[发明专利]用于热等离子体诊断的焓探针探头

说明书

技术领域

本发明涉及用于热等离子体诊断的焓探针关键部件，是可以诊断热等离子体的焓值、温度、速度、气体组分的接触式测量设备，具体涉及一种耐高温、抗干扰的焓探针探头。

背景技术

随着热等离子体在危废处理和化工等领域应用的不断发展，热等离子体的工作特性备受人们关注。由于热等离子体诊断技术的限制，在基础性研究方面的工作相对滞后。

热等离子体的温度在2,000-20,000K之间，远高于传统的热电偶与热电阻的测量范围。也因为如此，传统的测速仪(比如非水冷的Pitot管)也无法在热等离子中使用。现有的热等离子体诊断仪器主要分为接触式测量仪器和非接触式测量仪器。在非接触式测量中大量应用各种光学测量方法。光学方法测量等离子体的温度与速度，具有不干扰被测对象，空间分辨率好的优点，响应时间快，并且测量精度也比较高。但是光学仪器的价格昂贵，对工作环境要求苛刻，而且在热等离子体中存在着温度小于4,000K的区域，在该区域中原子与离子的谱线强度太弱，光学仪器测量很难得到准确的结果；再者，热等离子体应用中，处理物颗粒污染光学窗口将会严重阻碍光学信号的采集，也会极大地影响测量的精度。焓探针在这种情况下可以成为热等离子体诊断的理想工具。

焓探针测量是一种简便的测量热等离子体温度和速度的方法，具有设备简单，测量方便，并能准确给出被测气体的温度和速度等特点，它已成为测量在这一温度区域内高温气体属性的最有效的测量方式。1992年Fincke在高温等离子体射流中对激光散射技术与焓探针测量技术进行比较，得到两者符合较好的结果。

但是普通的焓探针，仅仅适合于诊断单纯的等离子体，不能在恶劣的工作环境下进行诊断。W.D.Swank等人用焓探针测量了氩-氢等离子炬的温度与速度分布，其测量的温度最高值可达到13,434K，速度为1,295m/s，但是仅限于单纯的等离子体诊断；Keun Su Kim等人将焓探针的测量结果和三维数值模拟做了很好的对比试验，但是该焓探针限用于实验室里开放性小型等离子体炬；GervaisSoucy等人虽然实现了焓探针插入到反应腔内测量，但是在没有MoSi2粉末注入的情况下测量的，而且等离子体温度不高，最高只有7,100K。焓探针技术的难点有二：(1)、探头尺寸较小，水冷效果有限，头部容易烧损；(2)、测量时，焓探针需接触等离子体，不可避免地对等离子体的流动产生扰动。而两者又是矛盾的，减小探头尺寸可以降低扰动，但是不利于水冷，而且使加工成本猛增。

发明内容

本发明的目的在于改进等离子体诊断技术，方便操作，降低成本，克服恶劣的工作环境；提供一种安装简便，拆卸更换方便，用于热等离子体诊断，减少电磁扰动的焓探针。

本发明的技术方案如下：

一种用于热等离子体诊断的焓探针探头，包括有外管、进出水分离管、内管以及第一、二、三基座，所述的第一、二、三基座均为筒体，且首尾密封焊接在一起，其特征在于：所述外管的前端为半球形，且与所述内管的前端密封焊接在一起，所述的进出水分离管位于所述的内、外管之间，所述的进出水分离管与所述的内、外管之间分别具有间隙并分别形成进、出水通道；所述外管、进出水分离管以及内管的末端分别密封焊接在所述第一、二、三基座的内壁上，所述的外管外安装有刚玉外罩，所述的内管与所述的第三基座相联通并形成抽气取样通道；

所述第一、二基座的侧壁上分别设有进、出水口，所述的进、出水通道中分别设有进、出水测温铂电阻；所述第三基座中设有抽气取样测温铂电阻，所述第三基座的尾端设有压力传感器。

所述的用于热等离子体诊断的焓探针探头，其特征在于：所述进出水分离管的前端为细小分叉结构。

所述的用于热等离子体诊断的焓探针探头，其特征在于：所述的进、出水测温铂电阻以及抽气取样测温铂电阻的导线分别从所述的第一、二、三基座中引出。

根据权利要求1所述的用于热等离子体诊断的焓探针探头，其特征在于：所述的外罩管为刚玉材料，端部为半球形，中心开孔。

本发明的有益效果：

(1)、本发明的可拆换的圆头刚玉外罩，可以伸入热等离子体的高温放电区，进行接触测量，另外，刚玉材料绝缘且耐高温，对等离子体放电区干扰较小；且外罩的圆头设计，可避免在高温区，由于热流密度集中，造成的局部温度过高，探头烧毁；同时外罩的圆滑设计可以减少被测流场的扰动，提高测量的准确度。