[发明专利]高温探头

说明书

本发明涉及温度测量技术领域。它涉及一种高温探头，尤其是用在温度高至1200℃的燃气轮机热气流中的高温探头，它包括一个金属探头管，该探头管具有在其管轴方向延伸的内孔及设在其下端的测量区域，该区域通过一个窄段与内孔分隔并与探头管的周围连通，以及至少包括一个热电偶，它绝缘地向下穿入内孔并通过窄段穿到测量区域中。

这样一种高温探头例如在文献DE-OS 2413909中被公开。在燃气轮机运行时常需要对高温燃气的温度进行测量，温度值可从几个100℃至超过1200℃。为此目的已推出一种高温探头，它可以插入到涡轮机的热气体罩壳上的机应孔中，并且它具有一个探头管，在探头管的下端包含真正的测量元件，该探头管伸入到热气体流中。

文献US-A-5180227已公开一种用光来工作的高温探头，其中由蓝宝石作的光传感元件被设置在探头管下端构成的测量区域中。该测量区域通过设在传感元件下方的入孔及设在传感元件的高度上的出孔与周围的热气体空间相连通。由高温气流来的并经过入孔进入的气体将根据测量区域中的结构被减低，并在通过出孔排出以前以很小的速度绕传感元件流过。

该测量区域因而也被称为“阻滞室”。该探头可使用在高至1300℃的温度上，探头管的上部借助空气或其他的气体冷却，冷却气体从探头凸缘处引入并在一个热障的近上方排走，该热障将传感元件与探头的上部隔开。

另外，由导言部分所述的文献公知一种用在高至800℃温度的燃气轮机一飞机引擎中的高温探头，它用一个热电偶作为温度传感器工作。该热电偶在一个具有矿物绝缘的金属包覆电缆中向下引到一探头管中并经由一个密封的窄段穿入到一个测量区域中，使热电偶两丝之间的连接点大约布置在测量区域的中心。在这里也是为了与待测热气体相接触设置了在连接点下方的入孔及在连接点上方的出孔，它们使测量区域与周围的热气体空间相连通。这里也通过孔眼的结构和形状使热气体在测量区域中受阻塞并使其静止。

在公知的这些探头中待测量的热气体的流动速度受到强减速作用，并且热气体以几乎静止状态与相应的传感元件形成接触。由此放慢了气体与传感器元件之间的热传导，这就使时间常数增大并使真实温度与测得温度之间的偏差明显地大。

因此本发明的任务在于，对导言部分所述类型的高温探头作出这样的改进，即使得气体与传感元件之间的热传导得以显著改善，并由此使探头的性能显著地改善。

解决该任务的高温探头，尤其是用在温度至1200℃的燃气轮机热气体流中的高温探头，包括一个金属探头管，探头管有在其管轴方向上延伸的内孔及设在其下端的测量区域，该区域通过窄段与内孔分隔开并与探头管的周围连通，以及至少一个热电偶，它绝缘地向下穿过内孔并通过窄段穿入到测量区域中，测量区域是由在垂直于管轴的方向上穿过探头管并具有净宽(W)的贯流槽构成的，待测量热气体通过该贯流槽；以及热电偶的连接点布置在贯流槽中；其特征在于：至少一个热电偶在探头管的内孔中向下穿到一个设有相应通孔的第一陶瓷管中，其中热电偶的连接点位于第一陶瓷管的下端；及第一陶瓷管穿过窄段伸入到贯流槽中。

本发明的高温探头的优点在于，通过作为贯流槽的测量区域的专门构型，热气体通过它时可不受阻地流过并从传感元件旁流过，由此达到气体及传感元件之间的最佳热传导并可减少起干扰的副作用，如通过探头管导热等，并且显著地改善测量结构的持久稳定性。

另外，在本发明中，贯流槽的侧面以探头管的壁为界，该壁构成了一个辐射防护罩。由此可以进一步地减少周围环境对测量结果的干扰性影响。

根据本发明探头的另一优选实施形式，至少一个热电偶是PtRh热电偶；并设置了这样的装置，可使在使用高温探头时，至少有一个热电偶在其位于窄段以上的部分中由氧气环绕流过；以及至少一个热电偶的和第一陶瓷管的至少被热气体绕流过的部分由PtRh作的外套包围着。

在本发明又一优选实施形式中，探头管是由一种含有高铬及高铝成分的氧化物弥散强化(ODS)的铁基的超级合金作成的。这样一种合金例如可据名称PM2000由PM高温金属有限公司购到(材料号1.4768)。利用这样一种探头管，探头本身在高至1200℃的温度中由于该合金的高蠕变强度及极佳的抗氧化和抗腐蚀性，而可具有高工作寿命。

以下将结合附图借助实施例对本发明作详细说明，附图为：

图1：根据本发明第一实施例的高温探头结构的纵截面图；

图2：沿图1中线A-A(图2a)，B-B(图2b)及C-C(图2c)的探头下部的多个横截面图；

图3：图1所示的探头的真正探测元件的放大侧视图；