УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ АМОРФНОЙ СРЕДЫ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к устройствам, установкам, средствам и приборам для измерения температуры, а именно к устройству для измерения температуры аморфной среды.
Уровень техники
Известно устройство для измерения температуры (https://www.vseinstrumenti.ru/instrument/izmeritelnyj/izmeriteli-temperatury/kontaktnye/ada/thermotester-330-a00513/#tab-1, обнаружено 08.07.2019 г.), включающий корпус с тонким длинным щупом и дисплеем, внутри корпуса встроен электронный датчик температуры, подключенный к контроллеру.
Недостатком указанного аналога является отсутствие технической возможности проводить лабораторные измерения разных параметров температуры аморфной среды, отсутствие возможности подогрева аморфной среды и сохранения температуры аморфной среды, что как следствие влияет и на низкую точность измерений.
Раскрытие полезной модели
Технический результат заключается в технической возможности подогрева заявленным устройством аморфной среды до определенной температуры и поддержании ее температуры (для дальнейшего измерения различных параметров аморфной среды), за счет использования контейнера с крышкой и встроенного позисторного нагревательного элемента, и за счет самого контейнера который выполнен с двойными стенками, между которыми закреплен термоизоляционный материал.
Результат достигается заявленным устройством для измерения температуры аморфной среды, включающим контрольный термодатчик, кроме того дополнительно содержит контейнер с крышкой, причем внутрь контейнера встроен позисторный нагревательный элемент, контрольный термодатчик и термодатчик сигнализации, которые выполнены с возможностью подключения к блоку управления, а корпус контейнера выполнен с двойными стенками между которыми закреплен термоизоляционный материал.
Согласной полезной модели корпус контейнера выполнен из бакелитового композитного материала.
Согласной полезной модели термоизоляционный материал выполнен из базальтового иглопробивного мата и базальтовой ткани ТБК-100.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой приведен предпочтительный частный вариант осуществления заявленного устройства для измерения температуры аморфной среды.
Осуществление полезной модели
На фигуре изображено устройство для измерения температуры аморфной среды, включающее контрольный термодатчик 1, блок управления 2, кроме того дополнительно содержит контейнер 3 с крышкой 4, причем внутрь контейнера 3 встроен позисторный нагревательный элемент 5, контрольный термодатчик 1 и термодатчик сигнализации 6, которые подключены к блоку управления 2, а корпус контейнера 3 выполнен с двойными стенками между которыми закреплен термоизоляционный материал 7.
В частном варианте осуществления блок управления может включать подключенные друг другу панель управления (или панель коммутации блока управления) и термоконтроллер, таким образом позисторный нагревательный элемент может быть подключен к панели управления, а контрольный термодатчик и термодатчик сигнализации к термоконтроллеру.
Информационное табло термоконтроллера электронное, цифровое, четырехразрядное. Позволяет отображать текущие показания термометров, находящихся в работе с дискретностью 0,1 С°.
Следует отметить, что современные панели управления (в наше время, как правило, сенсорные) выполнены изначально с встроенным процессором или контроллером, что и позволяет управлять и генерировать управляющие сигналы на подключенные к ним приборы, например такие панели управления как Crestron TPMC-4SMD-FD (http://inter.ru/crestron/control-surfaces/touch-screens/small/tpmc-4smd-fd) или панель управления СР450-010 (https://rad-k.ru/goods/36822138) и т.д.
При этом указанный выше блок управления с панелью управления и термоконтроллером это частный вариант осуществления блока управления, а использоваться может и обычный блок управления или контроллер, выполненный с возможностью управления внешними термодатчиками, позисторным нагревательным элементом 5 и остальными конструктивными элементами, подключенными к нему в соответствии с заявленной полезной моделью.
В частном варианте осуществления заявленной полезной модели контейнер 3 содержит внутри себя встроенную внутреннюю чашу из нержавеющей стали, предназначенную для рабочей среды.
Блок управления 2 позволяет изменять температуру рабочей среды посредством позисторного нагревательного элемента 5 в диапазоне от +20 до +85 С°. Верхний предел температуры принудительно ограничен на уровне настроек блока управления. Это позволяет проводить работы в безопасном диапазоне температур. В случае необходимости верхний температурный предел может быть перенастроен до +240 С°.
Термоизолированный контейнер 3 может представлять собой прямоугольную емкость (в форме прямоугольного параллелепипеда) с двойными стенками, разделенными термоизоляционным материалом 7. Основание и внешний корпус контейнера 3 могут быть изготовлены из бакелитового композитного материала. Внутренние и наружные поверхности корпуса контейнера 3 имеют термостойкое покрытие. В качестве термоизолирующих материалов могут применяться базальтовый иглопробивной мат и базальтовая ткань ТБК-100. Данные материалы обладают крайне низким коэффициентом теплопроводности (0,036-0,038 Вт/м⋅) и высокой теплостойкостью (до +700°С), устойчивы к агрессивным средам, экологичные и долговечные.
Контейнер 3 выполнен из механически прочных материалов стойких к коррозии. Для сохранности рабочей среды контейнер имеет плотно закрывающуюся крышку 4.
В частном варианте осуществления в нижней части чаши контейнера 3 располагается позисторный нагревательный элемент 5 разогревающий рабочую среду до установленной температуры. Нагревательный элемент сверху защищен металлической пластиной препятствующей прямому контакту с чрезмерно глубоко погружаемым прибором. Позисторный нагревательный элемент 5 имеет герметичную конструкцию с степенью пыле-влагозащиты IP67. Такое исполнение позволяет применить практически любую (не агрессивную, химически нейтральную) рабочую среду.
В средней части контейнера на боковой стенке чаши установлен контрольный термодатчик 1, который совместно с позисторным нагревательным элементом 5 подключен соединительным кабелем к блоку управления (или термостату термоконтроллера блока управления). Термостат предназначен для поддержания постоянной температуры рабочей среды. Он исключает ее перегрев и выход за пределы установленной температуры. Работой термостата управляет электронный термоконтроллер блока управления.
В частном варианте осуществления на лицевой стороне контейнера 3 закреплено светодиодное табло (или дисплей) подсоединенное к блоку управления 2, работающее совместно с термодатчиком сигнализации 6. При достижении температуры рабочей среды более +45°С на табло включается надпись «ОСТОРОЖНО, НАГРЕВ!». Светящаяся надпись сигнализирует о том, что рабочая среда контейнера 3 становится горячей.
В частном варианте осуществления электронный термоконтроллер блока управления 2 представляет собой панельный четырехканальный контрольно-измерительный регулирующий прибор. Он позволяет снимать данные и отображать показания одновременно с четырех подключенных датчиков температуры. Причем, одновременно к нему могут быть подключены как термосопротивления 8, так и термопары 9. В связи с этим, первые два канала выделены для подключения внешних датчиков температуры, а третий и четвертый каналы предназначены для контроля и регулировки температуры рабочей среды контейнера 3.
В качестве примера рабочей среды выбран промытый окатанный кварцевый песок фракции 0,63-1,2 мм. Окатанный кварцевый песок обладает отличной теплопроводностью и теплоемкостью. Аморфная структура песка позволяет полностью охватывать погружаемые в него датчики и термочувствительные части термометров. Окатанный вариант применяемой фракции исключает абразивное воздействие песка на погружаемые элементы. Применение песка позволит избежать возможные неприятные последствия неаккуратного выполнения лабораторной работы (невозможно пролить или испачкаться как, например, в случае применения воды/масла. Подогретый песок всегда будет сухим и в случае попадания его на руки или одежду его можно просто стряхнуть. Также, в случае применения песка, в отличие от воды/масла, удобнее содержать в чистоте рабочее оборудование). Для безопасного проведения лабораторной или экспериментальной работы оператору предлагаются входящие в комплект защитные перчатки (две пары) и защитные очки (две пары).
Принцип действия установки и управление режимами работы.
Блок управления 2 подает сигнал на позисторный нагревательный элемент 5, который подогревает аморфную среду, при этом корпус контейнера 3 выполненный с двойными стенками между которыми закреплен термоизоляционный материал 7, что позволяют сократить потери тепла аморфной среды при нагреве, тем самым быстрее выйти на нужную температуру. Кроме того за счет утепленного термоизоляционным материалом 7 корпуса контейнера 3 потреблении электроэнергии на прогрев аморфной среды и поддержания температуры сокращается к минимуму. При этом блок управления 2 посредством контрольного термодатчика 1 и термодатчика сигнализации 6 контролирует температуру аморфной среды в режиме реального времени.
Более подробно принцип действия данного устройства в частном варианте осуществления может быть выполнен следующим образом. При включении электрическое питание подается на группу термостата [датчик температуры - термостат - нагреватель], а также на устройства подсветки зоны эксперимента и устройства индикации. Оператор управляя термостатом термоконтроллера блока управления выбирает необходимую температуру разогрева рабочей среды. В зависимости от выбранного значения температуры определяется время ее достижения. Через установленное время, при выходе рабочей среды на заданную температуру срабатывает температурное реле и установка переходит в режим поддержания заданного значения. Гистерезис термостата может быть выбран в пределах 0,1-10°С (предустановленное значение - 1°С). Наступление указанного режима оператор определяет по устройствам индикации, после чего он может приступать к лабораторной или экспериментальной работе.
Для измерения температуры оператору предлагаются:
- жидкостной термометр погружной ТТ-В (0…+160°С);
- биметаллический термометр БТ-5 (0…+100°С);
- выносное термосопротивление ТС 716 (-70…+500°С);
- выносной термоэлектрический преобразователь (термопара) ТД-715ХА (-150…+800°С);
- термощуп TP 3001 (0…+300°С);
- инфракрасный пирометр UNI-T TemPro 300 (-30…+300°С).
Выбор этих групп термометров обусловлен их доступностью, эксплуатационной безопасностью и возможностью наглядно отразить специфику изучаемой темы. Указанные образцы термометров и датчиков являются не дорогими и общедоступными. В случае утраты или повреждения им всегда можно найти замену. Следует отметить, что конструктив устройства рассчитан на применение более широкого спектра аналогичных устройств.
Жидкостной термометр ТТ-В, биметаллический термометр БТ-5, термосопротивление ТС 716, термопара ТД-715ХА и термощуп TP 3001 являются погружными устройствами. Для выполнения измерения оператору необходимо погрузить термочувствительные участки указанных приборов в рабочую среду. Причем, показания жидкостного и биметаллического термометров следует считывать непосредственно по шкалам самих приборов. Также съем показаний термощупа TP 3001 производится с электронного табло устройства. Термосопротивление ТС 716 и термопара ТД-715ХА для съема показаний должны подключаться к соответствующим входам коммутационной панели блока управления устройства для измерения температуры аморфной среды.
Инфракрасный пирометр UNI-T TemPro 300 - прибор дистанционного действия. С его помощью можно непосредственно измерять температуру любых поверхностей. Эти измерения оператор выполняет на расстоянии. Описанные выше способы измерения температуры при соблюдении техники безопасности являются безопасными, представляют умеренную сложность при выполнении лабораторной работы и дают хорошее наглядное представление о принципах и методах измерения температуры.
Современные технологии и оборудование позволяют осуществить настоящую полезную модель в крупносерийном производстве. На заводах и предприятиях имеются все необходимые станки и приборы для производства устройства для измерения температуры аморфной среды.