CN204043793U - 一种测量同位素热源表面温度的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种温度测量装置。为解决现有同位素热源表面温度测量方法测量结果不准确，无法获得完整的温度场分布情况等问题，本实用新型提供了一种同位素热源表面温度测量装置，包括红外测温台、计算机控制和数据采集***以及计算机数据处理***。同时提供了一种采用前述测量装置的温度测量方法，步骤如下：一、通过远程控制装置放置同位素热源；二、通过压头固定同位素热源；三、通过计算机控制和数据采集***采集各参数；四、通过计算机数据处理***进行数据处理。本实用新型的同位素热源表面温度测量装置能够获得完整的同位素热源表面温度场分布情况，测量结果准确客观，实现了远距离测量，满足了安全性要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种温度测量装置，特别涉及一种同位素热源表面温度测量装置。
背景技术
放射性同位素电池(Radioisotope Thermoelectric Generator，RTG)是利用放射性同位素衰变产生的热能，通过塞贝克效应，把热能直接转化为电能的装置。它主要由同位素热源和紧贴热源表面的热电转换装置两大关键部件组成。目前RTG主要应用领域为航天(如人造卫星、深空探测等)和地球上人迹罕至的恶劣环境(如南、北极，深海等)，相比于其它电源有其自身的优点和某些方面的不可替代性，成为这些领域重要乃至唯一的电源。
同位素热源具有自身发热的特性，其包壳表面温度能达到400℃左右。为获取热源表面温度场分布数据，需对表面温度值进行精确测量。目前的测温方法主要分为两种：第一种是接触式测温法，第二种是非接触式测温法。通常来说的接触式测量仪表比较简单、可靠，测量精度高，但是因为测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，所以其需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温延迟现象，同时受耐高温和耐低温材料的限制，不能应用于一些极端的温度测量。而非接触式测温仪是通过热辐射的原理来测量温度的，测温元件不需要与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快，但由于同位素热源表面热分布不均匀，常用的热电偶或红外测温简易装置受到体积和测量点数量的影响，不能完全测量出热源表面的温度，导致热源温度场分布结果存在较大误差。
由于转换效率是RTG最为核心的指标，而准确完整的同位素热源表面温度场分布情况对于优化RTG内部结构设计，从而提高RTG转换效率有着重要意义，因此对于同位素热源表面温度场分布情况的测量十分重要。
由于RTG技术方兴未艾，而同位素热源的表面温度测量领域特殊，存在很高的辐射风险，考虑到测量过程中必须兼顾安全性要求，并且目前市场上还没有适用的测量装置，因此亟需开发一种既能实现同位素热源表面温度准确测量，获得完整温度场分布情况，又能兼顾安全性要求的温度测量装置，从而为优化RTG内部结构设计，进而提高RTG转换效率奠定基础。
实用新型内容
为解决现有装置不能准确测量同位素热源表面温度，无法获得完整的温度场分布情况等问题，同时兼顾安全性要求，本实用新型提供了一种同位素热源表面温度测量装置。
一种同位素热源表面温度测量装置，包括红外测温台、计算机控制和数据采集***以及计算机数据处理***，具体如下：
一、红外测温台
红外测温台主要由框架、红外探头、顶轴和转台构成；红外探头通过探头导轨连接在框架的立柱上，通过探头电机的驱动能够使红外探头沿探头导轨在竖直方向上滑动；顶轴上端固定在框架的横梁上，通过顶轴电机的驱动能够使轴杆沿竖直方向移动，轴杆下端通过轴承与带有固定针的压头相连接；顶轴下方设有转台，通过转台电机的驱动能够使转台转动，转台中央设有隔热底座；
二、计算机控制和数据采集***
计算机控制和数据采集***通过与红外测温台的红外探头、探头电机、顶轴电机和转台电机的连接，控制红外测温台的运行，采集红外探头的温度参数、各电机的运行参数以及相对应的时间参数；
三、计算机数据处理***
由计算机数据处理***对来自计算机控制和数据采集***的温度参数、各电机的运行参数以及相对应的时间参数进行处理，获得同位素热源表面温度场分布情况。
采用该同位素热源表面温度测量装置的温度测量方法如下：
一、通过远程控制装置将同位素热源放置于隔热底座上；
二、通过计算机控制和数据采集***控制顶轴电机下移轴杆，使带有固定针的压头压在同位素热源上使其固定；
三、通过计算机控制和数据采集***控制探头电机使红外探头沿导轨移动，同时控制转台电机使转台以一定的速度旋转，采集一系列的温度参数、各电机的运行参数以及相对应的时间参数；
四、通过计算机数据处理***进行数据处理，由探头电机和转台电机的运行参数计算各时刻红外探头正对的同位素热源表面的三维坐标，并通过时间参数将采集的温度参数与同位素热源表面的三维坐标相对应，从而获得同位素热源表面温度场分布。
本实用新型的同位素热源表面温度测量装置能够获得完整的同位素热源表面温度场分布情况，测量结果准确客观，有效避免了人工操作带来的误差；实现了远距离测量，避免了操作人员与放射源近距离接触，能有效减少辐射剂量，满足了安全性要求；使用方便快捷，能够快速获得同位素热源表面温度场分布情况，为优化RTG内部结构设计，进而提高RTG转换效率奠定了基础。
附图说明
图1本实用新型的同位素热源表面温度测量装置的红外测温台示意图。
附图标记：1.框架，2.红外探头，3.顶轴，4.转台，5.隔热底座，6.同位素热源。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型的实施方式做进一步的说明。
实施例
采用本实用新型的同位素热源表面温度测量装置进行了模拟测量，模拟测量对象为一个Φ45mm×60mm的圆柱形电加热热源模型，电加热达到稳定功率时，红外探头粗测表面温度为100摄氏度。
将圆柱形电加热热源模型放置于隔热底座上，通过计算机控制和数据采集***控制本实用新型的温度测量装置运行并采集各参数，采集时间设为5分钟。由于采集的数据量较大，本实施例仅列出部分具有代表性的测量结果，相关参数和部分测量结果列于下列各表。
表一运行参数
| 水平轴 | 垂直轴 | 转动轴(旋转度) | |
| 起点位置 | 1mm | 1mm | 0° |
| 终点位置 | 100mm | 80mm | 360° |
| 步进速度 | 10mm/s | 6mm/s | 20°/s |
| 启用状态 | 1 | 1 | 1 |
表二Z轴固定为0°的测温数据
| 日期 | 时间 | X(mm) | Y(mm) | Z(度) | 温度1 | 温度2 | 温度3 |
| 2012-12-19 | 1:43:43 | 1.00 | 1.00 | 0.00 | 100.02 | 99.25 | 99.51 |
| 2012-12-19 | 1:43:44 | 11.71 | 7.53 | 0.00 | 99.74 | 98.45 | 98.51 |
| 2012-12-19 | 1:43:45 | 22.52 | 14.24 | 0.00 | 98.14 | 99.07 | 101.31 |
| 2012-12-19 | 1:43:46 | 33.39 | 20.30 | 0.00 | 100.85 | 98.82 | 99.62 |
| 2012-12-19 | 1:43:47 | 43.86 | 26.60 | 0.00 | 99.87 | 100.24 | 98.32 |
| 2012-12-19 | 1:43:48 | 54.45 | 33.58 | 0.00 | 100.73 | 98.13 | 100.48 |
| 2012-12-19 | 1:43:49 | 64.56 | 40.58 | 0.00 | 100.03 | 97.08 | 99.88 |
| 2012-12-19 | 1:43:50 | 74.84 | 46.63 | 0.00 | 98.89 | 98.91 | 98.50 |
| 2012-12-19 | 1:43:51 | 85.12 | 52.79 | 0.00 | 98.49 | 100.23 | 99.05 |
| 2012-12-19 | 1:43:52 | 95.75 | 59.00 | 0.00 | 98.56 | 99.92 | 97.40 |
| 2012-12-19 | 1:43:53 | 106.54 | 65.37 | 0.00 | 98.87 | 101.60 | 100.16 |
| 2012-12-19 | 1:43:55 | 100.00 | 71.94 | 0.00 | 100.08 | 101.57 | 101.17 |
表三Z轴旋转20°的测温数据
| 日期 | 时间 | X(mm) | Y(mm) | Z(度) | 温度1 | 温度2 | 温度3 |
| 2012-12-19 | 1:43:58 | 1.00 | 1.00 | 20.49 | 98.47 | 99.37 | 98.29 |
| 2012-12-19 | 1:43:59 | 11.94 | 7.65 | 20.49 | 99.52 | 98.95 | 97.54 |
| 2012-12-19 | 1:44:00 | 22.53 | 14.49 | 20.49 | 98.06 | 98.05 | 97.37 |
| 2012-12-19 | 1:44:01 | 32.53 | 21.02 | 20.49 | 99.97 | 99.72 | 101.14 |
| 2012-12-19 | 1:44:02 | 42.99 | 27.38 | 20.49 | 98.45 | 100.52 | 101.64 |
| 2012-12-19 | 1:44:03 | 53.39 | 33.84 | 20.49 | 99.48 | 98.04 | 98.65 |
| 2012-12-19 | 1:44:04 | 64.32 | 39.94 | 20.49 | 99.33 | 98.36 | 101.36 |
| 2012-12-19 | 1:44:05 | 74.58 | 46.03 | 20.49 | 98.09 | 98.61 | 100.95 |
| 2012-12-19 | 1:44:06 | 84.83 | 52.37 | 20.49 | 98.13 | 99.41 | 98.03 |
| 2012-12-19 | 1:44:07 | 95.76 | 58.70 | 20.49 | 99.63 | 97.40 | 100.17 |
| 2012-12-19 | 1:44:08 | 106.68 | 65.32 | 20.49 | 99.04 | 97.75 | 99.40 |
| 2012-12-19 | 1:44:09 | 100.00 | 71.35 | 20.49 | 99.04 | 99.74 | 101.61 |
表四Z轴旋转40°的测温数据
| 日期 | 时间 | X(mm) | Y(mm) | Z(度) | 温度1 | 温度2 | 温度3 |
| 2012-12-19 | 1:44:12 | 1.00 | 1.00 | 41.00 | 98.68 | 100.10 | 99.45 |
| 2012-12-19 | 1:44:14 | 11.30 | 7.29 | 41.00 | 98.45 | 99.65 | 98.12 |
| 2012-12-19 | 1:44:15 | 21.78 | 13.48 | 41.00 | 100.05 | 100.74 | 100.07 |
| 2012-12-19 | 1:44:16 | 31.98 | 20.44 | 41.00 | 98.20 | 97.31 | 100.97 |
| 2012-12-19 | 1:44:17 | 42.10 | 26.61 | 41.00 | 98.14 | 100.57 | 99.67 |
| 2012-12-19 | 1:44:18 | 52.84 | 33.37 | 41.00 | 99.20 | 101.52 | 100.73 |
| 2012-12-19 | 1:44:19 | 62.86 | 39.80 | 41.00 | 99.21 | 98.38 | 101.93 |
| 2012-12-19 | 1:44:20 | 73.60 | 46.07 | 41.00 | 99.07 | 99.17 | 101.72 |
| 2012-12-19 | 1:44:21 | 83.70 | 52.26 | 41.00 | 98.23 | 99.16 | 101.80 |
| 2012-12-19 | 1:44:22 | 93.92 | 58.64 | 41.00 | 99.19 | 98.41 | 99.52 |
| 2012-12-19 | 1:44:23 | 100.00 | 72.05 | 41.00 | 98.47 | 98.12 | 98.63 |
从所采集的数据来看，本实用新型的温度测量装置运行稳定，方法适用，采集的温度数据较平行，可应用于同位素热源表面温度场分布情况的测量。
Claims (1)
1.一种同位素热源表面温度测量装置，其特征在于：包括红外测温台、计算机控制和数据采集***以及计算机数据处理***，具体如下：
一、红外测温台
红外测温台主要由框架、红外探头、顶轴和转台构成；红外探头通过探头导轨连接在框架的立柱上，通过探头电机的驱动能够使红外探头沿探头导轨在竖直方向上滑动；顶轴上端固定在框架的横梁上，通过顶轴电机的驱动能够使轴杆沿竖直方向移动，轴杆下端通过轴承与带有固定针的压头相连接；顶轴下方设有转台，通过转台电机的驱动能够使转台转动，转台中央设有隔热底座；
二、计算机控制和数据采集***
计算机控制和数据采集***通过与红外测温台的红外探头、探头电机、顶轴电机和转台电机的连接，控制红外测温台的运行，采集红外探头的温度参数、各电机的运行参数以及相对应的时间参数；
三、计算机数据处理***。
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