ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ
TEMPERATURE SENSOR

Изобретение предназначено для непрерывного измерения и регистрации температуры наружной поверхности труб, расположенных в местах, не позволяющих производить непосредственные замеры, например, в подземных коммуникациях.
Известен датчик температуры, который состоит из основания и крышки, образуя корпус и внутри которого на основании расположен чувствительный элемент, закрытый пластиной. Основание и крышка, соединенные между собой, образуют герметичную полость и имеют одну общую ось, перпендикулярную оси трубы, вдоль которой расположен кабельный ввод с элементами фиксации и герметизации. Датчик закрывается от внешней среды кожухом. Соединительный кабель выполнен на основе стандартного многожильного кабеля из электрических проводов, подсоединенных к чувствительному элементу. Датчик температуры устанавливается на трубе при помощи клея. При этом основание предполагает наличие только трех градаций по радиусу кривизны относительно диаметра трубы. См Технический паспорт, MMG Automatika Muvek, Budapest III., Szervolgyi ut 41. Недостатками указанного датчика являются наличие только трех градаций по радиусу кривизны относительно диаметра трубы, что приводит к большой погрешности измерения температуры наружных поверхностей труб, чьи диаметры находятся между пределами градации. Место входа соединительного кабеля в корпус сверху может привести к разгерметизации корпуса из-за меняющихся климатических условий и преждевременному выходу из строя датчика температуры. Использование соединительного кабеля без механической защиты может привести к нарушению его целостности при монтаже и эксплуатации при подвижках грунта и преждевременному выходу из строя. Датчик температуры располагает только одним чувствительным элементом и, таким образом имеется только один измерительный канал. Поэтому при выходе чувствительного элемента из строя, выйдет из строя и датчик температуры, установленный на трубе под землей. У рассматриваемого датчика не предусмотрена электроизоляция корпуса датчика от электрического потенциала, существующего на поверхности трубы.
Наиболее близким к заявляемому, и взятым за прототип, является датчик температуры состоящий из основания, чувствительного элемента, корпуса с крышкой внутри которого расположена кассета формы ступенчатого полнотелого цилиндра с несколькими вертикальными сквозными отверстиями для чувствительных элементов, кабельного вывода с элементами фиксации и герметизации и изоляционного кожуха. Корпус представляет собой стакан с глухим тонким ступенчатым дном, а прямоугольное основание имеет сверху центральное глухое углубление, соответствующее диаметру и глубине ступенчатого дна корпуса и они состыкованы разъемным соединением. Снизу съемное основание имеет кривизну R, соответствующую радиусу поверхности трубы. Кабельный вывод расположен параллельно образующей прямой линии поверхности основания и состоит из штуцера и соединительного кабеля, включающего электрические провода внутри металлической трубки, и оцинкованного металлорукава. См. описание к патенту RU №2215271, опубликованное 27.10.2003., бюл. №30. Данный датчик позволяет повысить точность измерения и надежность работы, увеличить срок службы, а также уменьшить массово-габаритные характеристики. Однако у рассматриваемого датчика достаточно большие габариты, что не позволяет эффективно использовать на трубах малого диаметра, например, диаметром менее 100.0 мм.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности измерения и регистрации температуры наружной поверхности трубы, повышение надежности работы датчика температуры, а также увеличение срока его службы сокращение сроков изготовления и сборки.
Ожидаемый технический результат заключается в снижении комплектующих и массогабаритных характеристик, а также сокращение сроков изготовления и сборки.
Это достигается тем, что датчик температуры, состоящий из корпуса с крышкой и отверстием для кабельного вывода, между которыми внутри, расположена кассета в виде полнотелого цилиндра с несколькими сквозными отверстиями для чувствительных элементов поджатая гайкой, а одна из внешних сторон корпуса выполнена прямоугольной и является составной частью плоского основания, продольно которому расположены, совпадающие продольные оси внутреннего рабочего диаметра корпуса и полнотелого цилиндра кассеты и при установке и измерении расположены параллельно продольной осевой линии трубопровода, при этом корпус и кассета выполнены из высокотеплопроводных материалов.
На фиг.1 представлен общий вид датчика температуры в разрезе.
На фиг.2 - сечение А-А.
Датчик температуры состоит из корпуса 1 с крышкой 2, основания 3 (см. фиг.2), кассеты 4 (см. фиг.1) с чувствительными элементами 5, и кабельного вывода 6. Кассета 4 имеет форму полнотелого цилиндра и поджата гайкой 7. Внутренний рабочий диаметр корпуса 1 соответствует наружному диаметру полнотелого цилиндра кассеты 4, продольные оси которых совпадают, а при установке и измерении расположены параллельно продольной осевой линии трубопровода. Параллельно этим осевым линиям кассета 4 имеет несколько сквозных отверстий 8 (на фиг.2 их показано четыре), в которых располагаются чувствительные элементы 5. Причем перенос тепла внутри чувствительного элемента осуществляется перпендикулярно оси сквозных отверстий по всей длине почти мгновенно из-за малого диаметра чувствительных элементов 5 и изготовления кассеты 4 и корпуса 1 из быстропроводящих тепло материалов.
Корпус 1 выполнен в виде гильзы со сквозным ступенчатым отверстием внутри. С одной стороны сквозное ступенчатое отверстие на конце заканчивается круглым отверстием 9 (см. фиг.1) для кабельного вывода 6, а с другой стороны отверстием под крышку 2, между которыми имеется расточка по длине кассеты с буртиком 10 и резьбовым отверстием 11 для ее крепления гайкой 7. Внешняя форма корпуса 1 характеризуется перпендикулярным сечением и может иметь периметр разнообразной формы. В нашем случае, для изготовления корпуса 1 был выбран профиль в виде прутка прямоугольного сечения.
Изготовление и сборка датчика температуры осуществляются следующим образом. Корпус 1, крышка 2 основание 3 изготавливаются из никелевого сплава, например, 12Х18Н10Т. Кассета 4 изготавливается из высокотеплопроводного материала, например, алюминиевого сплава Д16.
Основание 3 образовано за счет установленных с двух сторон снизу корпуса 1 двух пластин 12 прямоугольного сечения с отверстиями 13 (по два на каждой пластине см. фиг.1) и нижней поверхности корпуса 1, образующих снизу одну горизонтальную плоскость.
Корпус 1 был изготовлен из прутка высокотеплопроводного материала прямоугольного сечения 25×25 мм и длиной 81.5 мм, два смежных угла которых могут быть закруглены или скошены. С одной стороны торца вдоль продольной осевой линии высверливается отверстие 9 диаметром Ф=10.0 мм и наружной проточкой делается буртик диаметром Ф=14.0 мм и длиной 1,5 мм под установку и крепление кабельного вывода 6. Затем с другой стороны высверливается отверстие диаметром Ф=19.5 мм и длиной 75.0 мм, получая тем самым сквозное отверстие вдоль единой продольной осевой линии. Потом с этой стороны отверстие диаметром Ф=19.5 мм растачивают под диаметр Ф=20.7 мм длиной 63.5 мм с образованием буртика 10 для установки до упора кассеты 4. Затем делается проточка диаметром Ф=23.0 мм и длиной 4.5 мм, под установку крышки 2 и отверстие под нарезание резьбы М22×1 для крепления кассеты 4 и фиксации ее в корпусе 1 гайкой 7. После с двух сторон снизу корпуса 1 к двум смежным углам при помощи сварки устанавливают пластины прямоугольного сечения 6×10 мм и длиной 50.0 мм, образуя снизу одну горизонтальную плоскость. Противоположные смежные углы могут быть скошены или выполнены по радиусу.
Кассета 4 имеет сквозные продольные отверстия 8 для установки в нее чувствительных элементов 5 и она имеет еще одно дополнительное сквозное отверстие 8, образующее общую воздушную полость внутри корпуса 1 со стороны гайки 7. Поэтому гайка 7 с наружной резьбой М22×1 имеет сквозное отверстие с диаметром, превышающее расстояние между двумя отверстиями 8, расположенными по разные стороны продольной оси сквозного отверстия корпуса 1. При этом кассета 4 устанавливается таким образом, что бы один или два чувствительных элемента располагались как можно ближе к нижней горизонтальной плоскости основания 3. Крепление кассеты 4 и фиксации ее в корпусе 1 гайкой 7 производится после установки в нее чувствительных элементов 5.
Чувствительный элемент 5 или несколько чувствительных элементов 5 оборачивают изоляционной пленкой внахлест, обмазывают клеем и вставляют их в отверстия 8 кассеты. Гайкой 7 производится ее крепление и фиксация в корпусе 1. После чего корпус 1 закрывается крышкой 2.
При установке датчика температуры на трубы разного диаметра используются специальные подкладки 14 (см. фиг.2) с разным диаметром кривизны, соответствующим диаметру конкретной трубы. Подкладка 14 устанавливается к основанию 3 при помощи винтов, проходящих через отверстия 13 с блокировкой электрического контакта с помощью изоляционных втулок и прокладки между ними и основанием 3, т.к. трубы, как правило, находятся под небольшим электрическим потенциалом для предотвращения электрохимической коррозии трубы.
Датчик температуры работает следующим образом. Тепло от трубы через прокладку 14 (если труба круглого сечения), основание 3, кассету 4 поступает к чувствительным элементам 5. Изменение температуры трубы от 0 до 50°C приводит к изменению сопротивления чувствительного элемента ≈21.0 Ом. Указанная мера измерения сопротивления служит мерой измерения температуры трубы и регистрируется на поверхности вторичным преобразователем.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить точность измерения и регистрации температуры наружной поверхности трубы, а также надежность работы датчика температуры. Увеличить срок его службы.
Позволят использовать их на трубах малого диаметра с высоким быстродействием и малой статической погрешностью измерения и регистрации температуры, а также с меньшими массогабаритными характеристиками.