ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ

Полезная модель относится к области приборостроения, в частности к датчикам температуры.
Известна конструкция поршневого датчика температуры с термореактивным наполнителем, содержащего корпус в виде гильзы с глухим дном, крышку с сальником, снабженную центральным сквозным отверстием, и уплотнение, выполненное в виде втулки переменного диаметра из упругого материала, в которой размещен тяговый шток, подвижный в двух направлениях, причем термореактивный наполнитель заключен в замкнутом герметичном объеме, образованном внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью втулки, внутренний диаметр которой превышает наружный диаметр штока, образуя переменную емкость, заполненную смазкой и сообщающуюся через отверстие в крышке с другой переменной емкостью, выполненной в горловине крышки и ограниченной в направлении оси штока подпружиненным подвижным сальником (Тимошенков К.Д. ”Датчики температуры с твердым наполнителем”. - М.: ”Машиностроение”, 1975. - С. 30).
Недостатком конструкции датчика температуры является низкая чувствительность к изменению температуры, составляющая ±3,5°C
Низкая чувствительность датчика температуры обусловлена двумя факторами. Первый фактор - это заметное влияние качества смазки штока на чувствительность и гистерезис датчика температуры.
Второй фактор связан с физикой процесса. При повышении температуры (давления в датчике температуры), происходит сжатие втулки из упругого материала, и перемещение (выталкивание) штока. Причем перемещение штока осуществляется за счет воздействия втулки из упругого материала только на конусообразную часть штока. Цилиндрическая часть штока при давлении на нее втулки из упругого материала за счет силы трения препятствует перемещению штока, что собственно и объясняет низкую чувствительность датчика температуры. Чем больше цилиндрическая поверхность штока, тем ниже чувствительность датчика температуры.
Известна конструкция датчика температуры с термореактивным наполнителем, содержащего корпус в виде гильзы с глухим дном, крышку с сальником, снабженную центральным сквозным отверстием, и уплотнение, выполненное в виде втулки переменного диаметра из упругого материала, в которой размещен тяговый шток, подвижный в двух направлениях, причем термореактивный наполнитель заключен в замкнутом герметичном объеме, образованном внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью втулки, внутренний диаметр которой превышает наружный диаметр штока, образуя переменную емкость, заполненную смазкой и сообщающуюся через отверстие в крышке с другой переменной емкостью, выполненной в горловине крышки и ограниченной в направлении оси штока подпружиненным подвижным сальником, причем во втулке из упругого материала образованы три полости, одна из которых цилиндрической формы, а две другие конусообразной формы, вершинами направленные навстречу друг другу, причем нижняя конусообразная полость, заполненная смазкой, с одной стороны связана с переменной емкостью, в которой находится шток, а с, другой стороны герметично закрыта заглушкой. Этот датчик принят за прототип (см. патент РФ на полезную модель №75065, МПК G05B 23/00, 2008 г.).
Недостатком конструкции этого датчика температуры является относительно низкая чувствительность к изменению температуры. Это объясняется тем, что цилиндрическая часть штока при давлении на нее втулки из упругого материала за счет силы трения препятствует перемещению штока, что собственно и объясняет относительно низкую чувствительность датчика температуры. Чем больше цилиндрическая поверхность штока, тем ниже чувствительность датчика температуры.
Задача, решаемая в полезной модели, заключается в повышении чувствительности датчика температуры.
Решение задачи достигается тем, что датчик температуры с термореактивным наполнителем, содержащий корпус в виде гильзы с глухим дном, крышку с сальником, снабженную центральным сквозным отверстием, и уплотнение, выполненное в виде втулки переменного диаметра из упругого материала, в которой размещен тяговый шток, подвижный в двух направлениях, причем термореактивный наполнитель заключен в замкнутом герметичном объеме, образованном внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью втулки, внутренний диаметр которой превышает наружный диаметр штока, образуя переменную емкость, заполненную смазкой и сообщающуюся через отверстие в крышке с другой переменной емкостью, выполненной в горловине крышки и ограниченной в направлении оси штока подпружиненным подвижным сальником, причем во втулке из упругого материала образованы две конусообразные полости, вершинами направленные навстречу друг друга, при этом нижняя конусообразная полость, заполненная смазкой, с одной стороны связана с переменной емкостью, в которой находится шток, а с другой стороны герметично закрытая заглушкой, согласно полезной модели, верхнее основание конусообразной полости втулки из упругого материала расположено на уровне верхнего основания втулки из упругого материала, а профиль наконечника тягового штока совпадает с профилем верхней конусообразной полости втулки из упругого материала, при этом высота верхней конусообразной полости втулки из упругого материала, высота наконечника тягового штока и высота центрального сквозного отверстия крышки выполнены в соотношении 1:1:1,1.
Техническим результатом, достигаемым в полезной модели, является повышение чувствительности датчика температуры за счет того, термореактивный наполнитель воздействует через втулку из упругого материала только на конусообразный наконечник тягового штока, не сдавливая при этом цилиндрическую часть тягового штока. За счет этого сила трения, препятствующая перемещению шока, уменьшается.
На фиг. 1 представлена конструкция датчика температуры.
Датчик температуры с термореактивным наполнителем 1 содержит корпус 2 в виде гильзы с глухим дном и крышку 4 с горловиной, снабженную сквозным отверстием. В корпусе расположена втулка из упругого материала 3, жестко соединенная с крышкой 4 в области верхнего основания втулки из упругого материала 15. Внутри крышки 4 и втулки 3 проходит тяговый шток 7 с наконечником 14, подвижный в двух направлениях. Замкнутый герметичный объем, образованный внутренней поверхностью корпуса 2 и втулкой 3 из упругого материала, заполнен термореактивным наполнителем 1. Во внутренней полости крышки 4 под защитным колпаком 8 расположена пружина 6, воздействующая через прокладки 5 на сальник 9. Сила давления пружины посредством сальника 9 создает постоянное давление в полости 10, заполненной смазкой. Внутри втулки из упругого материала 3 образованы две конусообразные полости: верхняя, в которую вставлен шток 7 с наконечником 14, и нижняя конусообразная полость 11, заполненная смазкой, с одной стороны связанная с переменной емкостью, в которой находится шток, а с другой стороны герметично закрытая заглушкой 13. Ход штока ограничен стопорной шайбой 12, при этом профиль наконечника 14 штока 7 повторяет профиль верхней конусообразной полости втулки из упругого материала 3, а высота L1 верхней полости втулки из упругого материала, высота L2 наконечника тягового штока и высота L3 центрального сквозного отверстия крышки выполнены в соотношении 1:1:1,1.
Датчик работает следующим образом. При повышении температуры контролируемой среды объем термореактивного наполнителя 1 увеличивается. При этом возрастает давление на втулку 3 из упругого материала. Это приводит к ее сжатию и выталкиванию штока 7 из верхней конусообразной полости втулки 3. При понижении температуры контролируемой среды давление в датчике понижается. При этом втулка 3 из упругого материала разжимается и шток возвращается в исходное положение, заполняя своим наконечником 14 верхнюю конусообразную полость втулки 3.
Конусообразная полость втулки 3 из упругого материала выполнена таким образом, что ее верхнее основание расположено на уровне верхнего основания втулки из упругого материала 15, а профиль наконечника тягового штока совпадает с профилем верхней конусообразной полости втулки из упругого материала, при этом высота верхней конусообразной полости втулки из упругого материала, высота наконечника тягового штока и высота центрального сквозного отверстия крышки выполнены в соотношении 1:1:1,1.
За счет того, что давление, возникающее в датчике при повышении температуры, воздействует через втулку из упругого материала только на конусообразный наконечник тягового штока, сила трения, препятствующая перемещению шока, уменьшается. За счет этого повышается чувствительность датчика температуры.
Выполнение высоты центрального сквозного отверстия крышки на 10% больше высоты верхней конусообразной полости втулки из упругого материала не позволяет наконечнику штока 14 входить в полость 10 в процессе работы в заданном диапазоне измеряемых температур, тем самым, обеспечивая нормальную работу датчика температуры.
Авторами были изготовлены образец прототипа и образец предлагаемого решения с наполнителем в виде воска с диапазоном изменения температуры 15-25°C. При испытании образцов в одинаковых условиях чувствительность предлагаемого решения зафиксирована выше прототипа на 0,5°C, т.е. поставленная техническая задача решена.