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超高溫電磁超聲傳感器及其獲取方法

文檔序號:9909180閱讀:1310來源:國知局
超高溫電磁超聲傳感器及其獲取方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及超聲波無損檢測技術領域,具體而言,涉及一種超高溫電磁超聲傳感 器及其獲取方法。
【背景技術】
[0002] 應用于石油、化工、天然氣、核電等工業生產的設備,比如管道、壓力容器等,經常 工作在高溫高壓環境中。如何保障上述設備安全可靠地長期運行具有非常重要的意義。近 來,由于上述在役設備因失效而引發的事故數量在逐年增加,迫切需要對高溫在役設備進 行準確可靠的質量檢驗。
[0003] 目前,在高溫條件下應用的無損檢測技術有紅外熱成像技術、超聲檢測技術及激 光超聲檢測技術等。紅外熱成像技術是利用材料的熱彈效應,主要應用于高溫壓力容器熱 傳導的在線檢測或者對常溫壓力容器的高應力集中部位檢測。但這種方法對儀器、環境和 待測設備的被檢表面要求苛刻,目前還不適用于現場應用。
[0004] 超聲檢測技術通常用壓電超聲傳感器配合高溫耦合劑來實現對高溫設備的檢測, 但這種方法對壓電探頭和耦合劑都提出了獨特的要求,且由于耦合劑的不穩定性導致不能 保證檢測的穩定性和可靠性。
[0005] 激光超聲技術不需要耦合劑,可探測微小缺陷,但能量轉換效率低且激光超聲信 號檢測靈敏多不高。電磁超聲在檢測時無需耦合劑,可實現非接觸檢測,且具有對材料表面 要求低、安全便捷等特點,是目前較為理想的高溫檢測方法。然而,由于電磁超聲傳感器內 部的永磁鐵等柱形磁鐵和高頻線圈的工作溫度有限,采用漆包線繞制或是PCB印刷的線圈 耐溫一般不超過300°C。常規電磁超聲傳感器不能夠直接用于高溫檢測,這很大程度上制約 了電磁超聲傳感器在高溫檢測中的應用。

【發明內容】

[0006] 本發明的主要目的在于提供一種超高溫電磁超聲傳感器及其獲取方法,以解決現 有技術中的電磁超聲傳感器難以檢測高溫設備的問題。
[0007] 為了實現上述目的,根據本發明的一個方面,提供了一種超高溫電磁超聲傳感器, 超高溫電磁超聲傳感器包括:殼體;傳感器組件,設置在殼體的內部;隔熱結構,設置在殼體 的內部并位于殼體與傳感器組件之間;其中,超高溫電磁超聲傳感器指的是能夠檢測溫度 小于等于750°C的待檢設備的電磁超聲傳感器。
[0008] 進一步地,隔熱結構包括隔熱套筒,隔熱套筒具有底壁和與底壁連接的側壁,底壁 與側壁形成用于安裝傳感器組件的安裝槽。
[0009] 進一步地,傳感器組件包括磁鐵及線圈組件和信號接頭,安裝槽為階梯槽,安裝槽 具有沿槽深方向依次連通且槽面積依次減小的第一槽段和第二槽段,信號接頭通過接頭安 裝座安裝在第一槽段內,磁鐵及線圈組件安裝在第二槽段內。
[0010] 進一步地,隔熱結構還包括設置在隔熱套筒的外側并與隔熱套筒連接的環形凸 緣,環形凸緣位于隔熱套筒的與底壁相對的一端,隔熱結構通過環形凸緣與殼體連接。 [0011]進一步地,殼體包括端蓋和與端蓋連接的容納腔,通過端蓋將隔熱結構壓緊在容 納腔內。
[0012] 進一步地,隔熱結構還包括設置在殼體的內壁面和傳感器組件的外周之間的空氣 隔層。
[0013] 進一步地,殼體包括端蓋,超高溫電磁超聲傳感器還包括:延長桿;握持手柄,延長 桿的第一端與端蓋連接,延長桿的第二端與握持手柄連接。
[0014] 根據本發明的另一方面,提供了一種超高溫電磁超聲傳感器的獲取方法,獲取方 法用于獲得前述的超高溫電磁超聲傳感器,獲取方法包括以下步驟:選取隔熱材料;利用超 高溫電磁超聲傳感器允許的提離高度獲取隔熱結構;根據能量守恒定律和傅里葉定律,建 立隔熱結構的熱傳導模型,模擬傳熱過程以驗證隔熱結構的可行性;驗證隔熱結構的隔熱 性能;其中,提離高度指的是超高溫電磁超聲傳感器的線圈的朝向待測設備的一側與待測 設備的被檢表面之間的距離。
[0015] 進一步地,在利用超高溫電磁超聲傳感器允許的提離高度獲取隔熱結構的步驟 中,獲取方法還包括以下步驟:隔熱結構的厚度小于或者等于提離高度。
[0016] 進一步地,隔熱結構的熱傳導模型需要滿足下述的導熱微分方程:.
其中,t代表溫度,τ代表傳熱時間,P為隔熱材料的密度,c為隔熱材料的比熱容,λ為隔熱材 料的導熱系數;導熱微分方程需要滿足的初始條件為:t(X,y,z,0) = to;導熱微分方程需要 滿足的邊界條件為:
其中,S是熱傳導模型在X方向上的厚度, U,tf分別是界面溫度和環境溫度,X方向指的是提離高度的方向,界面溫度指的是隔熱結構 的朝向電磁超聲傳感器的線圈的一側的側面的溫度。
[0017] 應用本發明的技術方案,由于設有位于傳感器組件與殼體之間的隔熱結構,當應 用該超高溫電磁超聲傳感器檢測高溫設備時,隔熱結構能夠在一定時間內延緩高溫設備的 熱量傳導至殼體內部,從而保護位于殼體內部的磁鐵、線圈等傳感器組件免受高溫損壞,因 此能夠實現對溫度較高的待檢設備進行檢測的功能。
【附圖說明】
[0018] 構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解,本發明的示 意性實施例及其說明用于解釋本發明,并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0019] 圖1示出了根據本發明的超高溫電磁超聲傳感器的實施例一的立體結構示意圖; [0020]圖2示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器的部分立體結構示意圖(未示出延長桿和 握持手柄);
[0021]圖3示出了圖2的部分結構示意圖;
[0022]圖4示出了圖2的剖視結構示意圖;
[0023]圖5示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器檢測待檢設備的部分結構示意圖(僅示出 了待檢設備、空氣隔層和隔熱套筒的底壁);
[0024]圖6示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器的設計方法的流程圖;
[0025]圖7a示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器對溫度為700°C的待檢設備進行檢測的 檢測結果示意圖;
[0026]圖7b示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器對溫度為750°C的待檢設備進行檢測的 檢測結果示意圖;
[0027]圖8a示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器對由TP347H制成的待檢設備進行檢測的 檢測信號圖;以及
[0028]圖8b示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器對由Q235制成的待檢設備進行檢測的檢 測信號圖。
[0029] 其中,上述附圖包括以下附圖標記:
[0030] 10、殼體;11、端蓋;111、軸向通孔;12、容納腔;20、磁鐵及線圈組件;21、磁鐵;22、 線圈;23、磁鐵安裝座;30、信號接頭;40、握持手柄;50、鎖緊件;60、隔熱結構;61、隔熱套筒; 611、底壁;612、側壁;613、安裝槽;6131、第一槽段;6132、第二槽段;62、環形凸緣;63、空氣 隔層;70、接頭安裝座;80、延長桿;100、待測設備;200、傳感器組件。
【具體實施方式】
[0031] 需要說明的是,在不沖突的情況下,本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0032] 本發明及本發明的實施例中,高溫設備指的是溫度在300°C至750°C之內的設備, 超高溫電磁超聲傳感器指的是能夠檢測溫度小于等于750°C的待檢設備的電磁超聲傳感 器。
[0033] 由于超高溫電磁超聲傳感器內部的永磁鐵和高頻線圈的工作溫度有限,現有技術 的電磁超聲傳感器不能夠直接用于高溫設備的檢測,這很大程度上制約了電磁超聲傳感器 在高溫檢測中的應用。為了解決上述問題,本發明提供了一種超高溫電磁超聲傳感器。 [0034] 實施例一
[0035] 如圖1至圖4所示,本發明的實施例一中,超高溫電磁超聲傳感器包括殼體10、傳感 器組件200和隔熱結構60。傳感器組件200包括磁鐵及線圈組件20和信號接頭30。磁鐵及線 圈組件20設置在殼體10的內部;信號接頭30與磁鐵及線圈組件20的線圈接頭連接;隔熱結 構60設置在殼體10的內部并位于殼體10與磁鐵及線圈組件20之間。
[0036]通過上述設置,隔熱結構60能夠在一定時間內延緩高溫設備的熱量傳導至殼體10 內部,從而保護位于殼體10內部的磁鐵及線圈組件20等傳感器組件200免受高溫損壞,這 樣,當應用該超高溫電磁超聲傳感器檢測高溫設備時,能夠實現對溫度較高的待檢設備進 行檢測的功能;另外,設置隔熱結構60能夠阻止熱量快速傳遞至超高溫電磁超聲傳感器的 遠離待檢設備的一端,避免傷害操作人員,從而提高了超高溫電磁超聲傳感器檢測時的操 作安全性。
[0037]具體地,如圖2至圖4所示,殼體10包括端蓋11和與端蓋11連接的容納腔12,通過端 蓋11將隔熱結構60壓緊在容納腔12內。容納腔12為具有中空部的柱狀體。該柱狀體由不銹 鋼材料制成。該柱狀體的內徑為33mm、外徑為43mm、高度尺寸為33mm。磁鐵及線圈組件20和 隔熱結構60均位于上述柱狀體的內部。
[0038]如圖4所示,本發明的實施例一中,隔熱結構60包括隔熱套筒61。隔熱套筒61具有 底壁611和與底壁611連接的側壁612。其中,底壁611與側壁612圍成用于安裝磁鐵及線圈組 件20和信號接頭30的安裝槽613。
[0039]具體地,安裝槽61
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