專利名稱:溫度測量器件的制作方法
本發(fā)明涉及一種測量容器內(nèi)的流體環(huán)境的溫度的器件和方法。
全輻射高溫計一測溫目標(biāo)管組合體和由套管保護(hù)的熱電偶通常用作測量反應(yīng)釜中溫度的傳感器。熱電偶，它的保護(hù)套管和測溫目標(biāo)管必須由在置于暴露在外的反應(yīng)條件下賦有可接受的壽命的材料構(gòu)成。如果反應(yīng)溫度十分高，如水煤漿不完全氧化的情況下溫度可達(dá)3000°F(1649℃)，溫度傳感器的上述部分，不管用什么材料，在反應(yīng)條件下，能指望的壽命是有限的，即200至300小時。然而，有可能延長這些部件的使用壽命，也就是用周期性測溫和在不測溫時將部件從反應(yīng)釜及其流體環(huán)境中取出的辦法來延長工作時數(shù)，也就是說超過了工作時數(shù)，這些部件仍可使用。這樣的取出是很化時間的，因為溫度測量要求經(jīng)常進(jìn)行，如每半小時測一次，可以對它這樣評價即取出企圖要保護(hù)的部件是消耗人工的，故在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。
本發(fā)明提供了為周期性測量容器中的流體環(huán)境溫度的器件和操作法，該器件和操作法減少了在操作中對人工的需求，本發(fā)明還提供了一種為置換用于監(jiān)測在容器中進(jìn)行的過程的溫度傳感器而不需將過程停止的器件和操作方法。
本發(fā)明提供了測量容器內(nèi)流體環(huán)境溫度的器件，上述器件包括(a)一個腔體，它與容器密封聯(lián)接并開口于容器內(nèi)以形成一個容納上述流體環(huán)境的一部分的一個小室;(b)一個溫度傳感器，它可以在第一位置和第二位置之間移動，靠在上述第一位置，(ⅰ)上述溫度傳感器至少有一部分是在上述腔體之內(nèi)，和(ⅱ)上述溫度傳感器是不與上述流體環(huán)境的其余部分接觸，而靠在上述第二位置，(ⅲ)上述溫度傳感器至少有部分是在上述腔體的外邊并與上述流體環(huán)境的上述的其余部分接觸以致可獲得上述的溫度測量;(c)當(dāng)上述溫度傳感器在上述第一位置和上述第二位置之間移動時，為防止在上述流體環(huán)境的上述部分與上述流體環(huán)境的上述其余部分之間的大量的對流運(yùn)動而設(shè)的器具;和(d)維持上述腔體內(nèi)的上述流體環(huán)境的上述部分的溫度低于上述流體環(huán)境的其余部分的溫度的裝置。
本發(fā)明的器件以開口于容器內(nèi)部的腔體為特色，該腔體容納了容器的流體環(huán)境的一部分(為方便起見，在腔體內(nèi)的流體環(huán)境部分稱為腔體流體環(huán)境，而在容器中的其余的流體環(huán)境稱為容器流體環(huán)境)腔體可以是任何的合適的形狀，其尺寸是依能容納一支可移動的溫度傳感器而定，在下文中將描述之，故在溫度傳感器相對于腔體移動時，腔體可不與傳感器接觸。起初，腔體流體環(huán)境將需要被冷卻到一個溫度，使該溫度不至于對傳感器的工作壽命起不利的影響。這種冷卻是用了和腔體相結(jié)合的冷卻機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的。由于腔體的流體環(huán)境的溫度要比容器流體環(huán)境溫度低些，腔體的方位必須確定以使在兩個環(huán)境之間不發(fā)生由于它們的密度差引起的自然對流。于是，腔體應(yīng)該定向使腔體內(nèi)的流體環(huán)境不會由于重力作用而流出腔體。為了至少有一部分最接近容器流體環(huán)境，腔體具有園柱形狀被認(rèn)為是方便而可優(yōu)先考慮的。
為了防止較冷的腔體流體環(huán)境與容器流體環(huán)境之間的顯著的對流運(yùn)動，腔體具有與此有關(guān)的結(jié)構(gòu)。通過將這類對流運(yùn)動減至最低程度而且在某些情況下全部阻止該對流運(yùn)動，在該兩個流體環(huán)境之間幾乎沒有什么傳熱。然而，由于輻射和/或?qū)幔詴幸恍崃繌娜萜鲀?nèi)部傳到腔體的流體環(huán)境。這部分傳熱應(yīng)予以關(guān)注，可連續(xù)使用冷卻機(jī)構(gòu)以維持腔內(nèi)流體環(huán)境溫度在所要求的水平。一種較好的冷卻機(jī)構(gòu)是一個夾套，大約至少是腔體的一部分，該部分的夾套裝載著循環(huán)著的傳熱介質(zhì)，諸如鹽水，淡水或蒸汽。
本發(fā)明的器件中的溫度傳感器是在第一位置和第二位置間可移動的。第一位置定位于使溫度傳感器至少有一部分在腔體內(nèi)并使整個溫度傳感器不與容器的流體環(huán)境接觸。第一位置是在兩次溫度測量之間的期間被使用，并且正如前面討論過的，為溫度傳感器提供一個冷卻的地點。第二位置定位于使溫度傳感器至少有一部分在腔體的外邊并且與容器內(nèi)的流體環(huán)境接觸，并在實現(xiàn)這類環(huán)境溫度的測量時使用。
溫度傳感器最好是一種保護(hù)套管一熱電偶的組合件或是全輻射高溫計一測溫目標(biāo)管的組合件。用套管保護(hù)的熱電偶可以是常規(guī)的設(shè)計，該設(shè)計包括一根細(xì)長的管子，在它的探頭的里面含有熱電偶的結(jié)點中的一個結(jié)點。該結(jié)點和它相連的導(dǎo)線用粉末陶瓷材料以常規(guī)的方法固定在管子內(nèi)部。熱電偶的另一結(jié)點位于細(xì)長的管子的另一端并以導(dǎo)線與上面所說的第一結(jié)點相連。它的位置一般在管子的外部。
全輻射高溫計一測溫目標(biāo)管組件包括一根空心的細(xì)長目標(biāo)管和一只輻射高溫計，它通過管子的內(nèi)部，觀察到管子的探測端。全輻射高溫計在任何時刻都不與流體環(huán)境接觸。
在上面的兩種實例中，當(dāng)溫度傳感器處于第二位置時細(xì)長管子的探頭便是與容器流體環(huán)境接觸的溫度傳感器的那部分。
溫度傳感器在第一位置和第二位置之間的移動最好是用動力來實現(xiàn)。已發(fā)現(xiàn)用壓縮空氣操作的雙動式汽缸是特別的合適，因為汽缸的活塞桿可以很容易地裝到優(yōu)先擇用的，如剛才描述的溫度傳感器的細(xì)長管部分的末端，靠它，細(xì)長管在軸向跟隨活塞桿的往復(fù)運(yùn)動。更好的是一種，有空心活塞桿的雙動氣壓式汽缸，因為細(xì)長管可部分地裝入空心活塞桿內(nèi)部。這種在空心活塞桿與細(xì)長桿之間的固定是處于它們相應(yīng)的末端?？苛斯茏拥倪@種固定方式，就可以實現(xiàn)細(xì)長管的如下面所描述的方式的很方便的置換。
本發(fā)明還涉及到對容器內(nèi)的流體環(huán)境溫度的周期性測量的操作方法，上述操作包含(a)提供一個開口于上述流體環(huán)境并與容器密封連接的腔體，上述腔體從而容納一部分上述流體環(huán)境;(b)將至少一部分的溫度傳感器置于上述腔體內(nèi);(c)將上述流體環(huán)境的一部分保持在上述腔體內(nèi)而上述流體環(huán)境的其余部分當(dāng)上述溫度傳感器處在(d)和(f)中所述的上述位置和在上述位置之間移動時基本上不發(fā)生相對于另一部分的對流運(yùn)動;(d)從上述腔體移動上述溫度傳感器至少一部分到一處于上述流體環(huán)境的其余部分之內(nèi)的位置，在該位置上定位溫度傳感器以提供溫度測量所要求的輸出讀數(shù);(e)獲得上述溫度測量;和(f)在獲得上述溫度測量之后，將稱至在(d)的上述位置的溫度傳感器的那部分回復(fù)至上述腔體。
該操作包括將溫度傳感器的至少一部分裝入開口于流體環(huán)境的腔體。腔體，由于開口于流體環(huán)境，將包含它的一部分。在腔體內(nèi)的流體環(huán)境的那部分相對于其它部分保持著無顯著的對流運(yùn)動。這種顯著對流運(yùn)動的免除是本發(fā)明的操作的特別重要的特征，因為在流體環(huán)境的這部分和其余部分之間的傳熱可降低到最低，如果不去阻礙它的話。在腔體內(nèi)的流體環(huán)境一開始就降到并維持在一個所要求的比流體環(huán)境的其余部分的溫度要低的溫度。例如，當(dāng)將本發(fā)明的器件用于盛有溫度高達(dá)3000°F(1649℃)的流體環(huán)境的容器中時，該器件可以用來將腔體溫度維持在70°F(21℃)至200°F(93℃)的范圍之內(nèi)。通過輻射和導(dǎo)熱方式從容器內(nèi)部傳熱至腔體可將腔體溫度升高至不可接受的程度，然后腔體可以用例如在腔體周圍的水套冷卻，溫度測量通過將溫度傳感器的一部分從冷的腔體移至流體環(huán)境的其余部分內(nèi)的測點來實現(xiàn)。當(dāng)溫度測量完畢，從冷腔體中伸出來的溫度傳感器的那部分又還回原處直到需要進(jìn)行下一次溫度測量為止。
當(dāng)參看了附圖，在這些圖中同一數(shù)字指的是同樣的零件，就可從本發(fā)明的一個優(yōu)先的實施例的下述描述中更充分地理解這種和其它的有助于滿足使用和經(jīng)濟(jì)地制造的特征，這些附圖是圖1是本發(fā)明的器件其溫度傳感器處于第一位置時的剖面圖;
圖2是在圖1中所引的器件其溫度傳感器處于第二位置時的剖面圖;
圖3是在圖1中所示的器件其溫度傳感器處于自器件移出時的位置;
圖4是在圖2中沿剖面線4-4剖切的斷面圖。
現(xiàn)在參看圖1至4，可以看到本發(fā)明的器件1用數(shù)字10標(biāo)出，裝在以數(shù)字12標(biāo)出的容器壁上。容器壁12包含一個金屬外殼14和一個耐火的內(nèi)襯16。這種型式的容器壁是用于其中發(fā)生高溫/高壓反應(yīng)的容器，例如，水煤漿的不完全氧化以產(chǎn)生合成氣體以及類似的東西。器件10當(dāng)然也可用于其它類型的容器。用法蘭配合18的辦法獲得器件10在容器壁12上的不漏液體的安裝。
器件10在其靠近末端處有一中空的園筒20。從圖1和2中看到，園筒20穿過容器壁12伸至容器內(nèi)部。園筒20到容器內(nèi)部的延伸并不是本發(fā)明的要求而是最好是這樣，因為這種延伸可減少進(jìn)入由園筒所定義的空間內(nèi)的輻射熱量而且這種延伸對溫度傳感器47提供了保護(hù)使它不與在容器內(nèi)部運(yùn)動的固體顆?；蛑钗镒饔泻Φ慕佑|。為對園筒20形成的內(nèi)部空間提供冷卻，設(shè)置了水套22，它套在園筒20的外表面周圍。水套22備有一個進(jìn)口26和一個出品24使冷卻介質(zhì)可在整個水套內(nèi)循環(huán)，水套22是用來對在園筒20內(nèi)的流體環(huán)境作初始的冷卻和抵銷由于從容器內(nèi)部的輻射和導(dǎo)熱的結(jié)果引起對園筒內(nèi)部的傳熱。
園筒20和水套22，其端部與閘閥28法蘭聯(lián)接。法蘭的裝配是不漏液體的。閘閥28是常規(guī)的構(gòu)造。
與閘閥28的末端法蘭連接的是一個雙動氣壓式氣缸，一般用數(shù)字32標(biāo)志，后者的法蘭配合是一種不漏液體的配合。在雙動式壓縮空氣操作的汽缸32的末端處是一減壓閥30，它置于汽缸法蘭31的某一部分之內(nèi)。雙動氣壓式汽缸32有靠近末端的板38和末端板36，它們沿著汽缸體34定義了一個中空的園柱空間，其中可滑移活塞44?；钊?4與中空的活塞桿46連接，活塞桿有足夠的長度，故不論活塞44的位置在哪里，活塞桿46與環(huán)狀的靠近末端的活塞桿密封圈40和環(huán)狀的末端活塞桿密封圈42處于密封式接觸。由該兩個密封圈所提供的密封是不漏液體的密封。在靠近末端的板38與末端板36間的空間是氣體通路52和50。這些通氣口依次與常規(guī)的，市場上可以買到的四通閥54相連接(閥54以簡圖形式表示)。管56提供了從壓縮氣源，如氮?dú)?，至閥54的一條通路。管58為閥54而且因此也為氣壓式汽缸32提供一個排氣口。
裝在中空的活塞桿46里面是管47。這種裝配是靠在管47和中空的活塞桿46的末端用可移動的密封件60來完成的。這種密封件在市場上可以買到，例如紐約州的Buffalo市的Conax公司生產(chǎn)幾種可以用于本發(fā)明的場合的這種裝配件的組合。
管47為位于管47探頭49里面的熱電偶(圖中未示)提供保護(hù)。由陶瓷材料73，示于圖4，完成將熱電偶及導(dǎo)線70和72固定在管47內(nèi)的相應(yīng)的位置。用保護(hù)套管，如管47，在它的里面穿熱電偶在技術(shù)方面是常規(guī)的而且是眾所周知的。構(gòu)成管47的材料和熱電偶材料的選擇取決于容器內(nèi)所遇到的環(huán)境。本發(fā)明的特征是管47的整體不需要用貴的合金制造因為只有管47的探測端49會遭受到強(qiáng)烈的容器環(huán)境。因此，管47，直到管接頭48，可以由相對的不昂貴的材料構(gòu)成，如不銹鋼。管接頭48將探頭49連接到管47的其余部分。探頭49，因為它要暴露在容器環(huán)境中，必須是由合適的合金做成以經(jīng)得起這類環(huán)境。探頭49可以是一根金屬管或是一根陶瓷管隨環(huán)境要求而定。能承受約2000°F(1093℃)的高溫的管的典型材料是鎳鉻合金和鎳。陶瓷管能經(jīng)受約3000°F(1649℃)，它可以由二氧化硅和碳化硅制成。構(gòu)成熱電偶的材料取決于會遇到的溫度。例如90%鉑-10%銠與鉑配成的電偶;和鎳鉻與鎳鋁配成的電偶分別用于溫度為3100°F(1074℃)和2200°F(1204℃)的場合。當(dāng)器件10用于測量水煤漿不完全氧化的過程中的溫度時，已得出結(jié)論探頭49最好由53%鉬-47%銠合金制成，在它里面裝的熱電偶是由95%鎢-5%銠與74%鎢-26%銠配成的熱電偶。
器件10依附于容器壁12上的結(jié)果會導(dǎo)致容器的流體環(huán)境的一部分進(jìn)入器件10。在進(jìn)行時，器件10至正常情況下其管47處于第一位置，如圖1所示。在器件10內(nèi)的流體環(huán)境是被容納在由園筒20，閘閥28和由空心活塞桿46的內(nèi)壁和管47的外壁所定義的腔體內(nèi)。(這個這樣被容納的流體環(huán)境稱之為腔體流體環(huán)境，以區(qū)別于容器流體環(huán)境)。在腔體流體環(huán)境與容器流體環(huán)境間的對流運(yùn)動當(dāng)腔體被密封時(注意，密封由法蘭，緊接的密封圈40和由套筒60提供的)被減至最小，于是在腔體流體環(huán)境和容器流體環(huán)境之間基本上沒有對流換熱發(fā)生。因而，在第一位置上，管47，它的探頭49和裝在其中的熱電偶不會遭受容器內(nèi)的溫度環(huán)境。當(dāng)要求進(jìn)行溫度測量時，驅(qū)動閥54使壓縮氣體進(jìn)入管50并令管52與排氣管58接通?；钊?4隨著氣缸34中壓力變化的結(jié)果而動作從而將探頭49置于剛才所定義的腔體之外并進(jìn)入容器內(nèi)部。如圖2所示。當(dāng)腔體仍處于密封狀態(tài)時，腔體流體環(huán)境沒有經(jīng)受顯著的對流運(yùn)動。在熱電偶已提供了獲得所要求的溫度測量的必要的輸出以后，驅(qū)動閥54，向管52供氣并將管50與排氣管58接通?；钊?4回到圖1所示的位置，探頭49被送回腔體并回入由園筒20提供的較冷的區(qū)域。
腔體密封的維持可以由熱電偶當(dāng)它置于冷卻了的腔體內(nèi)時，很容易地進(jìn)行監(jiān)視。腔體密封的泄漏將允許容器環(huán)境的流體的一部分的對流運(yùn)動進(jìn)入腔體，接著發(fā)生由此而引起的腔體溫度的升高。熱電偶會感受到這種溫升并提供溫度測量以提醒操作人員去重建腔體密封的完整性。
即使本發(fā)明的器件延長了溫度傳感器的工作壽命，周期性的溫度測量最終還是消耗了溫度傳感器的所指望的壽命。一旦溫度傳感器不能再工作了，它必須更換。如圖中所示的實施例，溫度傳感器的更換可以很方便地并且可以在容器中的反應(yīng)繼續(xù)的情況下進(jìn)行。
參看圖3，首先，驅(qū)動閥54向管52充灌壓縮氣體。閥54的動作將管50與排氣管58接通?；钊?4允許返回到全部縮回的位置。盡管由該套筒提供的流體密封的保持仍完整無缺，套筒60還是松開著的以便讓管47可在軸向向后移動。這種后移將使探頭49后縮并清除了閘27的障礙。然后閘27下落到關(guān)閉的位置。容器內(nèi)的壓力現(xiàn)在與在閘27末端的器件10的那部分隔離開了。排氣口30打開以釋放在閘27的末端發(fā)現(xiàn)的任何壓力。然后將套筒60完全松開，并解除管47和中空活塞桿46間的裝配，從而管47可被撤出和拿走。一支新管可以重新插入它的位置上，并將套筒60擰緊以提供對流體的密封。然后將閘27提升，將管47向前移動到在園筒20內(nèi)所要求的位置并將套筒進(jìn)一步擰緊以將管47固定裝配在活塞桿46上去?，F(xiàn)在該器件是處于圖2中的位置，并準(zhǔn)備繼續(xù)操作。必須注意，套筒60是設(shè)計成適用于靜態(tài)和動態(tài)的密封，并允許管47事先定位。
權(quán)利要求
1.一種用于測量在容器內(nèi)的流體環(huán)境溫度的器件，上述器件包括(a)一個腔體，開口于上述容器內(nèi)部并與容器密封連接以形成一個包含上述流體環(huán)境的一部分的腔體；(b)一個溫度傳感器，它可在第一位置與第二位置間移動，在上述第一位置處借以使(i)上述溫度傳感器的至少有一部分是在上述腔體的里面，和(ii)上述溫度傳感與上述流體環(huán)境的其余部分是不接觸的，和在上述第二位置處借以使(iii)上述溫度傳感器的至少有一部分是在上述腔體的外面，而且與上述流體環(huán)境的其余部分接觸以獲得上述的溫度測量；(c)當(dāng)上述溫度傳感器正在上述第一位置和上述第二位置上和之間移動時，防止在上述流體環(huán)境的上述部分與上述流體環(huán)境的其余部分之間的顯著的對流運(yùn)動的裝置。(d)為保持在上述腔體中的上述流體環(huán)境的上述部分處于低于上述流體環(huán)境的其余部分的溫度的裝置。
2.權(quán)利要求
1所要求的器件，其特征是上述器件附加地包括了動力設(shè)施以實現(xiàn)上述溫度傳感器的上述的移動。
3.權(quán)利要求
1所要求的器件，其特征是上述腔體至少部分是由園筒壁所限定。
4.權(quán)利要求
1和3所要求的器件，其特征是在(d)中所述的上述裝置是一個冷卻夾套，冷卻流體流過該夾套，上述冷卻夾套至少包圍著上述腔體的一部分。
5.權(quán)利要求
1或2所要求的器件，其特征是上述溫度傳感器包括一支在細(xì)長中空管中的熱電偶，上述熱電偶靠近上述細(xì)長中空管的探頭。
6.權(quán)利要求
2所要求的器件，其特征是上述的動力設(shè)施是一只雙動壓氣式汽缸。
7.權(quán)利要求
6所要求的器件，其特征是上述壓氣式汽缸的活塞桿是一中空的管子，上述細(xì)長管裝配到上述中空管中并有一末端在上述中空管的內(nèi)部。
8.權(quán)利要求
7中所要求的器件，其特征是上述細(xì)長管是裝配在上述空心管子的末端，在那里上述空心管的內(nèi)表面和上述細(xì)長管的外表面的一部分構(gòu)成了上述腔體部分。
9.權(quán)利要求
8中所要求的器件，其特征是，上述的部分(c)所述的裝置另外還完成對上述的細(xì)長管的裝配并包括為阻止上述的顯著的對流運(yùn)動用的密封。
10.為周期性測量容器中流體環(huán)境溫度的操作方法，上述操作包括(a)提供一個密封連接到上述容器并開口于上述流體環(huán)境的腔體，從而使上述腔體容納一部分上述的流體環(huán)境;(b)將溫度傳感器至少有一部分置于上述腔體內(nèi);(c)當(dāng)上述溫度傳感器正處在(d)和(f)所述的兩個位置以及正在上述兩位置間移動時，保持上述腔體中的上述流體環(huán)境的上述部分和上述流體環(huán)境的其它部分相互間基本上不發(fā)生對流運(yùn)動;(d)至少將上述溫度傳感器的一部分移至上述流體環(huán)境其余部分內(nèi)的某處借以使上述溫度傳感器進(jìn)入測試位置以提供為獲得上述溫度測量所要求的輸出;(e)進(jìn)行上述溫度測量;和(f)在完成上述溫度測量之后，將被移至(d)中位置的上述溫度傳感器的那個部分返回到腔體。
11.權(quán)利要求
10中所要求的操作，其特征是在上述腔體中的上述溫度是保持在70°F(21℃)到200°F(93℃)的范圍內(nèi)。
12.權(quán)利要求
10中所要求的操作，當(dāng)上述溫度傳感器與上述流體環(huán)境的上述其余部分處于基本上熱平衡時，在那里完成上述所要求的輸出。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種測量在容器內(nèi)的流體環(huán)境溫度的器件和操作方法。該器件以開口于容器之內(nèi)并容納流體環(huán)境的一部分的腔體為特色。提供了為防止腔體內(nèi)的流體環(huán)境的一部分與流體環(huán)境的其它部分之間的顯著的對流運(yùn)動的結(jié)構(gòu)。提供了一種可在腔體內(nèi)的一個位置移動至流體環(huán)境的其余部分中的一個位置的溫度傳感器。腔體保持在低于流體環(huán)境的溫度。本發(fā)明還涉及到周期性測量容器內(nèi)流體環(huán)境溫度的操作方法。
文檔編號G01K1/14GK86107606SQ86107606
公開日1987年10月14日 申請日期1986年11月7日
發(fā)明者M·達(dá)爾·梅伊斯 申請人:陶氏化學(xué)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan