ИНДУКТИВНЫЙ (ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ) ПЕРВИЧНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗАДАННОГО ЗНАЧЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве первичного измерительного преобразователя заданного значения температуры.
Известен первичный измерительный преобразователь температуры, содержащий корпус, разделенный теплоизолирующей прокладкой на две полости, в одной из которых закреплен геркон (магнитоуправляемый контакт), а в другой - термочувствительный элемент из ферромагнитного материала с заданной точкой Кюри и постоянный магнит, корпус выполнен из теплопроводного немагнитного материала, на дне корпуса закреплен постоянный магнит, на полюса которого неподвижно установлены в качестве термочувствительного элемента и магнитопровода полюсные наконечники, направленные в сторону геркона и выполненные из феррита с заданной точкой Кюри, например марки 3000 НМ с точкой Кюри 140°C, взаимодействующие магнитным потоком с контактной системой геркона при температуре ниже точки Кюри. [ППМ №90197 RU, МПК G01K 7/38. Сигнализатор температуры / Атлас М.Б. - №2009131359/22; Заявлено 17.08.2009; Опубл. 27.12.2009. Бюл. №36].
Недостатком известного устройства является наличие подвижных элементов, что снижает ресурс и точность фиксации заданного значения температуры.
Известен первичный измерительный преобразователь температуры многоразового действия, содержащий теплопроводный корпус, термочувствительный элемент из ферромагнитного материала с заданной точкой Кюри, постоянный магнит и контактную систему, например в виде микропереключателя или геркона, термочувствительный элемент выполнен в виде полого цилиндра из феррита и закреплен торцом на дне теплопроводного корпуса, на другой торец цилиндра свободно установлен постоянный магнит, внутри цилиндра помещена пружина с опорой на постоянный магнит, а над магнитом закреплена контактная система, взаимодействующая с магнитом при температуре феррита выше точки Кюри. [ППМ №85645 RU, МПК G01K 7/38. Сигнализатор температуры / Атлас М.Б. - №2009100771/22; Заявлено 11.01.2009; Опубл. 10.08.2009. Бюл. №22].
Недостатком известного устройства является наличие подвижных элементов, что снижает ресурс и точность фиксации заданного значения температуры.
Известен индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения, содержащий обмотки и перемещающийся индуктор, установленный внутри соосно обмоткам, имеющий хотя бы один магнитопроводящий участок, дополнительно введена кольцеобразная электропроводящая немагнитопроводящая перекрывающая магнитные потоки обмоток вставка, имеющая хотя бы один сквозной разрез, например радиальный, по обеим сторонам которой расположены обмотки [ППМ 95101 RU, МПК G01B 7/14. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения / Шаронов Г.И., Шаманов Р.С., Чураков ПЛ., Шибаков В.Г., Жарин Д.Е. - №2010109016/22; Заявлено 12.03.10; Опубл. 10.06.10. Бюл. №16].
Недостатком известного устройства является невозможность определения заданного значения температуры.
Заявляемая полезная модель направлена на повышение точности контроля заданного значения температуры.
Указанная задача достигается тем, что индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь заданного значения температуры содержит обмотки, магнитопроводящий индуктор или немагнитопроводящий индуктор, имеющий на внешней цилиндрической поверхности магнитопроводящий участок, установленный внутри соосно обмоткам, расположенным по обеим сторонам кольцеобразной электропроводящей немагнитопроводящей перекрывающей магнитные потоки обмоток вставки, имеющей, хотя бы один, сквозной разрез, например радиальный. Новизна заключается в том, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок немагнитопроводящего теплопроводящего индуктора выполнен из материала с заданной точкой Кюри и установлен в зоне обмоток, разделенных электропроводящей диамагнитной вставкой.
Как вариант исполнения, возможно, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок индуктора выполнен из метатита-ната бария с точкой Кюри +100°.
Как вариант исполнения, возможно, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок индуктора выполнен из гадолиния с точкой Кюри +16°C.
Как вариант исполнения, возможно, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок индуктора выполнен из сплава Гейслера (61% Cu, 26% Mn, 13% Al) с точкой Кюри +330°C.
Как вариант исполнения, возможно, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок индуктора выполнен из MnP с точкой Кюри +25°C.
Магнитопроводящий участок индуктора, выполненный из материала с заданной точкой Кюри, позволяет точно фиксировать переход температуры контролируемого объекта через точку Кюри.
При различных вариантах исполнения индуктивный чувствительный элемент посредством теплопроводящего индуктора, связанного с контролируемым объектом, обеспечивает получение информации о нахождении температуры контролируемого объекта в заданной области.
На фиг. 1, фиг. 2 приведен первичный измерительный преобразователь заданного значения температуры в объеме независимого пункта 1 формулы полезной модели. На фиг. 3, фиг. 4 приведена конструкция электропроводящей диамагнитной вставки. На фиг. 5 и фиг. 6 раскрыты варианты конструкции индуктора. На фиг. 7 - фиг. 11 приведены электрические схемы измерительных цепей в зависимости от температуры индуктора.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.
Чувствительный элемент на фиг. 1 индуктивного (трансформаторного) первичного измерительного преобразователя заданного значения температуры содержит обмотки 3, магнитопроводящий индуктор 1 или немагнитопроводящий индуктор 1, имеющий на внешней цилиндрической поверхности магнитопроводящий участок, установленный внутри соосно обмоткам 3, расположенным по обеим сторонам кольцеобразной электропроводящей немагнитопроводящей перекрывающей магнитные потоки обмоток вставки 2, имеющей, хотя бы один, сквозной разрез, например радиальный. Магнитопроводящий индуктор 1 или магнитопроводящий участок немагнитопроводящего теплопроводящего индуктора 1 выполнен из материала с заданной точкой Кюри и установлен в зоне обмоток 3, разделенных электропроводящей диамагнитной вставкой 2.
Чувствительный элемент на фиг. 2 трансформаторного первичного измерительного преобразователя заданного значения температуры содержит первичные обмотки 3 и вторичные обмотки 4, магнитопроводящий индуктор 1 или немагнитопроводящий индуктор 1, имеющий на внешней цилиндрической поверхности магнитопроводящий участок, установленный внутри соосно обмоткам 3 и 4, расположенным по обеим сторонам кольцеобразной электропроводящей немагнитопроводящей перекрывающей магнитные потоки обмоток 3 вставки 2, имеющей, хотя бы один, сквозной разрез, например радиальный. Магнитопроводящий индуктор 1 или магнитопроводящий участок немагнитопроводящего теплопроводящего индуктора 1 выполнен из материала с заданной точкой Кюри и установлен в зоне обмоток, разделенных электропроводящей диамагнитной вставкой 2.
Индуктор 1 на фиг. 5 содержит магнитопроводящий участок 5 с заданной точкой Кюри и немагнитопроводящий теплопроводящий участок 6.
Индуктор 1 на фиг. 6 представляет собой немагнитопроводящий теплопроводящий стержень 6, имеющий на внешней цилиндрической поверхности магнитопроводящий участок 5 с заданной точкой Кюри.
Чувствительный элемент индуктивного типа на фиг. 1 работает следующим образом.
01
01
01
01
При подаче на обмотки 3 чувствительного элемента гармонического или импульсного сигнала, когда в зоне диамагнитной электропроводящей вставки 2 находится термомагнитный участок 5 индуктора 1 при температуре выше точки Кюри, магнитные потоки обмоток 3 не взаимодействуют, наводя ЭДС в диамагнитной электропроводящей вставке 2. Электрическая схема измерительной цепи представлена на фиг. 7, где 9 - образцовое сопротивление, 10 - индуктивность диамагнитной электропроводящей вставки 2; 11 - внутреннее электрическое сопротивление вставки 2 (R ~ 0). Таким образом, когда в зоне диамагнитной вставки 2 находится термомагнитный участок 5 индуктора 1 при температуре выше точки Кюри, обмотки 3 чувствительного элемента и диамагнитная вставка 2 работают как трансформаторы в режиме короткого замыкания. В таком режиме практически вся энергия магнитного поля обмоток 3 передается на электропроводящую диамагнитную вставку 2, где преобразуется в токи Фуко. При этом индуктивность обмоток 3 L стремиться к нулю. Их комплексное сопротивление Z равно Z=jωL+r, (где ω - частота напряжения питания; r - активное сопротивление обмоток), которое так же мало. Такой режим работы чувствительного элемента можно заменить схемой, которая представлена на фиг. 8. В которой сопротивление элемента 12 эквивалентно параллельному включению активного сопротивления обмоток 3 и внутреннего сопротивления диамагнитной электропроводящей вставки 2. Таким образом, когда в зоне диамагнитной вставки 2 находится термомагнитный участок 5 индуктора 1 при температуре выше точки Кюри, комплексное сопротивление чувствительного элемента мало, а. следовательно, и падение напряжения на нем также имеет небольшое значение.
При понижении температуры индуктора 1, связанного с контролируемым объектом, когда в зоне диамагнитной вставки 2 находится термомагнитный участок 5 индуктора 1 при температуре ниже точки Кюри, основная часть магнитных потоков, направленных встречно замыкается через индуктор 1 и воздушный промежуток между обмотками 3. Эквивалентная схема такого режима работы представлена на фиг. 9. При этом суммарный магнитны поток резко уменьшается, потери энергии также уменьшаются и ими можно пренебречь. Индуктивность чувствительного элемента становится равна
02
1
2
1
2
L=L+L-µLL,
1
2
где L, L - индуктивности соответственно первой и второй обмоток 3 чувствительного элемента.
Сопротивление чувствительного элемента
02
1
2
1
2
1
2
Z=jω(L+L-µLL)+r+r
1
2
1
2
02
01
В данном случае (L+L) много больше, чем µLL, а следовательно Z много больше, чем Z, что соответствует большему падению напряжения на чувствительном элементе, когда в зоне диамагнитной вставки 2 находится термомагнитный участок 5 индуктора 1 при температуре ниже точки Кюри.
Таким образом, контролируя падение напряжения на чувствительном элементе, например, с помощью делителя напряжения на индуктивном и резистивном элементах, можно получать однозначную информацию о том, в какой заданной зоне температур находится термомагнитный участок 5 индуктора 1.
Чувствительный элемент трансформаторного типа на фиг. 2 работает следующим образом.
При подаче на первичные обмотки 3 чувствительного элемента гармонического или импульсного сигнала, когда в зоне диамагнитной электропроводящей вставки 2 находится термомагнитный участок 5 индуктора 1 при температуре выше точки Кюри, магнитные потоки обмоток 3 и 4 не взаимодействуют, наводя ЭДС в диамагнитной электропроводящей вставке 2, при этом практически вся энергия магнитного поля обмоток трансформируется в диамагнитную электропроводящую вставку 2, где преобразуется в токи Фуко. Электрическая схема измерительной цепи представлена на фиг. 10, где 10 - индуктивность диамагнитной электропроводящей вставки 2; 11 - внутреннее электрическое сопротивление вставки 2 (R ~ 0). Таким образом, когда в зоне диамагнитной вставки 2 находится термомагнитный участок 5 индуктора 1 при температуре выше точки Кюри, обмотки 3 чувствительного элемента и диамагнитная вставка 2 работают как трансформаторы в режиме короткого замыкания. При этом ЭДС индукции, наводимая во вторичных обмотках 4, имеет небольшое значение.
При понижении температуры теплопроводящего индуктора 1, связанного с контролируемым объектом, когда в зоне диамагнитной вставки 2 находится термомагнитный участок 5 индуктора 1 при температуре ниже точки Кюри, основная часть магнитных потоков, направленных встречно замыкается через термомагнитный участок 5 индуктора 1 и воздушный промежуток между обмотками 3 и 4. Диамагнитная вставка 2 шунтируется индуктором 1, т.е. магнитный поток замыкается не на диэлектрическую диамагнитную вставку 2, а через термомагнитный участок 5 индуктора 1. Электрическая схема измерительной цепи представлена на фиг. 11. При этом потери энергии резко уменьшаются, а ЭДС индукции, наводимая во вторичных обмотках 4, увеличивается.
Таким образом, контролируя напряжение, наводимое во вторичных обмотках 4 чувствительного элемента, можно получать однозначную информацию о том, в какой заданной зоне температур находится термомагнитный участок 5 индуктора 1.
Изменяя положение индуктора 1, имеющего несколько термомагнитных участков 5 с требуемыми точками Кюри, путем введения одного из них в зону обмоток 3 (3, 4), разделенных электропроводящей немагнитопроводящей вставкой 2, задают зону контролируемой температуры.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой полезной модели следующей совокупности условий:
- средство, выполняющее заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в измерительной технике;
- для заявленной полезной модели в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте формулы, подтверждена возможность ее осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию "промышленная применимость".