高温探测器制造技术

公开了高温探测器和用于组装高温探测器的方法。高温探测器可以包括：棒，其具有埋置在棒中的热电偶；以及基本包围棒的陶瓷基质复合物护套。高温探测器还可以包括包围棒的一部分的外金属管，和设置在氧化铝棒与外金属管之间的内金属管，内金属管被配置成防止棒相对于外金属管空间位移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】局温?米测器 相关申请的交叉引用 本申请要求在2014年3月11日提交的题为"高温探测器"的临时申请61/951,068、 在2013年11月22日提交的题为"高温探测器"的临时申请61/907,555以及在2013年8月7日 提交的题为"高温探测器"的临时申请61/863,119的权益，这些申请的内容通过引用合并到 本文中。
本专利技术涉及温度测量领域，并且更具体地，涉及用于在恶劣环境例如飞机涡轮中 使用的温度探测器。
技术介绍
需要温度探测器来在恶劣环境例如飞机涡轮中测量温度。存在于飞机涡轮中的排 气是强劲的、热的且化学活性的。此外，在未来的飞机涡轮中排气温度预计会增加。目前，使 用金属例如镍合金来保护在飞机涡轮的恶劣环境中使用的探测器。然而，在未来更热的排 气应用中，这样的探测器将具有相对短的寿命。
技术实现思路
本专利技术的方面包括温度探测器和形成温度探测器的方法。温度探测器可以包括 棒、热电偶、外管、内管和护套。热电偶被埋置在棒中。外管包围棒的至少一部分。内管被设 置在棒与管之间以防止棒的移位。陶瓷基质复合物护套基本包围棒和外金属管。 本专利技术的另一个方面包括用于组装温度探测器的方法。用于组装温度探测器的方 法可以包括在第一构件与第二构件之间设置热电偶;使第一构件与第二构件配合以形成 棒;在棒的一部分上布置外管以使第一构件与第二构件结合;在棒的至少一部分与外管的 至少一部分之间布置内管，以使棒相对于外管固定；以及施加陶瓷基质复合物护套以基本 覆盖棒和外金属管。 本专利技术的附加的方面包括温度探测器，所述温度探测器包括棒、埋置在棒中的热 电偶、以及在棒的端部上延伸的探测器底座。温度探测器还可以包括覆盖棒的至少一部分 和探测器底座的一部分的护套。棒、探测器底座、或护套中的至少之一包含陶瓷基质复合材 料。 本专利技术的另一些方面涉及用于组装温度探测器的方法，所述方法包括形成具有至 少一个通道的棒;通过至少一个通道安装热电偶的线;在棒的端部上设置探测器底座;在探 测器底座和棒上缠绕陶瓷编织物；以及将陶瓷编织物加工成陶瓷基质复合材料，由此形成 包围探测器底座和棒的护套。【附图说明】 当结合附图阅读下面的详细描述时，根据下面的详细描述来最好地理解本专利技术， 相似的元件具有相同的附图标记。当存在多个类似的元件时，单个附图标记可以使用表示 特定元件的小符号标识来指代多个类似的元件。附图中包括下面的图： 图1是根据本专利技术的一些方面的探测器的截面图； 图2是根据本专利技术的一些方面的棒的构件的透视图； 图3是根据本专利技术的一些方面的棒的透视图； 图4是根据本专利技术的一些方面的包围棒的外管的透视图； 图5是根据本专利技术的一些方面的在包围棒的外管内布置的内管的透视图； 图6是示出了根据本专利技术的一些方面的组装探测器的步骤的流程图； 图7是根据本专利技术的一些方面的探测器的截面图；图8A和图8B是根据本专利技术的一些方面的用于探测器的棒的视图； 图9A和图9B是根据本专利技术的一些方面的用于探测器的具有底座的棒的视图； 图10A和图10B是根据本专利技术的一些方面的探测器的视图； 图11是示出了根据本专利技术的一些方面的组装探测器的步骤的流程图； 图12A和图12B是根据本专利技术的一些方面的探测器的视图； 图13A和图13B是根据本专利技术的各方面的探测器的视图；以及 图14是示出了根据本专利技术的一些方面的组装探测器的步骤的流程图。【具体实施方式】 需要更高性能的温度传感器。对于感测温度的需要，近来或最新的涡轮的温度将 达到约1100°C至约1200°C范围内。为了必要的传感器精确度和有益于监测，未来的涡轮将 需要高于1300°C。先前用于这些传感器的标准材料(镍基超级合金)在大于1200°C的温度下 将不再可用。 保持测量更靠近燃烧室意味着更精确的热部监测。这有益于维护间隔计划 (interval planning)和祸轮效率。传感器可在最高达1350°C的涡轮流中短时间可用并且高于1200°C的涡轮流中持 续可用。在一个实施方案中，陶瓷基质复合物探测器带有陶瓷绝缘的Platine膽热电偶，该 热电偶具有与κ型标准输出十分类似的EMF输出。 在不具有高于1300°C的温度性能的情况下，温度传感器必须远离涡轮的较热部。 在具有1300°C的感测器温度性能的情况下，传感器较近，并且涡轮监测的数据较好。 设计了对于涡轮应用达1350°C的陶瓷基质复合物基温度传感器。先前最高温度性 能的涡轮传感器使用镍基超级合金，以实现接近1200°C的性能。严重限制了使用任意镍合 金的在远高于1200°C的温度下的寿命。用于由涡轮OEM制造出的新型热部部件的合适的材 料包括陶瓷基质复合物。陶瓷基质复合物与单独的抗懦变性裸陶瓷(bare ceramic)相比具 有益处。在高性能温度传感器内部已经使用了通常为镁氧化物形式的陶瓷;还使用了铝氧 化物。在一个实施方案中，利用氧化铝纤维和基质两者将铝氧化物陶瓷基质复合物应用到 高性能温度探测器的外部。与需要环境阻挡涂层的、使其容易被腐蚀并且随后失效的碳复 合物相比，氧化物类陶瓷对于涡轮燃烧室的极具挑战性的化学环境而言具有更好的抵抗 力。然而，硅碳化物基复合物中的一些碳与氧化物陶瓷相比具有更高的温度额定值。铝氧化物陶瓷基质复合物在大于1200°C下进行工作，并且因为其对涡轮内部的环 境有抵抗力，所以铝氧化物陶瓷基质复合材料不需要环境阻挡涂层。 在不具有大于1300°C的温度性能的情况下，温度传感器必须远离涡轮较热部。传 感器位置远离涡轮以使镍合金能够使用，意味着传感器将测量热的燃烧气体与冷却压缩机 空气的混合物，这增加了对于知晓涡轮温度的不确定性并且监测涡轮的温度降低的能力较 差，这对维护计划有不利影响。 本专利技术的益处在于:不损害等同于新型涡轮需求的温度传感器性能。在常规传感 器涡轮位置中，陶瓷基质复合物探测器可以距燃烧室更近，并且能够不损失性能信息。新型 以及未来的涡轮计划在更高的温度下工作。在涡轮的热部中的部件需要满足新的更高的性 能水平，特别是当温度升高时的温度。 在此之前，在涡轮温度传感器中未曾使用陶瓷基质复合材料。较高的温度性能增 加了涡轮的价值，并且为涡轮的运营者增加了价值，这使得该涡轮与其竞争者相比不同。对 于始终期望的重量轻的益处，陶瓷基质复合物的密度还小于金属的密度。可以根据本专利技术的实施方案来使用由较小刚性的材料制成的可替代的棒。刚性棒 与由陶瓷基质复合(CMC)材料制成的棒相比几乎不具有延展性。CMC材料相比于刚性陶瓷 (例如氧化铝)在失效时更缓和(gracefully)。下面将描述与陶瓷棒相比较不易碎的棒的实 施方案。 图1描绘了根据本专利技术的一些方面的探测器100的一个实施方案的截面图。所示出 的探测器100包括护套108、棒103、内管106和外管104。参考图2在下文所描述的，探测器100 还包括埋置在棒103内的热电偶。探测器100具有穿过探测器100的中心的纵向延伸的轴 110〇 棒103可以是氧化铝基(例如，铝氧化物）、硅基、硅碳化物基(例如，SiC纤维、SiC基 质等）、碳基和/或其他材料/适于在温度探测器内使用的材料的组合。棒103、护套108、管 106和104和/或探测器100的其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温度探测器，包括：棒；埋置在所述棒中的热电偶；外金属管，所述外金属管包围所述棒的至少一部分；内金属管，所述内金属管被设置在氧化铝棒与所述外金属管之间，并且被配置成防止所述棒相对于所述外金属管发生空间位移；以及陶瓷基质复合物护套，所述陶瓷基质复合物护套基本包围所述棒和所述外金属管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·M·格拉欣，马克·阿加米，
申请(专利权)人：阿米特克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US