Преобразователь термоэлектрический высокотемпературный

При автоматизации технологических процессов существует необходимость изменения температуры и дальнейшая их обработка. Для этого требуются высокоточные, малоинерционные преобразователи, способные выдерживать большие температурные нагрузки в определенных диапазонах.
Полезная модель относится к термометрии, а именно к преобразователям термоэлектрическим (ТП), предназначенным для их установки в приборах контроля температуры в высокотемпературных технологических процессах. В качестве преобразователя термоэлектрического широко используются термопары - дифференциальные устройства, преобразующие тепловую энергию в электрическую.
Полезная модель может быть использована при измерении температуры высокотемпературных процессов в энергетике, металлургии, химической, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности.
Используемые для погружного измерения температуры ТП представляют собой реагирующие устройства, состоящие из чувствительного элемента (ЧЭ) с защитной арматурой (гильзой) внутренних соединительных проводов и внешних выводов, позволяющих осуществить подключение к электрическим измерительным устройствам.
В соответствии с ГОСТ 28537-90 термометрическая гильза является составной частью технологического устройства, отделяющего преобразователи термоэлектрические от измеряемого вещества, защищающая от его действия и обеспечивающая монтаж.
При конструировании ТП принимаются в расчет такие факторы как диапазон измеряемых температур, агрессивные свойства среды, в которой осуществляются измерения, тепловая инерционность и другие. Это влияет на способ соединения термоэлектродов в рабочем спае, изоляцию термоэлектродов, защиту термопары.
В общем случае конструкция ТП представляет собой термоэлектроды, соединенные между собой в рабочий спай. Соединения сваркой, выдерживают более широкий диапазон температуры. Но при этом возможно изменение характеристик металлов вследствие воздействия агрессивной окружающей среды. Может произойти окисление либо взаимная диффузия материалов.
Для увеличения ресурса службы, надежности работы погружаемых ТП при их эксплуатации в условиях высоких температур, в агрессивных средах, необходима хорошая изоляция чувствительного элемента от рабочей среды.
Существует множество конструкций защитной арматуры, которые должны обеспечивать прочностные характеристики ТП в соответствии с условиями их применения.
Известна конструкция гильзы защитной, выполненной в виде детали с глухим отверстием и включающая рабочую (погружную?) часть, монтажный элемент и элемент крепления термометра. При этом выбор материала, из которого изготовлена гильза, зависит от диапазона температуры и химической совместимости со средой, в которой будет функционировать прибор.
Недостатком такой защитной гильзы при измерении высоких температур является, как правило, быстрый ее износ.
Известны ТП, в которых защитные гильзы выполнены из трубки, с защитным слоем сформированным плазменным осаждением керамики (Полезная модель RU №135128, МПК: H01K 7/00, опубл. 27.11.2013 г.).
Известен ТП для высокотемпературных и агрессивных сред, содержащий термочувствительный элемент в виде кабельной термопары и защитную арматуру, выполненную в виде заглушенного с одной стороны металлического чехла, помещенного в соединенный с ним дополнительный чехол из графитсодержащего материала, который в свою очередь помещен в защитный наружный чехол в виде цельнолитой чугунной трубы (Полезная модель RU №100852, МПК: H01L 35/00, опубл. 27.08.2010 г.).
Недостатком данного ТП является часто возникающая необходимость измерения температуры в более широком диапазоне, защитная арматура выполнена составной и места стыковки разрушаются под воздействием агрессивной среды.
В настоящее время для увеличения ресурса работы изделий существует метод улучшения характеристик материалов - технология холодного газодинамического напыления (ХГН). Формирование покрытий методом ХГН осуществляется в результате предварительного ускорения напыляемых частиц до сверхзвуковой скорости и их соударения с материалом-подложкой с последующей пластической деформацией. Применение мелкодисперсных порошков способствует уменьшению объема микрополостей и созданию более однородной структуры, что приводит к повышению коррозионной стойкости, твердости и адгезии покрытии.
Техническим результатом предложенного решения является разработка конструкции ТП с повышенной стойкостью к агрессивным средам и к высоким температурам, следовательно, и срок службы у них увеличивается.
Для увеличения срока службы ТП предлагается методом газодинамического напыления нанести слой алюминия толщиной 0,02…0,05 мм на погружную часть ТП и все сварочные швы. Образованная интерметаллическая пленка из стали и алюминия и будет защитой от коррозии.
Указанный технический результат достигается за счет того, что преобразователь термоэлектрический высокотемпературный с чувствительным элементом из металлического провода, помещенным в защитную арматуру. Защитная арматура выполнена из металлической трубки завальцованной и сваренной с одной стороны. На границе погружной (рабочей) части, находящейся в контакте с рабочей средой, температуру которой необходимо измерить, к защитной арматуре приварена ограничительная шайба для установки термопреобразователя на объекте контроля температуры. Погружная часть защитной арматуры, сварные швы и часть ограничительной шайбы, взаимодействующая с рабочей средой, покрыты антикоррозионным слоем порошкового алюминия, нанесенного методом холодного газодинамического напыления, при этом толщина слоя покрытия составляет от 20 до 50 микрон.
Полезная модель представлена на фиг. 1, где 1 - защитная арматура преобразователя термоэлектрического высокотемпературного, 2 - погружная часть ТП с покрытием, 3 - шайба ограничительная, 4 - элемент крепления ТП - штуцер.
Устройство работает следующим образом. Преобразователь термоэлектрический закрепляют на объекте так, что бы погружная часть 2 находилась в контакте с рабочей средой, температуру которой необходимо измерить, а элемент крепления термометра 4 находился бы вне зоны рабочей среды. Предварительно погружная часть (рабочая часть) защитной арматуры с ее сварным швом, а также сварной шов и рабочая часть ограничительной шайбы приваренной к защитной арматуре, покрыта однородным металлическим слоем порошка алюминия. Толщина этого слоя составляет от 20 до 50 микрон. Для нанесения покрытия была использована технология ХГН металлов на поверхность деталей. Скорость газового потока для внедрения металлических частиц алюминия в структуру объекта (гильзы) находится в пределах от 1000 до 1200 м/с. Технология реализуется с помощью портативного универсального оборудования для ручной работы Димет-405 производства Обнинского центра порошкового напыления (ООО «ОЦПН»).
Анализ службы преобразователей термоэлектрических, выполненных с покрытием слоем порошка алюминия по технологии ХГН всех поверхностей взаимодействующих с рабочей средой, температуру которой необходимо измерить, позволяет сделать вывод об увеличении срока их использования.