ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ТЕРМОПАРА

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в теплоэнергетике при создании приборов, предназначенных для измерения высоких температур (1800°С и выше), работающих при резких температурных перепадах, например в котельных установках.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является термоэлектрический преобразователь по патенту РФ №11392, МПК H01L 35/00, состоящий из термоэлектрических проводов, изолированных друг от друга керамической соломкой и помещенных в защитную арматуру, состоящую из внутреннего и наружного защитных чехлов, при этом пространство между защитными чехлами заполнено минеральной изоляцией порошкообразных окислов алюминия и магния.
Недостатком известного термоэлектрического преобразователя является то, что порошкообразная минеральная изоляция существенно ухудшает постоянную времени термопары, которая для известного термопарного преобразователя составляет от 60 до 120 сек.
Кроме того, известный термоэлектрический преобразователь обладает ограниченными функциональными возможностями из-за малой длины его измерительной части. Практически его можно использовать только при измерениях температуры жидких металлов погружением, располагая вертикально. При горизонтальном расположении, необходимом для измерения температуры в топках котельных установок, его измерительная часть должна иметь большую длину. В результате потери прочностных свойств из-за высокой температуры среды и под действием своего веса, консольно-расположенная измерительная часть выходит из строя.
Задачей полезной модели является сокращение постоянной времени термопары за счет двухстороннего нагрева наружного чехла, интенсификации тепломассообменных процессов, а также расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности его использования для измерения температуры продуктов сгорания, образующихся при сжигании газообразных, жидких, твердых топлив, например, в топках котельных установок.
Технический результат достигается тем, что в высокотемпературной термопаре, состоящей из термоэлектрических проводов, изолированных друг от друга керамической соломкой и помещенных в защитную арматуру, выполненную в виде внутреннего и наружного защитного чехла, закрепленного на корпусе, согласно заявляемой полезной модели, внутренний защитный чехол и керамическая соломка выполнены из жаростойкого газоплотного керамического материала, а наружный защитный чехол выполнен из муллитно-алюмосиликатной массы, в стенке которого выполнен сквозной канал для интенсификации тепломассобменных процессов и быстрого двустороннего нагрева стенок наружного защитного чехла, причем внутренняя полость наружного защитного чехла выполнена с возможностью реализации абсолютно черного тела с температурой, соответствующей измеряемой температуре, при этом корпус выполнен в виде коаксиально установленных, с возможностью образования полостей для циркулирования охлаждающей воды, наружной, средней и внутренней труб, имеющих общий наконечник, на котором установлена центрирующая проставка, выполненная из муллитно-алюмосиликатной массы, с возможностью контакта с керамической соломкой, внутренним и наружным защитными чехлами.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена высокотемпературная термопара, а на фиг.2 показан вид I на фиг.1.
Конструктивно предлагаемая высокотемпературная термопара состоит, из следующих элементов:
1. Наружный защитный чехол.
2. Термоэлектрический провод.
3. Керамическая соломка.
4. Внутренний защитный чехол.
5. Центрирующая проставка.
6. Наконечник.
7. Наружная труба корпуса.
8. Средняя труба корпуса.
9. Внутренняя труба корпуса.
Высокотемпературная термопара включает в себя термоэлектрические провода 2, изолированные друг от друга керамической соломкой 3 и помещенные в защитную арматуру, состоящую из внутреннего 4 и наружного 1 защитного чехла, закрепленного на корпусе. Охлаждаемый водой сварной корпус состоит из коаксиально установленных, с возможностью образования полостей для циркулирования охлаждающей воды, внутренней 9, средней 8, наружной 7, имеющих общий наконечник 6, на котором установлена центрирующая проставка 5 с возможностью контакта с керамической соломкой 3, внутренним 4 и наружным 1 защитными чехлами, и быстрого двустороннего нагрева стенок наружного защитного чехла. Внутренняя полость наружного защитного чехла 1 выполнена с возможностью реализации абсолютно черного тела с температурой, соответствующей измеряемой температуре.
Центрирующая проставка 5 и наружный защитный чехол 1 центрируются стыковочными поверхностями наконечника 6, что предотвращает радиальное смещение деталей высокотемпературной термопары, а осевое смещение предотвращают три винта, проходящие через отверстия стыковочного выступа наружного защитного чехла 1, равномерно расположенные по окружности и ввернутые в наконечник 6. Все детали корпуса изготовлены из нержавеющей стали 1Х18Н10Т и сварены аргонно-дуговой сваркой. Внутренний защитный чехол 4 и керамическая соломка 3 изготовлены из жаростойкой газоплотной керамики С799, а наружный защитный чехол 1 и центрирующая проставка 5 - из муллитно-алюмосиликатной массы, обладающей малой теплопроводностью и способной выдерживать большие перепады температур по толщине (1800°С со стороны газов и 50-100°С со стороны охлаждаемого корпуса). Наружный защитный чехол 1 имеет в центральной части сквозной канал для интенсификации тепломассообменных процессов и быстрого двустороннего нагрева стенок наружного защитного чехла, и следовательно, для снижения инерционности высокотемпературной термопары. Во внутренней полости наружного чехла 1 устанавливается термодинамическое равновесие, плотность потока излучения в которой равна излучению абсолютно черного тела. Предметы, установленные во внутренней полости абсолютно черного тела (наружного защитного чехла 1) при установлении термодинамического равновесия принимают температуру абсолютно черного тела, соответствующей измеряемой температуре.
При измерениях температур газов, например, в топках котельных установок, оправданным является предлагаемое техническое решение, а именно: не заполнять пространство между защитными чехлами минеральной изоляцией, стойкость к термоударам материалов защитных чехлов обеспечить за счет двухстороннего нагрева наружного защитного чехла, нагрев с внутренней стороны которого происходит за счет массообмена газов через сквозной канал наружного чехла, постепенный нагрев измерительной части термопары, включающей внутренний защитный чехол, керамическую соломку и термоэлектрические провода, обеспечить за счет подбора размеров сквозной щели в наружном защитном чехле.
Использование заявляемой полезной модели позволит сократить постоянную времени в 3-5 раз за счет двухстороннего нагрева наружного чехла, интенсификации тепломассообменных процессов, а также расширить функциональные возможности путем обеспечения измерения температуры продуктов сгорания, образующихся при сжигании газообразных, жидких, твердых топлив, в топках котельных установок, имеющих большую длину.