爆炸场耐瞬态高压的快速响应热电偶

摘要

本发明公开了一种爆炸场耐瞬态高压的快速响应热电偶，由热电偶丝、隔温绝缘胶、连接器、压螺、信号线，壳体组成。其特点是连接器将热电偶丝和信号线连接，置于壳体的内部，壳体的其他位置填充隔温绝缘胶，隔温绝缘胶固化后，将热电偶焊接成偶，然后将隔温绝缘胶填充到热电偶丝伸出壳体的端部，形成圆锥形结构，其斜面使冲击波反射压向偶结外的其他方向反射。本发明显著优点是结构简单，制作方便，响应时间短，热电偶在较高的冲击波作用下不被损坏，适应于温压弹/云爆弹药爆炸场使用。

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种热电偶，特别是一种适应 于爆炸场瞬态高压环境下的快速响应热电偶。

背景技术

由于温压、云爆弹药爆炸后产生急剧的高压效应和持续时间很长的高 温效应，特别适合于对付建筑物或防御工事等密闭、半密闭环境内的软目 标和有生力量，成为世界各军事强国的研究热点。在温压、云爆弹药的研 究、生产过程中，需要测量爆炸场内爆炸火球温度，研究爆炸火球内爆炸 温度的时空分布规律，这对于温压、云爆弹药毁伤威力的评估具有重要的 意义。

目前对于温度测量的方法有接触法和非接触法。接触法测量主要采用 的是热电偶，热电偶的结构形式主有铠装型热电偶和裸露型热电偶。如中 国专利ZL200420087876.6公开了一种高温耐磨快速响应热电偶，它是一种 铠装型热电偶，包括热电偶保护管、热电偶、外壳、固定螺栓、耐高温密 封垫、超细晶组织的高硬度涂层。其优点是结构简单，耐磨涂层增大了热 电偶的使用寿命，其缺点是由于热电偶的外部有保护套，外部热量首先通 过外保护套的热传导作用，才能将热传递给热电偶偶结，热电偶的响应时 间比较长，为5～6秒，对于温压/云爆弹药爆炸场，后燃烧效应产生的爆 炸温度持续时间为一百多毫秒量级，因此对于爆炸场爆炸火球响应温度测 量的热电偶，除了要求结构强度高，能承受爆炸冲击波作用外，还要求热 电偶响应时间短，时间常数为毫秒级，能快速响应爆炸火球的温度变化。 裸露性热电偶如科学出版社出版的《传感器应用技巧141例》书，第94页 中65热响应速度非常快的极细热电偶，文中提到一种热电偶偶丝直径 0.025mm，响应时间25μs。其缺点是偶丝结构强度低，在爆炸场瞬态冲击 波作用下偶丝易于损坏。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种爆炸场耐瞬态高压的快速响应热电偶， 该热电偶适用温压/云爆炸药爆炸环境，能耐瞬态高压作用，而且热电偶制 作简单、结构强度高、响应时间短。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种爆炸场耐瞬态高压的快速响应热电偶，其特征在于，由热电偶丝、 隔温绝缘胶、连接器、压螺、信号线和外壳组成，其中：

所述的连接器位于外壳内部，连接器一端连接信号线，另一端连接热 电偶丝，外壳内部填充隔温绝缘胶将连接器和热电偶丝包裹，伸出外壳的 热电偶丝除露出部分外，均由隔温绝缘胶构成的圆锥形结构包裹。

热电偶丝为直径为φ0.2的WRe5/26钨铼热电偶丝，WRe5/26钨铼热电偶 丝机械强度大，抗脆化能力强。

隔温绝缘胶由磷酸液和氧化铜组成的无机粘结胶，其特点是粘结强度 高，固化后耐冲击、高温性能比较好。

联接器为一对，是一个中心为台阶孔的圆柱体，两端外径上分别有一个 与压螺配合的螺纹孔，热电偶丝和信号线分别从连接器的一端中心孔穿入， 由压螺压紧连接导通。

外壳是一个中心有台阶孔的圆柱，一端外壁设为六方结构，另一端外壁 为圆柱，其余部分为外螺纹，一对连接器位于壳体内部，连接器一端用于连 接热电偶丝，另一端用于连接信号线，其余部分填充隔温绝缘胶。伸出外壳 的热电偶丝除露出端外，由隔温绝缘胶构成的圆锥形结构包裹。圆锥形结构 所形成的斜面改变冲击波反射压作用方向，使热电偶偶丝的受到的冲击波作 用力减小。

本发明的爆炸场耐瞬态高压的快速响应热电偶，其有益效果体现在以 下几个方面：

（1）结构简单，使用由磷酸液和氧化铜组成的无机粘结胶作为隔温绝 缘胶，这种胶体配制简单，固化时间短，制作简单、方便。

（2）在爆炸场使用，在冲击波超压为13MPa的环境使用，热电偶偶结 没有被损坏，可有效的获取测量数据。

附图说明

图1是本发明的爆炸场耐瞬态高压的快速响应热电偶结构剖面示意图。

图2热电偶测试温度曲线。

图3冲击波超压曲线。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详述。

具体实施方式

如图1所示，按照本发明的技术方案，本实施例给出一种爆炸场耐瞬 态高压的快速响应热电偶的具体结构，包括热电偶丝1、隔温绝缘胶2、连 接器3、压螺4、信号线5、外壳6。其中，连接器3位于外壳6内部，连 接器3一端连接信号线5，另一端连接热电偶丝1，外壳6内部填充隔温绝 缘胶2将连接器3和热电偶丝1包裹，伸出外壳6的热电偶丝1除露出部 分外，均由隔温绝缘胶2构成的圆锥形结构包裹。

本实施例中，热电偶丝1选用直径为φ0.2mm的WRe5/26钨铼热电偶丝。 联接器3是两个中心有台阶孔的圆柱，距离两端头一定距离的外径上分别 有一个与压螺4配合的螺纹孔。压螺4是4个相同大小的螺钉。两根热电 偶丝1分别穿入联接器3的中心小孔，压螺4通过螺孔压紧热电偶丝1。信 号线5是双芯线，分别穿入连接器3的大中心孔，压螺5旋入螺纹孔压紧 导线。外壳6是中心为通孔的金属柱体，外径一端设为六方结构，外径的 其余部分设为外螺纹，用于连接安装结构。热电偶丝1、连接器3、压螺4、 信号线5组成的组件从外壳6一端有六方的中心孔穿入，热电偶丝1从另 一端穿出，连接器3大约在外壳6的中心位置，热电偶丝1伸出外壳6部 分的长度大约8mm。隔温绝缘胶2由磷酸和氧化铜粉末1：1配合而成，搅 拌均匀形成胶体，在固化前，从外壳6的热电偶丝1穿出端灌入外壳6，等 待胶体凝固后，将伸出隔温绝缘胶2的热电偶电极丝1弯曲成半门字型对 接结构，焊接成偶结，然后再重新配隔温绝缘胶2，固化前灌入热电偶所在 端面，形成圆锥形形状。

本实施例制备的爆炸场耐瞬态高压的快速响应热电偶，送陕西省计量 科学研究院热电偶鉴定中心，依据JJG576-1988《工作用钨铼热电偶》进行 鉴定，结果表明，测量精度满足工业热电偶要求。

经鉴定，爆炸场耐瞬态高压的快速响应热电偶的响应时间小于2毫秒。 通过水浴法对该爆炸场耐瞬态高压的快速响应热电偶的上升时间进行测 试，其响应时间同样小于2毫秒。

申请人采用本发明的爆炸场耐瞬态高压的快速响应热电偶，在爆炸罐 进行某2kg温压药爆炸热效应测试时，在1.3米处测试温度为1800℃，温 度上升时间为34毫秒。在1.3米处用压电型压力传感器测量的冲击波超压 峰值为13MPa，说明承受冲击作用强，能适应温压、云爆弹药爆炸场高压环 境测试。图2、图3分别是是2Kg某温压炸药爆炸时用本发明在距爆心1.3 米处测得的温度曲线和压力传感器器测量的冲击波压力曲线。