ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ТРУБЕ
TEMPERATURE SENSOR FOR HEAT CARRIER IN PIPE

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры среды в замкнутом канале, в частности теплоносителя в трубах систем отопления.
Известен датчик температуры теплоносителя в трубе погружного типа, включающий термочувствительный элемент, вставленный в гильзу, погружаемую в поток теплоносителя через отверстие, выполненное в трубе, JP 1088222 А. Недостатком такого технического решения является необходимость выполнения отверстия в трубе для ввода в нее гильзы с термочувствительным элементом. При этом необходимо наличие уплотнений, способных работать в условиях высоких температур и давлений. Кроме того, следует отметить, что в случаях, когда диаметр трубы меньше или равен длине введенной в трубу части гильзы, погрешность измерений превышает допустимые значения.
Известны датчики температуры теплоносителя в трубе поверхностного типа, в частности датчик температуры теплоносителя в трубе, содержащий кожух, теплоизолятор, теплоприемник с термочувствительным элементом и линию связи, в том числе элемента с электронной схемой; теплоприемник расположен на поверхности трубы и находится в тепловом контакте с ней; теплоизолятор покрывает часть поверхности трубы и теплоприемник; датчик температуры теплоносителя в трубе состоит из разделяющих узлов, один из которых имеет форму щупа и содержит электронную схему, линию связи и теплоприемник, в другом узле выполнен канал, в который введен узел, содержащий теплоприемник, канал имеет начало от поверхности трубы и заканчивается на поверхности кожуха, причем в качестве термочувствительного элемента используется пьезокристаллический резонатор, а в состав электронной схемы входит генератор, к которому подключен резонатор, RU 2282834.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.
Недостатком этого устройства, так же, как и других датчиков поверхностного типа для измерения температуры теплоносителя в трубе, является то обстоятельство, что термочувствительный элемент находится на поверхности трубы, температура на которой в известном устройстве даже при наличии теплоизоляции существенно, как правило не менее чем на 2-5°С, отличается от температуры теплоносителя внутри трубы, что определяет значительную погрешность измерений.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения температуры теплоносителя в трубе.
Согласно изобретению в датчике температуры теплоносителя в трубе, включающем теплоизолятор, теплоприемник, содержащий термочувствительный элемент, причем теплоприемник с термочувствительным элементом расположен на поверхности трубы и находится в тепловом контакте с ней, при этом теплоизолятор покрывает теплоприемник и часть поверхности трубы, между трубой и теплоизолятором в зоне теплоприемника размещен теплозащитный элемент, выполненный из теплопроводного материала и прилегающий к трубе, при этом теплоприемник с термочувствительным элементом размещен в выпуклой камере, которая образована в теплозащитном элементе с зазором относительно ее стенок; в зазоре между теплоприемником и стенками камеры, образованной в теплозащитном элементе, может быть расположена дополнительная изоляция; в зазоре между теплоприемником и стенками камеры, образованной в теплозащитном элементе, может быть размещена газовая среда с давлением, равным или меньшим атмосферного; в качестве термочувствительного элемента может быть использован пьезокристаллический кварцевый резонатор; в качестве термочувствительного элемента может быть использован термометр сопротивления; в качестве термочувствительного элемента может быть использован термистор.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Новизна».
Благодаря реализации отличительных признаков изобретения объект приобретает важное новое свойство: разность температуры внутри трубы и на ее наружной поверхности в зоне контакта с ней теплоприемника с термочувствительным элементом существенно, в несколько раз, уменьшается в сравнении с прототипом. Это объясняется тем, что теплозащитный элемент, плотно прилегающий к трубе, выполненный из теплопроводного материала, отбирает тепло от трубы и благодаря образованной в нем камере передает это тепло теплоприемнику с термочувствительным элементом со всех сторон теплоприемника, за исключением поверхности его контакта с трубой. Таким образом, теплоприемник оказывается как бы заключенным в тело трубы и таким образом, практически, устраняется градиент температур. Дополнительная теплоизоляционная или газовая среда с давлением, равным или меньшим атмосферного, между стенками камеры в теплозащитном элементе и теплоприемником позволяют дополнительно уменьшить потери тепла.
Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанные новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «Изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - продольный разрез устройства;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - узел Б на фиг.1 в увеличенном масштабе, вариант по п.2 формулы изобретения;
на фиг.4 - узел Б на фиг.1 в увеличенном масштабе, вариант по п.3 формулы изобретения.
Датчик температуры теплоносителя в трубе 1 включает теплоизолятор 2, в конкретном примере выполненный из вспененного полиэтилена марки «Energoflex». Теплоприемник 3 выполнен из металла и содержит термочувствительный элемент (ТЧЭ) 4. В качестве ТЧЭ в конкретном примере использован пьезокристаллический кварцевый резонатор РКТ206 производства СКТБ ЭлПА (г.Углич). Возможно использование в качестве ТЧЭ термометра сопротивления или термистора. ТЧЭ имеет линию связи с электронной схемой, принимающей и обрабатывающей системы ТЧЭ, непосредственно не входящей в состав датчика. Теплоприемник 3 с ТЧЭ расположен на поверхности трубы 1 и находится в тепловом контакте с ней. Теплоизолятор 2 покрывает теплоприемник 3 и часть поверхности трубы 1 в обе стороны от теплоприемника 3.
Между трубой 1 и теплоизолятором 2 в зоне теплоприемника 3 размещен теплозащитный элемент (ТЗЭ) 5, выполненный из теплопроводного материала, в частности меди. ТЗЭ прилегает к трубе 1, в нем образована камера 6, в которой с зазором относительно ее стенок размещен теплоприемник 3 с ТЧЭ. В этом зазоре в данном примере расположена дополнительная жидкокристаллическая теплоизоляция 7 марки «Астратек». Также в этом зазоре может находиться газовая среда 9, например воздух, с давлением, меньшим или равным атмосферному. Теплоизоляция 2 снаружи защищена кожухом 8.
Устройство работает следующим образом.
ТЧЭ воспринимает температуру на наружной поверхности трубы 1 в месте контакта с ней ТЧЭ. Теплозащитный элемент 5 отбирает тепло от трубы 1 по достаточно большой поверхности и передает это тепло теплоприемнику 3 с ТЧЭ, предотвращая потери тепла теплоприемником 3 и участком трубы 1, находящимся в камере 6 и контактирующим с теплоприемником 3. Наличие дополнительной теплоизоляции 7 или газовой среды 9 в камере 6 дополнительно уменьшает указанные потери тепла.
Реализация изобретения позволяет уменьшить погрешность измерения температуры теплоносителя в трубе до 0.02-0.05°С.
Опытные образцы датчика изготовлены и испытаны ЗАО НПФ «Теплоком», г.Санкт-Петербург.