兰，所述法兰壁上设 有供所述热电偶丝组从法兰内壁向法兰外壁穿出的通孔；
用于将热电偶丝组伸出法兰外壁的端部固定在法兰外壁的固定装置；
用于将热电偶丝组产生的热电势采集并放大转化成为温度差的温度采集 装置；所述温度采集装置在法兰外壁与热电偶丝组相连接。
更具体的说，所述热电偶丝组是指按正负极的不同纵横交错分布在所述法 兰的横向截面上的至少两组热电偶丝；所述热电偶丝的两端从所述法兰壁上的 通孔由法兰内壁穿出法兰外壁。
所述热电偶丝组包括三组热电偶丝是优选方案，这样测得的熔体横截面的 温度比较准确，而又对原聚合物流体的流动特性不会产生大的影响，从而确保 本法兰式热电偶网测量的过程不影响原聚合物流体的热效应。
所述法兰是指用环氧纤维树脂板制成的正方形法兰，采用该材料制作的法 兰，能够耐高温且绝缘，满足本法兰式热电偶网使用的要求；将法兰制作成正 方形，便于安装而且节省材料。
所述法兰的内孔径与所述挤出机螺杆的直径相同；所述法兰靠近挤出机机 头的一侧设有止溢环，这样能防止高温的熔体从此处泄漏；所述止溢环的直径 与所述挤出机机头螺杆套筒的直径相同。
所述的固定装置是指将所述热电偶丝穿出法兰外壁的两端固定的调节螺 钉。这样就可以像调整吉他的弦一样，通过调节螺钉来调节热电偶丝的松紧， 保证热电偶丝的紧绷。
所述的温度采集装置是指至少8路的温度采集卡。
所述温度采集装置是指研华ADAM6018温度采集模块。该模块能够准确 采集高温熔体的温度，采集温度的精度保持在0.5 3t:;而且该模块采用网络 传输，对多通道温度采集上能够保证传输速度足够快。
所述挤出机是指电磁动态挤出机。
本实用新型是这样工作的将本实用新型安装在电磁动态挤出机的机头与 机筒之间，调整所述的固定装置，使热电偶丝保持紧绷。当高温熔体从机头经 过本实用新型流向机筒时，热电偶丝与高温熔体的横截面充分接触，产生热电 势，温度采集装置将采集到的热电势放大转化成温度差，实现对高温熔体横截 面的温度检测。
本实用新型相对于现有技术的优点和效果是1、 本实用新型公开的法兰式热电偶网，采用法兰的方式连接在机头和机
筒之间，保证了无缝连接，因此可以保证流体的密封性；
2、 本实用新型公开的法兰式热电偶网，温度测量点均布在熔体流经的横 截面，测量点所用的热电偶丝的材料和引出线长度相同，则每个测温点在测量 时延时时间也相同，这样对于控制温度的均匀和一致是有利的；
3、 本实用新型公开的法兰式热电偶网，温度测量点设置在熔体流经法兰 式热电偶网的截面上，也即是温度测量点设置在流体的流经管道中，而温度采 集装置为研华ADAM6018温度采集模块，其设置在管道外，两者分离安装， 便于拆卸和维修；而且温度采集模块不仅可以用于采集所设计的热电偶网式温 度传感器，而且可以拆卸后采集其它热电偶式温度传感器，可提高利用率。


图1是本实用新型法兰式热电偶网的结构示意图； 图2是图1的A-A剖面图； 图3是图1的俯视图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型 的实施方式不限于此。 实施例
本实用新型法兰式热电偶网安装在电磁动态挤出机机头和机筒之间，结构 如图1、 2和3所示，其中，法兰2用于固定三组热电偶丝，法兰2为采用环 氧纤维树脂板制成的方形法兰，这种材料耐高温且绝缘，制成方形便于安装和 节省材料。法兰2的内孔径与挤出机螺杆的直径相同(以满足匹配的要求)， 法兰2靠近挤出机机头的一侧设有止溢环4，这样能防止高温的熔体从此处泄 漏，止溢环4的直径与挤出机机头螺杆套筒的直径相同(以满足匹配的要求)。 法兰2上设置有4个用于安装的螺栓孔5。三组热电偶丝包括沿法兰孔纵向分 布的三根热电偶丝(分别为1.1、 1.2、 1.3)和沿法兰孔横向分布的三根热电 偶丝(分别为1.4、 1.5、 1.6)，其用于与熔体接触以产生热电势。其中，热电 偶丝1.1、 1.2、 1.3与热电偶丝1.4、 1.5、 1.6分别采用镍铬、镍硅两种热电 偶丝。热电偶丝1.1、 1.2、 1.3与热电偶丝1.4、 1.5、 1.6在法兰孔内两两通过碰焊连接(或者直接铰接在一起，只要保证充分紧密接触即可)，连接处形
成九个测温点9 (根据引出热电偶丝最近结点原则，从而可以判断每个引出点是由哪两根热电偶丝组成的)。三组热电偶丝的两端分别从法兰2的内壁6通过通孔3穿到法兰2的外壁7，并由固定装置固定在法兰2的外壁7上；固定装置是将热电偶丝穿出法兰外壁7的两端固定在法兰外壁7上的调节螺钉8，每根热电偶丝的两个端部都分别固定在一个调节螺钉8上,这样就可以像调节吉他的弦一样调节热电偶丝的松紧，以保证热电偶丝的完全绷紧。法兰2上的通孔3是这样加工的从法兰2的外壁7向内壁6钻孔，孔的直径与热电偶丝的直径相当，孔的个数和位置根据温度采集点的个数和位置来确定。通孔3采用过盈设计，在热电偶丝穿过通孔3后，再向通孔3中注入高温胶水使其在通孔3中充分填满，这样就可以满足密封性的要求，防止高温熔体从通孔3中溢出。温度采集装置在法兰2的外壁7分别与热电偶丝1.1、 1.2、 1.3、 1.4、1.5和1.6相连接，用于将热电偶丝组产生的热电势采集并放大转化成为温度差，以得到每个测温点9的温度；温度采集装置的正负极分别与热电偶丝的正负极对应连接。为了避免造成检测和控制的误差，热电偶丝1.1、 1.2、 1.3、1.4、 1.5和1.6在穿出法兰2的外壁7后，必须用绝缘体将其包裹起来。温度采集装置根据测温点9的个数多少来选择，本例采用研华的ADAM6018温度采集模块，该模块不需要额外设计放大或者转换电路，能够准确采集高温熔体的温度，采集温度的精度可达到0.5 3。C，而且该模块采用网络传输，对多通道温度采集上能够保证传输速度足够快，可以解决信号传输的延时问题。
本实用新型是这样工作的将本实用新型通过法兰2上的螺栓孔5，用螺栓固定安装在电磁动态挤出机的机头与机筒之间，调整调节螺钉8，使热电偶丝1.1、 1.2、 1.3、 1.4、 1.5和1.6保持紧绷。在法兰2的外壁7上，将温度采集模块的正负极分别与热电偶丝的正负极对应连接。在法兰2的外壁7，采用丝棉网纱布紧裹，防止高温流体喷溅出来造成伤害或影响测量的精确度。当高温熔体从机头经过本实用新型流向机筒时，热电偶丝组碰焊形成的测温点9与高温熔体的横截面充分接触，产生热电势，温度采集装置将采集到的热电势放大转化成温度差，实现对高温熔体横截面的温度检测。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种法兰式热电偶网，其特征是，设置于挤出机机头和机筒之间，包括用于与熔体接触以产生热电势的热电偶丝组；用于将热电偶丝组固定在挤出机机头和机筒之间的法兰，所述法兰壁上设有供所述热电偶丝组从法兰内壁向法兰外壁穿出的通孔；用于将热电偶丝组伸出法兰外壁的端部固定在法兰外壁的固定装置；用于将热电偶丝组产生的热电势采集并放大转化成为温度差的温度采集装置；所述温度采集装置在法兰外壁与热电偶丝组相连接。
2、 根据权利要求1所述的法兰式热电偶网，其特征是，所述热电偶丝组 是指按正负极的不同纵横交错分布在所述法兰的横向截面上的至少两组热电 偶丝；所述热电偶丝的两端从所述法兰壁上的通孔由法兰内壁穿出法兰外壁。
3、 根据权利要求2所述的法兰式热电偶网，其特征是，所述热电偶丝组 包括三组热电偶丝。
4、 根据权利要求1所述的法兰式热电偶网，其特征是，所述法兰是指用 环氧纤维树脂板制成的正方形法兰。
5、 根据权利要求1或4所述的法兰式热电偶网，其特征是，所述法兰的内孔径与所述挤出机螺杆的直径相同；所述法兰靠近挤出机机头的一侧设有止 溢环；所述止溢环的直径与所述挤出机机头螺杆套筒的直径相同。
6、 根据权利要求1或2或3所述的法兰式热电偶网，其特征是，所述的 固定装置是指将所述热电偶丝穿出法兰外壁的两端固定的调节螺钉。
7、 根据权利要求5所述的法兰式热电偶网，其特征是，所述的固定装置 是指将所述热电偶丝穿出法兰外壁的两端固定的调节螺钉。
8、 根据权利要求1所述的法兰式热电偶网，其特征是，所述的温度采集 装置是指至少8路的温度采集卡。
9、 根据权利要求1或8所述的法兰式热电偶网，其特征是，所述温度采 集装置是指研华ADAM6018温度采集模块。
10、 根据权利要求1所述的法兰式热电偶网，其特征是，所述挤出机是 指电磁动态挤出机。
专利摘要本实用新型公开了一种法兰式热电偶网，其设置于挤出机机头和机筒之间，包括至少两组热电偶丝、将热电偶丝组固定在挤出机机头和机筒之间的法兰、固定装置和温度采集装置。热电偶丝从法兰壁上的通孔由法兰内壁向法兰外壁穿出，并由固定装置固定在法兰外壁上，温度采集装置在法兰外壁与热电偶丝组相连接，将热电偶丝组产生的热电势采集并放大转化成为温度差，以此得到测温点的温度。本实用新型公开的法兰式热电偶网，安装及维修方便，测量精度高，成本低。
文档编号G01K7/02GK201408085SQ20092005534
公开日2010年2月17日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者杨艳娟, 军 蔡, 亮 钟, 钟汉如 申请人:华南理工大学