大型发电机组高温高压成型定子温度传感器及其制造方法与流程

1.本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种大型发电机组高温高压成型定子温度传感器及其制造方法。


背景技术：

2.大型汽轮机组的定子中都安装有温度传感器，其目的主要是通过监测电机定子的温度，从而判断电机是否处于安全运行状态。现有技术中的定子温度传感器都是在外购的绝缘板上铣出凹槽，然后放入外购的温度元件，最后再刷胶，用一层绝缘板粘结压合；但是这种方法制作的定子温度传感器存在粘接面粘接不牢固、内部存在裂纹及气泡导致的耐压不合格，电阻易断路，使用寿命低；同时会导致制作的定子温度传感器的厚度不均匀，导致不易装配到定子中。
3.为提高定子温度传感器的使用寿命，提高制作效率，亟需一种新的定子温度传感器和配套的制作方法，来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供大型发电机组高温高压成型定子温度传感器，以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供大型发电机组高温高压成型定子温度传感器，包括
6.测温元件，所述测温元件用于测量定子的温度；所述测温元件的输出端电性连接有导线；所述导线外包覆有保护套；
7.封装外壳；所述封装外壳用于保护所述测温元件；所述封装外壳包覆固定在所述测温元件外；所述测温元件位于所述封装外壳的中心位置，所述导线的输出端伸出所述封装外壳；所述封装外壳包裹所述测温元件和所述导线一次压模固化成型。
8.优选的，当所述封装外壳未进行封装时，所述封装外壳为层状结构；所述封装外壳包括上下两端的端面层，两个所述端面层之间由外向内依次为连接层，第一保护层和第二保护层；所述导线位于所述第二保护层内，所述测温元件的上下两端贯穿所述第一保护层并伸入所述第二保护层内；所述封装外壳从顶端纵向贯穿设置有贯穿钉，所述贯穿钉的末端伸入最下端的所述连接层内。
9.优选的，所述贯穿钉包括柱形的钉身，所述钉身纵向嵌设在所述封装外壳内，所述钉身的外壁螺旋形开设有抗拔槽。
10.优选的，所述钉身材料的熔化温度高于所述封装外壳材料的融化温度。
11.优选的，两所述端面层对应的面开设有定位波纹，所述连接层、所述第一保护层和所述第二保护层的两端均开设有相互对应设置的所述定位波纹；所述端面层、所述连接层、所述第一保护层和所述第二保护层均通过定位波纹相互嵌合固接。
12.优选的，所述封装外壳使用封装模具进行封装；所述封装模具包括上下对应设置
的上模箱和下模箱，所述上模箱和所述下模箱相对的端面分别开设有上模腔和下模腔，所述上模腔和所述下模腔的组合与所述封装外壳相适配；所述上模箱与所述下模箱之间设置有定位组件；所述上模箱的顶面开设有若干与所述贯穿钉相适配的通孔，所述通孔连通所述上模腔。
13.优选的，所述定位组件包括开设在所述下模箱侧壁的榫槽，所述榫槽纵向开设；所述定位组件还包括固接在所述上模箱底端的插榫，所述插榫与所述榫槽对应设置；所述插榫与所述榫槽滑动接触。
14.优选的，所述保护套为热缩套管。
15.大型发电机组高温高压成型定子温度传感器制造法，包括以下制作步骤：
16.a、选取封装模具；
17.b、预处理封装外壳材料；
18.c、传感器组装；
19.d、传感器封装。
20.优选的，所述步骤d包括
21.d1、封装外壳材料预热；
22.d2、插入贯穿钉；
23.d3、加温加压；
24.d4、冷却脱模。
25.本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种大型发电机组高温高压成型定子温度传感器及其制造方法，在测温元件外包覆封装外壳，通过封装外壳保护内部的测温元件，防止测温元件损伤，提高了温度传感器的使用寿命；封装外壳采用高温高压整体压模成型，不存在连接缝隙，整体性好，装入电机后，其承压、抗震性能显著提高，不易破损，测温元件不受外界影响，稳定性好，测量精度高；封装外壳包裹测温元件一次性压模成型，最终产品温度传感器厚度、宽度、长度尺寸误差小，并且产品的一致性很好，同时便于流水化生产，提高生产效率，保证了使用时容易安装，工作效率高；封装外壳和测温元件以及导线一次压模固化成型，封装外壳内呈一个整体，紧固性好，内部不存在应力集中面，防止使用时温度变化导致应力集中引起的粘接面分离，进而提高了使用寿命。本发明结构简单、制造方便，制作过程高温高压压模一次成型，整体性好，稳定性高，测量数据准确，使用寿命长；同时便于进行流水化生产，生产效率高、质量控制方便，生产效益好。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明大型发电机组高温高压成型定子温度传感器结构示意图；
28.图2为本发明封装外壳结构示意图；
29.图3为本发明第一保护层结构示意图；
30.图4为本发明第二保护层结构示意图；
31.图5为本发明贯穿钉轴视图；
32.图6为本发明封装模具轴视图；
33.图7为本发明封装模具机构示意图；
34.图8为本发明封装装置结构示意图；
35.图9为本发明大型发电机组高温高压成型定子温度传感器制造流程图；
36.其中，1、测温元件；2、导线；3、保护套；4、封装外壳；5、封装模具；6、端面层；7、连接层；8、第一保护层；9、第二保护层；10、贯穿钉；11、钉身；12、抗拔槽；13、定位波纹；14、上模箱；15、下模箱；16、上模腔；17、下模腔；18、通孔；19、榫槽；20、插榫；21、溢流孔；22、固定平台；23、压头；24、钉头；25、第一凹槽；26、第二凹槽；27、通槽。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
39.参照图1-9，本发明提供大型发电机组高温高压成型定子温度传感器，包括
40.测温元件1，测温元件1用于测量定子的温度；测温元件1的输出端电性连接有导线2；导线2外包覆有保护套3；
41.封装外壳4；封装外壳4用于保护测温元件1；封装外壳4包覆固定在测温元件1外；测温元件1位于封装外壳4的中心位置，导线2的输出端伸出封装外壳4。
42.本发明在测温元件1外包覆封装外壳4，通过封装外壳4保护内部的测温元件1，防止测温元件1损伤，提高了温度传感器的使用寿命；封装外壳4采用高温高压整体压模成型，不存在连接缝隙，整体性好，装入电机后，其承压、抗震性能显著提高，不易破损，测温元件1不受外界影响，稳定性好，测量精度高；封装外壳4包裹测温元件1一次性压模成型，最终产品温度传感器厚度、宽度、长度尺寸误差小，并且产品的一致性很好，同时便于流水化生产，提高生产效率，保证了使用时容易安装，工作效率高；封装外壳4和测温元件1以及导线2一次压模固化成型，封装外壳4内呈一个整体，紧固性好，内部不存在应力集中面，防止使用时温度变化导致应力集中引起的粘接面分离，进而提高了使用寿命。
43.进一步优化方案，当封装外壳4未进行封装时，封装外壳4为层状结构；封装外壳4包括上下两端的端面层6，两个端面层6之间由外向内依次为连接层7，第一保护层8和第二保护层9；导线2位于第二保护层9内，测温元件1的上下两端贯穿第一保护层8并伸入第二保护层9内；封装外壳4从顶端纵向观察内设置有贯穿钉10，贯穿钉10的末端伸入最下端的连接层7内。没有完成的封装外壳4为层状结构，将整个封装外壳4切成若干层，上下两个端面形成端面层6，测温元件1包裹在第一保护层8和第二保护层9内，导线2的直径小于测温元件1的高度，因此导线2被两层对应设置的第二保护层9夹住固定；待到封装时，对分成层的封装外壳4进行加温加压，分装外壳的材料融化，并在压力的作用向层间分支相互渗透，最终各个分层之间形成一个整体，将测温元件1和导线2包裹在封装外壳4内；压模成型的封装外
壳4不存在结构上的缝隙和分离层，因此即使在高温的定子内，也不会存在封装外壳4变形导致的结构分离；融化后的第一保护层8和第二保护层9将测温元件1和导线2紧紧包裹住，待到冷却定型后，封装外壳4与测温元件1之间不存在缝隙，整个温度传感器整体性好，不存在结构分离的风险；贯穿钉10从上到下钉入封装外壳4内，封装时，封装外壳4的材料和贯穿钉10的材料都融化，最终结合成型，增加了封装外壳4个层的结合强度，提高了整个温度传感器的整体性。
44.进一步的，第一保护层8上开设有与测温元件1两端相适配的第一凹槽25，测温元件1安装在第一凹槽25内，第一凹槽25的侧壁对测温元件1进行固定制成，防止封装时测温元件1偏离导致测温元件1内的结构断裂；同时第一凹槽25还为测温元件1提供了空余位置，防止在封装置时，测温元件1受到挤压损坏。
45.进一步的，第二保护层9上开设有与测温元件1显示配的通槽27，同时还开设有与导线2相适配的第二凹槽26，第二凹槽26连通通槽27；安装时，导线2外包裹保护套3嵌设在第二凹槽26内，导线2的一端穿入通槽27内与测温元件1电性连接，另一端沿第二凹槽26伸出第二保护层9；第二凹槽26用于对导线2进行固定和限位；通槽27对测温元件1作用与第一凹槽25对测温元件1的作用相同。
46.进一步优化方案，贯穿钉10包括柱形的钉身11，钉身11纵向嵌设在封装外壳4内，钉身11的外壁螺旋形开设有抗拔槽12；钉身11材料的熔化温度高于封装外壳4材料的融化温度。封装时，贯穿钉10钉入封装外壳4内，与封装外壳4结合在一起，提高了封装外壳4的整体性；封装时，先将温度加温到封装外壳4材料的熔化温度，封装外壳4个层结构融化变软，贯穿钉10的钉身11很轻易的钉入；此时封装外壳4的材料由于高温分子变得更加活跃，在各层的接触面发生分离偏离，结合成整体，同时由于封装外壳4融化变软，具有一定的流动性，会直接流入并填充钉身11外的抗拔槽12；继续加温，直到贯穿钉10融化，贯穿钉10与封装外壳4的接触面也发生分子之间的运动，结合成复合型整体，但又保持相对独立的结构，像钉子一样与封装外壳4固定到一起，使封装外壳4更加牢固；即使后续封装外壳4受损破碎，贯穿钉10也会将破碎的封装外壳4拉紧，保护内部的测温元件1。
47.进一步的，封装外壳4的融化温度高于定子内的最高温度，保护封装外壳4在使用过程中不会发生融化。
48.进一步的，测温元件1为电阻式，利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温；导线2连接测温元件1的两个端点，通电后测量到导线2的电流，进而计算测温元件1的电阻，获得测温元件1的温度，即可得到测温元件1所处位置的温度。
49.进一步优化方案，两端面层6对应的面开设有定位波纹13，连接层7、第一保护层8和第二保护层9的两端均开设有相互对应设置的定位波纹13；端面层6、连接层7、第一保护层8和第二保护层9均通过定位波纹13相互嵌合固接。端面层6、连接层7、第一保护层8和第二保护层9相互接触的面均设置有定位波纹13，一是通过起伏的定位波纹13进行定位，只有定位准确才能严丝合缝的叠加到一起，防止端面层6、连接层7、第一保护层8和第二保护层9在安装时错位导致的结合不稳定；二是通过设置定位波纹13，拉长了结合面的线条长度，使相邻的结构的接触面积更大，等到融化后发生分离扩散运动，结合面更加牢固；三是各层的接触面呈起伏的波纹性，减少了在高压封装过程中各层之间的相对滑移，防止外壳内产生空洞，降低结合强度，同时还能防止滑移对测温元件1和导线2的挤压问题。
50.进一步优化方案，封装外壳4使用封装模具5进行封装；封装模具5包括上下对应设置的上模箱14和下模箱15，上模箱14和下模箱15相对的端面分别开设有上模腔16和下模腔17，上模腔16和下模腔17的组合与封装外壳4相适配；上模箱14于下模箱15之间设置有定位组件；上模箱14的顶面开设有若干与贯穿钉10相适配的通孔18，通孔18连通上模腔16。上模箱14和下模箱15对称设置，从封装模具5的中心位置分开，便于放入封装外壳4的材料和测温元件1，同时也方便将测温元件1定位到温度传感器的中心位置；使用时先将端面层6、连接层7、第一保护层8和第二保护层9压入下模腔17内，使定位波纹13上下相互嵌合，然后将测温元件1和导线2电性连接，在导线2外套上保护套3，在将测温元件1和导线2分别插入为测温元件1开设的第一凹槽25和通槽27，导线2嵌设进第二凹槽26内；在用相同的顺序在上模腔16内压入端面层6、连接层7、第一保护层8和第二保护层9，在将上模箱14扣在下模箱15内，通过定位组件进行定位。最后在通孔18内插入贯穿钉10，再将封装模具5放到封装装置上进行加温加压封装。
51.进一步的，上模箱14和下模箱15的侧壁分别开设有用于穿出导线2的溢流孔21，同时溢流孔21也用于加压过程中将多余的封装材料挤出封装模具5。
52.进一步的，封装装置包括用于安装封装模具5的固定平台22，固定平台22的顶端设置有用于施压的压头23和用于钉入贯穿钉10的钉头24；使用时，将上模箱14和下模箱15对准后，用定位组件进行定位，然后将其固定在固定平台22生，压头23压在上模箱14的顶面，钉头24压在贯穿钉10的顶面；然后对封装模具5升温，使封装外壳4的材料进行粘稠的融化状态，此时启动钉头24将贯穿钉10钉入封装模具5内，钉入后钉头24升起，然后通过压头23对封装模具5施压，同时还在此进行升温，使贯穿钉10融化，保持温度，继续施压，将压力加压到设定压力，直到上模箱14与下模箱15对应的端面接触抵接，在此过程中，多余的封装外壳4材料从溢流孔21与导线2的缝隙流出，也有部分从上模箱14顶端的通孔18流出。
53.进一步优化方案，定位组件包括开设在下模箱15侧壁的榫槽19，榫槽19纵向开设；定位组件还包括固接在上模箱14底端的插榫20，插榫20与榫槽19对应设置；插榫20与榫槽19滑动接触。当通过压头23对上模箱14施压时，上模箱14下降，下降时由于插榫20与榫槽19的限制，并不会发生偏移，使最终生成的温度传感器外表不存在挫痕。
54.进一步优化方案，保护套3为热缩套管。导线2外的保护套3为热缩套管，当温度升高时，保护套3收缩包裹在导线2外，对导线2进行保护，同时也防止导线2漏电导致的测温不准确。
55.大型发电机组高温高压成型定子温度传感器制造方法，包括以下制作步骤：
56.a、选取封装模具5；根据设计需求选取尺寸和是的封装模具5，封装模具5分成对称的上模箱14和下模箱15，封装模具5内的空腔与设计需求的温度传感器对应。
57.b、预处理封装外壳4材料；根据设计需求将封装外壳4的材料切分成若干层，形成端面层6、连接层7、第一保护层8和第二保护层9，相邻的层结构之间设置对应的定位波纹13；并在第一保护层8上开设与测温元件1对应的第一凹槽25，在第二保护层9上开设与测温元件1对应的通槽27和与导线2对应的第二凹槽26；连接层7、第一保护层8和第二保护层9的层数根据设计需要进行调节，层结构越薄，结合越紧密，但是制作成本越高，切分的难度越大。
58.c、传感器组装；将测温元件1与导线2进行连接，并在导线2外套上保护套3；再将端
面层6、连接层7、第一保护层8和第二保护层9依次压入下模腔17内，使定位波纹13上下相互嵌合，然后将测温元件1和导线2电性连接，在导线2外套上保护套3，在将测温元件1和导线2分别插入为测温元件1开设的第一凹槽25和通槽27，导线2嵌设进第二凹槽26内；在用相同的顺序在上模腔16内压入端面层6、连接层7、第一保护层8和第二保护层9，在将上模箱14扣在下模箱15内，通过定位组件进行定位；最后在通孔18内插入贯穿钉10。
59.d、传感器封装；将组装好的封装模具5装夹到固定平台22上，压头23压在上模箱14的顶面，钉头24压在贯穿钉10的顶面；对封装模具5升温预热，使封装外壳4的材料进行粘稠的融化状态，此时启动钉头24将贯穿钉10钉入封装模具5内，钉入后钉头24升起，然后通过压头23对封装模具5施压，同时还在此进行升温，使贯穿钉10融化，保持温度，继续施压，将压力加压到设定压力，使上模箱14在榫槽19和插榫20的限位下向下移，直到上模箱14与下模箱15对应的端面接触抵接，在此过程中，多余的封装外壳4材料从溢流孔21与导线2的缝隙流出，也有部分从上模箱14顶端的通孔18流出。
60.保温保压一段时间后停止保温保压，使封装模具5和内部压制成型的温度传感器降温，最后脱模；脱模后将温度传感器的边缘打磨光滑，并进行测温试验。
61.本实施例中，封装装置选用2400吨高温、高压成型热压机；封装预热过程中，预热温度120℃、压力1mpa，预热时间1h-2h；保温保压的过程中，温度为160～170℃、压力4mpa，保温保压时间2h-4h；脱模的温度不高于50℃；在将切片的封装外壳4材料装入封装模具5时，封装模具5的内腔涂抹3-5次的脱模剂，方便脱模。
62.本发明结构简单、制造方便，制作过程高温高压压模一次成型，整体性好，稳定性高，测量数据准确，使用寿命长；同时便于进行流水化生产，生产效率高、质量控制方便没生产效益好。
63.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
64.以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。