ЗОНД КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Настоящая полезная модель относится к теплофизическому устройству - зонду контроля температуры и уровня (ЗКТУ) дискретного типа, которое может использоваться для контроля уровня воды, водных растворов и жидкостей, не агрессивных к материалу наружной оболочки чувствительного элемента (ЧЭ) зонда. Особенность предлагаемой полезной модели заключается в применении в качестве чувствительного элемента, например, специализированного высокотехнологичного кабеля комбинированного с минеральной изоляцией с чередованием вида термопарного сплава.
Известен датчик температуры и уровня (ДТУ) воды в бассейне выдержки, включающий защитный цилиндрический корпус, внутри которого равномерно расположены сборки детекторов, состоящие из кабельных нагреваемых термопар и нагревателей, находящихся в тепловом контакте друг с другом. Их тепловой контакт обеспечивается посредством заполнения зазоров оксидом магния. Сборки детекторов проходят через отверстия решеток, расположенных на заданном расстоянии друг от друга по высоте корпуса датчик температуры и уровня. Решетки обеспечивают пространственную фиксацию сборок детекторов в корпусе, а также свободный проход жидкости через соответствующие отверстия в решетках. В корпусе датчика температуры и уровня по высоте выполнены отверстия для сообщения с окружающей средой (JP 2013007721 (А), кл. G01F 23/22; G01K 7/02. 2013).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является зонд контроля температуры и уровня (ЗКТУ) жидкости в бассейне выдержки отработанного ядерного топлива, включающий защитный цилиндрический корпус, внутри которого равномерно распределены сборки детекторов (СД), состоящие из кабельных нагреваемых термопар (НТ) и нагревателей, находящихся в тепловом контакте друг с другом и вмонтированных в тонкие трубы, решетки для пространственной фиксации СД, внутри корпуса дополнительно размещены СД, содержащие референтные термопары (РТ), СД с РТ размещены в центре корпуса, а СД с НТ размещены по окружности вокруг СД с РТ, в СД с НТ вместе с нагревателем прикреплены к корпусу посредством металлического припоя, СД с РТ размещаются в корпусе ниже СД с НТ, пара термопар НТ и РТ образует чувствительные элементы (ЧЭ), при этом указанные термопары расположены в разных СД. (RU 145470 U1; G01F 23/22)
Недостатком указанных ДТУ и ЗКТУ является наличие нескольких сборок детекторов. В одной сборке располагаются нагреваемые термопары вместе с нагревателем, а в другой сборке - ненагреваемые термопары.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности, экономичности, надежности и замены нескольких сборок детекторов одним чувсвтвительным элементом (ЧЭ), позволяющим фиксировать гораздо большее число точек контроля уровня, имея минимальное количество линий связи до измерительной аппаратуры. Указанный технический результат достигается за счет применения в структуре кабеля одной или нескольких многозонных термопар (МТП) представляющих собой цепочки электрически соединенных отрезков проволок из термопарных сплавов с последовательным попарным чередованием вида термопарного сплава. Места рабочих спаев МТП подогреваются электронагревателем и находятся в тепловом контакте с оболочкой ЧЭ образуя зоны, чувствительные к наличию жидкости. Наличие нескольких МТП с несколькими чувствительными зонами по высоте, находящимися в одной оболочке ЧЭ, реализует дискретный датчик уровня жидкости. При включенном нагреве рабочие спаи МТП, находящиеся ниже уровня жидкости, имеют более низкую температуру, чем спаи, находящиеся выше уровня жидкости из-за повышенной теплоотдачи в воде. В результате на свободных концах МТП появляется термоэдс. При повышении уровня жидкости сигнал МТП последовательно меняет знак с (+) на (-), затем с (-) на (+), опять с (+) на (-) и т.д. по мере перемещения границы раздела фаз (уровня жидкости) вдоль цепочки рабочих спаев. При снижении уровня сигнал изменяется в обратном порядке. Группа из нескольких МТП, у которых шаг между спаями имеет заданную последовательность, реализует структуру, выдающую уникальный логический код, соответствующий положению уровня. Декодирование такого сигнала не представляет проблемы для современной аппаратуры.
Применение кодирования логическим кодом положения уровня жидкости позволяет существенно сократить число проводников линии связи по сравнению с аналогичными датчиками уровня, использующими обычные или дифференциальные термопары. За счет этого удается снизить диаметр ЧЭ, уменьшить шаг дискретизации и соответственно улучшить точность.
Внутри корпуса также размещена дифференциальная термопара (ДТП) по показаниям термоэдс, которой определяется наличие жидкости в нижней части ЗКТУ и производится правильная интерпретация сигналов МТП в аппаратуре. Наличие ДТП позволяет использовать зонд контроля температуры и уровня в сухом помещении, которое в дальнейшем может быть заполнено жидкостью, например в баках-приямках запаса борной кислоты на АЭС.
Конструкция ЧЭ с использованием кабеля комбинированного с минеральной изоляцией с чередованием вида термопарного сплава позволяет технологически снизить его диаметр и соответственно дополнительно улучшить точность. Снижение диаметра датчика уменьшает площадь теплоотдачи нагреваемого участка, что обеспечивает тот же температурный перепад при меньшей мощности нагревателя, чем улучшает экономичность.
Улучшение надежности теплофизического датчика уровня ЗКТУ достигается за счет простоты и технологичности конструкции, а также за счет снижения числа сигнальных проводов в линии связи. Кроме того, в конструкции кабеля применен экран (внутренняя оболочка), защищающий термопары от помех разного вида со стороны электронагревателя.
1. Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
2. Сущность полезной модели поясняется чертежом, описанием конструкции и функционирования.
На фигуре 1 и фигуре 2 представлены соответственно развернутый продольный и поперечный разрезы заявляемого согласно полезной модели зонда контроля температуры и уровня жидкости, где
корпус (1) ЗКТУ, чувствительный элемент (ЧЭ) (2) ЗКТУ, оболочка (3) чувствительного элемента ЗКТУ, многозонные термопары (МТП) (4), дифференциальная термопара (ДТП) (5), холодные спаи (6) ТП и МТП, электронагреватель (7), термостат (8).