[发明专利]面内变形适应的双针热电偶测温装置及其使用方法

权利要求书

1.一种面内变形适应的双针热电偶测温装置，其包括顶部端盖、接线端、轴向约束套环、定位针、变直径弹簧、锁紧挡圈、热电偶针、外壳、径向约束片和法兰套筒，其特征在于，

所述径向约束片的径向边缘对称设有豁口，上径向约束片的中部设有对称的阶梯孔，所述阶梯孔的大孔端为半圆弧凹槽，所述阶梯孔的小孔端为半圆锥孔，所述半圆锥孔减小热电偶针移动带来的干涉与磨损，下径向约束片的中部设有对称的阶梯孔，所述阶梯孔的大孔端为半圆弧凹槽，所述阶梯孔的小孔端为半圆形孔，所述半圆形孔为热电偶针的随动提供自由度；

根据热电偶针最大半圆弧形区域的半径z、热电偶针的截面半径r、热电偶针的最大长度L、径向约束片的厚度t以及上径向约束片和下径向约束片之间距离h，获得所述上径向约束片中大孔端的半径表达式如下：

所述下径向约束片中小孔端的半径表达式如下：

所述下径向约束片中大孔端的半径表达式如下：

其中，y'上径向约束片小孔端半径，x下径向约束片中大孔端半径，y上径向约束片中大孔端半径,α为拔模角；

所述顶部端盖和所述法兰套筒的安装端分别与所述外壳的上端和下端固连，所述轴向约束套环的第一端和所述顶部端盖的下端接触，所述轴向约束套环的第二端和所述上径向约束片的第一端接触，所述上径向约束片的豁口和所述定位针的第一安装端连接，所述下径向约束片的豁口和所述定位针的第二安装端连接，所述下径向约束片的第一端和所述法兰套筒的上端接触；

第一热电偶针和第二热电偶针的安装端分别穿过所述上径向约束片的第一半圆锥孔和第二半圆锥孔与正极接线端和负极接线端的第一端连接，所述正极接线端和所述负极接线端的第二端依次穿过所述顶部端盖和所述轴向约束套环的通孔悬在外部，所述第一热电偶针和所述第二热电偶针的测量端依次穿过变直径弹簧和锁紧挡圈从法兰套筒内伸出，所述锁紧挡圈通过锁紧螺钉和所述热电偶针固连，调节螺钉和所述轴向约束套环的第三端连接。

2.根据权利要求1所述的面内变形适应的双针热电偶测温装置，其特征在于，所述轴向约束套环、所述定位针、所述变直径弹簧、所述锁紧挡圈、所述上径向约束片和所述下径向约束片位于所述外壳的内部；所述顶部端盖、所述轴向约束套环、所述调节螺钉、所述径向约束片、所述外壳和所述法兰套筒的轴线在同一条直线上；所述热电偶针、所述变直径弹簧和所述锁紧挡圈的轴线在同一条直线上。

3.根据权利要求1或者2所述的面内变形适应的双针热电偶测温装置，其特征在于，所述变直径弹簧的截面为半圆形，所述变直径弹簧对称设置在所述锁紧挡圈的两端。

4.根据权利要求1所述的面内变形适应的双针热电偶测温装置，其特征在于，所述调节螺钉的旋入量Δh和对称分布在所述锁紧挡圈两侧的变直径弹簧劲度系数和接触压力之间的关系表达式如下：

其中，F_u为面内最大调节接触压力，F_d为面内最小调节接触压力，k₁为第一热电偶针上靠近上径向约束片的弹簧劲度系数，k₂为靠近测量端的弹簧劲度系数。

5.根据权利要求1或者4所述的面内变形适应的双针热电偶测温装置，其特征在于，所述热电偶针在接触压力的作用下发生随动，此时所述第一热电偶针上接触压力F₁'的表达式为：

其中，F₁为材料变形前第一热电偶针上接触压力的大小，F₁'为材料变形后第一热电偶针上接触压力的大小，k₁为第一热电偶针上靠近上径向约束片的弹簧劲度系数，k₂为靠近测量端的弹簧劲度系数，α₁为材料发生的实际位移长度与装置中轴线的倾角，△h为调节螺钉的旋入量，r为热电偶针截面的半径，L为热电偶针的最大长度，z₁为试验时第一热电偶针的实际位移长度。