УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА

Предлагаемое устройство относится к устройствам для измерения температуры поверхности нагреваемого объекта и может быть использовано для замера температуры при проведении исследовательских или промышленных работ.
Сварка термопластов производится в узком температурном диапазоне. При перегреве термопласт переходит в вязко-текучее состояние, поэтому для таких материалов требуется точное соблюдение теплового режима сварки.
Известно устройство для измерения термопарами температуры между плоскими твердыми телами (см. описание к патенту на полезную модель RU №117618 U1, МПК G01K 7/02, заявленная 10.01.2012 г.). Это устройство для измерения термопарами температуры в многослойной плоскопараллельной стенке, включающее слой исследуемого материала, расположенного между металлическими пластинами, с встроенными в них термопарами, металлические пластины установлены между слоями многослойной плоскопараллельной стенки, каждая металлическая пластина выполнена с прорезью, доведенной до центральной части поверхности слоя, при этом термопара уперта в конец прорези. Недостатком данного устройства является сложность изготовления металлических плоских пластин с прорезью для установки термопар и установки этих пластин между исследуемыми материалами, что повышает затраты. Кроме того термопара чувствительного элемента контактирует с поверхностью объекта не непосредственно, а через железо, что повышает инертность и увеличивает погрешность измерения температуры термопарой.
Известно также устройство для измерения температуры среды и поверхности (см. описание к Патенту на полезную модель RU №90555 U1, МПК G01K 7/02, заявленное 27.08.2009 г.). Устройство для измерения температуры среды и поверхности содержит корпус, в котором расположены два термоэлектрода, образующие термопару с рабочим спаем, в котором спай выполнен впаиванием термоэлектродов в промежуточный материал, наружная поверхность которого контактирует с корпусом. Основным недостатком этого устройства является то, что рабочий спай выполнен впаиванием отдельно каждого термоэлектрода в промежуточный металл, тем самым возникает термоэлектрическая неоднородность в проводниках.
Известно устройство термопары для измерения пульсации поверхностных температур в металлической стенке (см. описание к полезной модели RU №31445 U1, МПК G01K 5/16, заявленное 05.05.2003 г.). Данная термопара предназначена для измерения пульсаций поверхностных температур в металлической стенке, включающая два термоэлектрода из разнородных металлов или сплавов, отличающаяся тем, что один из термоэлектродов представляет исследуемую поверхность стенки, а второй, подведенный через отверстие в стенке к измеряемой поверхности, электрически изолирован от стенки, причем конец второго электрода на одном уровне с измеряемой поверхностью покрыт вместе с изоляцией и измеряемой поверхностью тонким слоем материала второго электрода. Недостатком этой термопары является то, что при измерении температуры поверхности покрытия, не содержащих место выхода второго электрода, вызывают появление термо-ЭДС, что вызывает погрешность измерения температуры.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является известное устройство для измерения температуры в зоне сварки (см. описание к Патенту RU №2389985 С1, МПК G01K 7/02, заявленное 30.04.2009 г.). Способ включает установку термопар, зажатие изделий в губках и нагрев изделия проходящим током, измерение температуры производят термопарами, которые устанавливают в каналах, параллельных к поверхности изделия губок, спай термопар поджимают в процессе замера к поверхности изделия через калиброванное отверстие в дне канала, перпендикулярного к поверхности изделия, в сторону изделия, пружиной с изолирующей прокладкой или винтом с возможностью внедрения его в тело изделия при зажатии губками, при этом после установки выводов термопар каналы, параллельные поверхностям губок и изделию, заполняют огнеупорной быстротвердеющей смесью маршалита с гидролизованным этилсиликатом.
К недостаткам этого устройства следует отнести: изготовление отдельно термопар и их установка; изготовление параллельных к поверхности изделия каналов; изготовление калиброванного отверстия в дне канала перпендикулярного к поверхности изделия; установка пружины, болта, прокладки. Главным недостатком является тот факт, что точность замера температуры недостаточна и не обеспечивает своевременного отключения энергии при достижении заданной температуры
Технической задачей предлагаемой полезной модели является более точное измерение температуры и ее регулирование в процессе сварки. Цель достигается тем, что устройство для измерения температуры поверхности объекта, содержит две термопары с термоэлектродами.
Термоэлектрод первой термопары, изготовленный например из железа, расположен в одной плоскости с термоэлектродом второй термопары, изготовленной например из меди с изоляцией между ними. Термоэлектрод второй термопары, изготовленный например из железа, расположен в одной плоскости с термоэлектродом первой термопары изготовленной например из меди с изоляцией между ними.
Спаи первой и второй термопары соприкасаются непосредственно с поверхностью нагрева.
Термоэлектроды термопар могут в зависимости от объекта нагрева, располагаться в виде квадрата, круга или другой формы.
Заявленное устройство измерения температуры поверхности объекта в зоне сварки поясняется на фиг.1, 2.
На фиг. №1 представлена схема предлагаемого устройства для измерения температуры поверхности объекта при сварке.
На фиг. №2 показана схема сварки пленок из термопласта.
На фиг. №1 обозначено: 1 - термоэлектрод первой термопары, изготовленный, например из железа; 2 - термоэлектрод первой термопары, изготовленный, например из меди; 3 - термоэлектрод второй термопары, изготовленный, например из меди; 4 - термоэлектрод второй термопары, изготовленный, например из железа; 5 - изолятор первой термопары. 6 - изолятор второй термопары; 7 - измерительный спай первой термопары; 8 - измерительный спай второй термопары; 9, 10 - контактные провода первой термопары; 11, 12 - контактные провода второй термопары; 13, 14 - каналыдля проводников.
На фиг. №2 обозначено: 15 - верхняя пленка из термопласта; 16 - нижняя пленка из термопласта; 17 - предлагаемое устройство измерения температуры поверхности объекта; 18 - верхняя прессовая пластина высокочастотной установки; 19 - нижняя прессовая пластина высокочастотной установки; 20 - технологическая пластина изолятор.
Из фиг. №1 видно компактное взаимное расположение термоэлектродов (1, 2, 3, 4) первой и второй термопары с изоляцией (5, 6) между термоэлектродами (1, 2, 3, 4) термопар с указанием контактных проводов (9, 10, 11, 12) термопар и спаев (7, 8) термопар, причем последние имеют выход на поверхность нагрева. На фиг. №1. термоэлектроды (1, 2, 3, 4) расположены в виде квадрата, они могут быть, в зависимости от объекта сварки, круглыми и другой формы. На фиг. №2. представлена схема сварки пленок (15, 16) из термопласта и предлагаемое устройство измерения температуры поверхности объекта (17)
Предлагаемое устройство измерения температуры поверхности объекта действует следующим образом. На нижнюю прессовую пластину (19) высокочастотной установки укладывают технологическую пластину изолятор (20), на нее укладывают нижнюю пленку из термопласта (16), сверху накладывают верхнюю пленку из термопласта (15). Предлагаемое устройство для измерения температуры поверхности объекта (17) закрепляют на верхнюю прессовую пластину (18). Затем верхнюю прессовую пластину (18) с закрепленным предлагаемым сборным электродом для сварки опускают на полимерный материал (15) и (16) до создания плотного контакта поверхности материала предлагаемого устройства измерения температуры поверхности объекта (17) с поверхностью свариваемого материала, причем спаи соприкасаются с поверхностью полимерных материалов (15, 16). После установки и плотного прижатия осуществляется подача высокочастотной энергии, что приводит к разогреву полимерного материала (15, 16). Измерения температуры в зоне сварки производятся спаями термопар, расположенных в одной плоскости, соприкасающихся с поверхностью нагрева. По достижению заданной температуры происходит процесс сварки полимерных материалов, который благодаря регулированию подачи высокочастотной энергии, автоматически поддерживается.
Спаи термопар на свариваемой поверхности размещаются напротив друг друга, по периметру обрабатываемого изделия.
Проведенные испытания показали положительные результаты. Сварка полимерных пленок производилась без их перегрева и деструктивных изменений материалов. Так например, замеры температуры в зоне сварки осуществлялись при сваривании изделий книжно-журнальной продукции на предприятии полиграфической отрасли. Измерения производились при сваривании пленки ПВХ толщиной 0,4 мм на оборудовании модели УЗП 2500. На сегодняшний день измерение температуры в зоне сварки при использовании ВЧ электротермической обработки не осуществляется и контроль процесса ВЧ-сварки осуществляется эмпирически на основе косвенных показателей работы оборудования (анодный ток генератора). Проведенные замеры температуры, используя предлагаемое устройство измерения температуры поверхности объекта в промышленных условиях, позволили определить температуру плавления ПВХ в зоне сварки, и производить своевременное отключение подачи энергии в автоматическом режиме.
Передача данных и отключение производилось при помощи системы автоматического управления на основе микроконтроллера.
Все это позволило уменьшить брак готовой продукции с 18% до 2,5%