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专利名称：发动机气缸套内壁温度测量传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种高温高压容器内壁面温度测量传感器，特别是涉及发动机气缸套内壁面温度的测量传感器。
1982年《中国内燃机测试学术年会论文集》(第一集)第111-118页登载的“增压柴油机气缸盖温度和热流的研究”一文，介绍了在柴油机气缸盖上利用贯穿式热电偶作为测温传感器。该传感器的热电偶热接点为一扁圆柱状铜块，与一圆柱闷头的小孔接触并可在小孔中滑动。该圆柱闷头过盈配合安装于气缸盖火力面侧，与热接点配合的小孔是一个盲孔，盲孔底距燃烧室壁火力面约1mm厚未钻穿。热电偶丝用不锈钢注射针管保护，外用铜管作为密封及导向的管，穿越冷却水腔引至机器外部。这种贯穿式热电偶测温传感器存在以下不足之处1.由于其结构所限，其所能穿越的冷却水腔的距离有限，故只适于小型发动机使用；2.其热电偶热接点是感知与其接触的闷头的温度，而该闷头的盲孔底部距燃烧室壁面尚有1mm厚的金属层相隔，因此，该热接点无法直接测得内壁面(燃烧室壁面)的温度。其利用所测盲孔处温度推算壁面温度的方法，存在误差。
3.其保护套管的针管及铜管，主要是出于安装及绝缘问题的考虑而采用的，对于大、中型发动机气缸套内壁温度测量，需要经过较长的曲折的路径将传感器感知的信号引至机器外部，这种结构则不能实现。
本实用新型的目的是设计一种新型柴油机气缸套内壁温度测量传感器，以解决大、中型发动机气缸套内壁面温度及与发动机燃烧室相类似的高温高压条件下的压力容器设备内壁面温度的直接测量，在使传感器信号能穿过较大冷却水腔及气缸套金属壁和外层构件、经曲折的路径引至机器外的同时，具有较高的测量精度、较好的绝缘性和对冷却水腔的密封性。
本实用新型的目的是这样实现的传感器由环氧树脂、高温密封胶(硅酸盐胶粘剂)、聚四氟乙烯包履层、传感器体、热电偶丝构成。传感器体的螺纹和光杆与被测气缸套上的传感器安装孔配合，螺纹设计在相对于气缸套的冷却水壁面端，可以防止螺纹直接在燃气高温下工作，更换传感器体时拆卸方便；另外也能保证安装孔加工时螺纹段和光孔段的同心度要求，使传感器体安装孔的加工精度容易实现。传感器体的螺纹和光杆的长度与气缸套壁厚相对应。传感器体材料与被测气缸套材料相同。光杆段与气缸套上的传感器体安装孔配合精度高，以使传感器体传热状况对气缸套传热状况影响很�。�测量误差小。传感器体中心钻有小孔，一对热电偶丝通过小孔，其热端焊在传感器体头部端面上。也可以将传感器体头部钻两个小孔，一个小孔在中心，另一个小孔在其旁边，两小孔后接有一稍大的中心孔。两对热电偶丝分别从两小孔穿出。从中心小孔穿出的一对热电偶丝热端焊在传感器体端面上，另一对热电偶丝热端待传感器安装在气缸套上后直接焊在气缸套内壁上。采用两对热电偶于一个传感器体上，一是因为传感器体与其在气缸套上的安装孔间有间隙，热电偶焊在传感体端面上与直接焊在气缸壁上测量的温度有一定的差别，采用两对热电偶则可以将两种数据对比；二是在实际测试过程中，由于不慎或其它原因使某一对热电偶受损而不能正常工作，则另一对热电偶的测试数据仍可用，而不致于一定要对柴油机进行吊缸以更换传感器。热电偶用聚四氟乙烯包履层予以包履，聚四氟乙烯包履层柔软、抗湿、耐磨、耐高温、耐腐蚀、介电性能好。因此适于将此热电偶应用于穿越长且曲折的路径而引出机外，浸于冷却水中不影响绝缘，能承受发动机气缸套的较高温度，在发动机振动条件下工作不易损坏。热电偶的聚四氟乙烯包履层需进行表面处理后才能装入灌胶，这是因为聚四氟乙烯包履层胶接性能差，与高温密封胶(硅酸盐胶粘剂)及环氧树脂不亲合，聚四氟乙烯包履层经表面处理后即可与高温密封胶(硅酸盐胶粘剂)及环氧树脂胶接。
高温高压燃气的密封问题的解决方案是传感器体与气缸套上的安装孔间隙的密封采用垫圈如紫铜垫圈，热电偶与传感器体中心孔之间采用高温密封胶(硅酸盐胶粘剂)。选用的条件是能耐发动机高温燃气的冲刷，在高温高压下有足够的机械强度和金属的粘合强度、良好的绝缘性、良好的密封性、良好的耐振性、热膨胀系数与热电极及周围金属的热膨胀系数相近等。高温密封胶(硅酸盐胶粘剂)灌注在传感器体中心孔中后，须经高温固化处理，方能达到所述的高温下的机械强度。传感器体感温端(前端)热电偶裸丝直接与高温密封胶(硅酸盐胶粘剂)粘合密封。传感器体中心孔中的热电偶中、后端保留聚四氟乙烯包履层并延伸至机器外。这是为了保证绝缘、避免灌注高温密封胶(硅酸盐胶粘剂)时不慎导致热电偶裸丝与传感器体的金属接触。传感器体冷端中心孔口用环氧树脂密封。
本实用新型的优点是1、传感器体的螺纹设计在相对于气缸套的冷却水壁面端，可以防止螺纹直接在燃气高温下工作，便于传感器体的拆卸，另外也易于实现传感器体安装孔加工时对螺纹段与光孔段的同心度要求。
2、传感器体的光杆段与气缸套上的传感器体安装孔配合精度高，使传感器体传热状况对气缸传热状况影响很�。�测量误差小。
3、采用两对热电偶于一个传感器体上，分别将测得传感体端面温度与测得气缸壁上的温度进行对比，这样可较准确的得知高温高压气缸内及类似的容器内的实际温度；同时保证了在实际测试过程中，由于不慎或其它原因使某一对热电偶受损而不能正常工作的情况下，另一对热电偶的测试数据仍可使用，而不致于一定要对柴油机进行吊缸以更换传感器。
4、热电偶用聚四氟乙烯包履层予以包履，该聚四氟乙烯包履层具有柔软、抗湿、耐磨、耐高温、耐腐蚀，介电性能好的特点。因此适于将此热电偶用于穿越长而曲折的路径而引出机外，浸于冷却水中不影响绝缘、能承受发动机气缸套的较高温度，在发动机振动条件下工作不易损坏。
5、传感器体与气缸套上的安装孔间隙的密封采用垫圈如紫铜垫圈，热电偶与传感器体中心孔之间采用高温密封胶(硅酸盐胶粘剂)密封，较好地解决了高温高压燃气的密封问题。


图1为发动机气缸套内壁温度测量传感器的结构示意图图2为热电偶布置在气缸套上端的气缸套温度测量装置结构示意图图3为热电偶布置在气缸套下端的气缸套温度测量装置结构示意图下面结合实施例和附图对本实用新型作详细说明传感器体4的螺纹和光杆与被测气缸套上的传感器安装孔配合，螺纹设计在相对于气缸套的冷却水壁面端，传感器体4材料与被测气缸套材料相同。光杆段与气缸套上的传感器安装孔配合精度高，以使传感器体4传热状况对气缸套传热状况影响很�。�测量误差小。传感器体4头部钻有两个小孔，一个小孔在中心，另一个小孔在其旁边，两小孔后接有一稍大的中心孔。两对热电偶丝分别从两小孔穿出，从中心小孔穿出的一对热电偶丝热端焊在传感器体4端面上，另一对热电偶丝热端待传感器安装在气缸套上后直接焊在气缸套内壁上。热电偶用聚四氟乙烯包履层3予以包履。传感器体4与气缸套上的安装孔间隙的密封采用紫铜垫圈，热电偶与传感器体4中心孔之间采用高温密封胶2(硅酸盐胶粘剂)密封。传感器感温端(前端)热电偶裸丝5直接与高温密封胶2(硅酸盐胶粘剂)粘合密封；传感器体4中心孔中的热电偶丝中、后端保留聚四氟乙烯包履层3并延伸至机器外。传感器冷端中心孔口用环氧树脂1密封。
权利要求1.一种发动机气缸套内壁温度测量传感器，包括传感器体[4]、热电偶丝[5]，其特征在于传感器体[4]头部钻两个小孔，一个小孔在中心，另一个小孔在其旁边，两小孔后接有一稍大的中心孔；两对热电偶丝[5]分别从两小孔穿出；从中心小孔穿出的一对热电偶丝[5]热端焊在传感器体[4]端面上，另一对热电偶丝[5]热端待传感器安装在气缸套上后直接焊在气缸套内壁上；热电偶丝[5]用聚四氟乙烯包履层[3]予以包履；热电偶丝[5]与传感器体[4]中心孔之间采用硅酸盐胶粘剂[2]密封；传感器体[4]冷端中心孔口用环氧树脂[1]密封；传感器体[4]的螺纹和光杆与被测气缸套上的传感器安装孔配合，螺纹设计在相对于气缸套的冷却水壁面端。
2.根据权利要求1所述的发动机气缸套内壁温度测量传感器，其特征在于传感器体[4]的材料与被测气缸套材料相同。
专利摘要一种发动机气缸套内壁温度测量传感器,包括传感器体、热电偶丝,其特征在于:传感器体头部钻两个小孔,一个小孔在中心,另一个小孔在其旁边,两小孔后接有一稍大的中心孔。两对热电偶丝分别从两小孔穿出。热电偶丝用聚四氟乙烯包覆层予以包覆。传感器信号可穿过较大的冷却水腔及气缸套金属壁和外层构件,并经曲折的路径引至机器外部,具有较高的测量精度、较好的绝缘性和对冷却水腔的密封性。适用于发动机气缸套和高温高压容器内壁面温度的测量。
文档编号G01K7/02GK2485639SQ0023048
公开日2002年4月10日 申请日期2000年7月28日 优先权日2000年7月28日
发明者张敬国, 陆小明, 崔可润, 龚齐清, 秦毅, 朱国伟 申请人:武汉理工大学