阅读说明：本技术 一种用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置 (Electrified temperature measuring device for hypersonic wind tunnel electric heater ) 是由 王晓宇 杨海滨 黄飓 蒲麒 付泰 吴冠青 邓章林 张伟 张利波 洪少尊 韩新峰 于 2020-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置。该带电测温装置的K型热电偶外套装有保护套管,保护套管外依次套装有串列的固定卡套螺栓和安装法兰；K型热电偶前端伸出保护套管的补偿导线连接外接的测量装置；K型热电偶后端封闭在保护套管的末端,保护套管的末端包裹绝缘保护刚玉,在绝缘保护刚玉外部固定安装金属测温片,金属测温片与待测的带电测温载体连接进行温度测量。本发明的用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置适用于高超声速风洞试验过程中电加热器带电运行时电阻元件自身温度测量,装置结构简单、安装便捷。(The invention discloses an electrified temperature measuring device for an electric heater of a hypersonic wind tunnel. The protective sleeve is sleeved outside the K-type thermocouple of the electrified temperature measuring device, and a fixing sleeve bolt and a mounting flange which are connected in series are sleeved outside the protective sleeve in sequence; the compensation lead of the front end of the K-type thermocouple extending out of the protective sleeve is connected with an external measuring device; the rear end of the K-type thermocouple is sealed at the tail end of the protective sleeve, the tail end of the protective sleeve is wrapped by the insulating protective corundum, a metal temperature measuring sheet is fixedly installed outside the insulating protective corundum, and the metal temperature measuring sheet is connected with a to-be-measured electrified temperature measuring carrier to measure the temperature. The electrified temperature measuring device for the electric heater of the hypersonic wind tunnel is suitable for measuring the temperature of the resistance element when the electric heater is electrified in the test process of the hypersonic wind tunnel, and has the advantages of simple structure and convenience in installation.)

一种用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置

技术领域

本发明属于高超声速风洞试验设备技术领域，具体涉及一种用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置。

背景技术

一般采用热电偶进行高超声速风洞电加热器内气体温度的测量。因为电加热器的电阻元件在运行时对地有一定电压，所以，热电偶无法对电阻元件自身温度进行测量，目前电阻元件自身温度主要通过理论计算获得。

高超声速风洞试验时，电阻元件始终处于带电状态，基于电阻元件的绝缘要求以及结构设计等方面原因，对电阻元件自身温度的测量一直没有有效的手段。如果不能实际测量电阻元件自身温度，也就无法确定电阻元件是否真正处于安全工作温度范围内，同时也无法验证电阻元件自身温度的理论计算结果的准确性。

由于电加热器属于高压容器，工况比较恶劣，难以同时解决绝缘、高温、高压以及结构等技术难题，当前，用于高超声速风洞电加热器的带电测温技术发展缓慢，亟需发展一种用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置。

本发明的用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置，其特点是：所述的带电测温装置的K型热电偶外套装有保护套管，保护套管外依次套装有串列的固定卡套螺栓和安装法兰；K型热电偶前端伸出保护套管的补偿导线连接外接的测量装置；K型热电偶后端封闭在保护套管的末端，保护套管的末端包裹绝缘保护刚玉，在绝缘保护刚玉外部固定安装金属测温片，金属测温片与待测的带电测温载体连接进行温度测量；

安装法兰与保护套管通过固定卡套螺栓进行硬密封；保护套管穿出安装法兰后，在安装法兰根部的引出位置进行焊接密封。

进一步地，所述的保护套管的末端与包裹的绝缘保护刚玉之间通过焊接固定连接。

进一步地，所述的保护套管的前端套装有保护帽，K型热电偶的补偿导线穿出保护帽连接外接的测量装置。

进一步地，所述的保护套管的材质为GH3039高温合金钢。

进一步地，所述的绝缘保护刚玉的材质为Al₂O₃。

进一步地，所述的金属测温片通过紧固螺钉固定。

进一步地，所述的金属测温片通过焊接方式固定在待测的带电测温载体上。

本发明的用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置中的绝缘保护刚玉的主要成分为Al₂O₃，Al₂O₃在高温下具有较高的机械强度和绝缘性能，并且在绝缘材料中的导热系数也较高，传热性能良好。绝缘保护刚玉既能保证装置的耐压强度，也能保证将电阻元件与测温元件绝缘，还可以快速地将电阻元件的热量传递给热电偶，尽量减少测量过程中电阻元件的温度损失，减小测量误差。

本发明的用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置中的保护套管在穿出安装法兰后，通过固定卡套螺栓与安装法兰之间进行硬密封。硬密封能承受高温高压气流的作用，从而避免了因填充的密封材料受损坏而导致漏气的情况。

本发明的用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置具有以下优点：

1.在安装部位与测温部位分别实现了隔离绝缘。安装部位通过保护套管绝缘，在测温部位再增加绝缘保护刚玉进行绝缘，确保了装置的安全性。

2.绝缘保护刚玉既作为绝缘介质，又作为传热介质，保证了装置测温的安全性和测温的快速准确性。

3.金属测温片直接与待测的带电测温载体焊接连接，减少了传热过程中的温度损失，保证了装置的热传导性能。

4.安装法兰根部的引出位置采用焊接方式进行硬密封，确保了在高温高压状态下装置的稳定性和密封性。

本发明的用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置能够测量高超声速风洞运行时，也就是测量电加热器的电阻元件工作时的电阻元件自身温度。通过实际测量的电阻元件自身温度，与理论计算的电阻元件自身温度进行对比，可以检验理论计算的准确性，还可以进一步通过实际测量的电阻元件自身温度结合理论计算的电阻元件自身温度进一步优化加热器功率匹配和温度控制。

本发明的用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置适用于高超声速风洞试验过程中电加热器带电运行时电阻元件自身温度测量。本发明的用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置结构简单、安装便捷。

附图说明

图1为本发明的用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置的结构示意图。

图中，1.补偿导线 2.固定卡套螺栓 3.安装法兰 4.K型热电偶 5.保护套管 6.绝缘保护刚玉 7.金属测温片 8.紧固螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

如图1所示，本发明的用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置的K型热电偶4外套装有保护套管5，保护套管5外依次套装有串列的固定卡套螺栓2和安装法兰3；K型热电偶4前端伸出保护套管5的补偿导线1连接外接的测量装置；K型热电偶4后端封闭在保护套管5的末端，保护套管5的末端包裹绝缘保护刚玉6，在绝缘保护刚玉6外部固定安装金属测温片7，金属测温片7与待测的带电测温载体连接进行温度测量；

安装法兰3与保护套管5通过固定卡套螺栓2进行硬密封；保护套管5穿出安装法兰3后，在安装法兰3根部的引出位置进行焊接密封。

进一步地，所述的保护套管5的末端与包裹的绝缘保护刚玉6之间通过焊接固定连接。

进一步地，所述的保护套管5的前端套装有保护帽，K型热电偶4的补偿导线1穿出保护帽连接外接的测量装置。

进一步地，所述的保护套管5的材质为GH3039高温合金钢。

进一步地，所述的绝缘保护刚玉6的材质为Al₂O₃。

进一步地，所述的金属测温片7通过紧固螺钉8固定。

进一步地，所述的金属测温片7通过焊接方式固定在待测的带电测温载体上。

实施例1

本实施例将用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置的金属测温片7焊接在待测的电加热器的电阻元件上，进行温度实时采集。

试验发现，实际测量的电阻元件自身温度，与理论计算的电阻元件自身温度进行对比确实存在偏差，实际测量的电阻元件自身温度为900℃时，理论计算的电阻元件自身温度约为950℃。

试验证明，本发明的用于高超声速风洞电加热器的带电测温装置的最高工作压力为8MPa，电阻元件对地的电压为400V时，测温的高温温度可达1300℃。