ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к термометрии и может быть использована при измерении температуры на оборудовании, применяемом в длительных технологических циклах.
Известен преобразователь термоэлектрический (ТП), содержащий защитную арматуру, состоящую из наружной и внутренней оболочек, керамический изолятор, внутри которого размещены термоэлектроды, соединенные попарно горячими спаями. При этом основной термоэлектрический преобразователь имеет возможность периодической установки в него проверочного преобразователя, помещаемого в общий для всех термоэлектродов изолятор. Термоэлектроды основного преобразователя и проверочный преобразователь размещены в сквозных каналах изолятора, расположенного по длине основного преобразователя, спаи термоэлектродов основного преобразователя расположены в пазах, выполненных в торцевой части изолятора, внутренняя оболочка выполнена в виде керамического колпачка, надетого на торцевую часть изолятора, или в виде намотки из огнеупорной керамической нити, закрывающих горячие спаи термоэлектродов /RU41864, G01K 15/00, 2004/.
Недостатками известного ТП являются, во-первых, низкий ресурс работы, связанный с тем, что защита изолятора выполнена только в части расположения горячего спая снижает ресурс работы ТП, при этом внутренняя оболочка отсутствует в зоне основного градиента температуры, а именно в этой зоне формируется основная часть термоэлектродвижущей силы, а, во-вторых, недостаточная достоверность измерений, связанная с тем, что введение проверочного ТП в зону горячих спаев стационарных термопар, даже при расположении всех спаев в одном сечении, не может гарантировать идентичность их температуры. Различие пространственного расположения спаев обуславливает различные условия теплопередачи к ним, осуществляемой в основном излучением. Пары термоэлектродов основного ТП размещены в четырех периферийных каналах, имеющих диаметр около 1 мм, керамического изолятора наружным диаметром 8,5 мм с центральным каналом диаметром около 4 мм и находятся ближе к наружному чехлу, собственно и имеющему температуру окружающей его среды, чем термоэлектроды проверочного ТП, помещенного в дополнительную керамическую соломку, вставляемую в центральный канал, что и обуславливает различие в условиях теплопередачи.
Известен преобразователь термоэлектрический, содержащий попарно соединенные платиновые и платинородиевые термоэлектроды двух основных термоэлектрических преобразователей, наружную оболочку, внутренний керамический чехол, в котором помещена четырехканальная керамическая соломка. Преобразователь имеет возможность периодической установки в него поверочного преобразователя, для чего внутренний керамический чехол расположен со смещением его оси в половине продольного объема наружной оболочки, а поверочный преобразователь устанавливают во второй половине продольного объема наружной оболочки. В нижней ее части выполнено ступенчатое донышко, позволяющее поверочный преобразователь устанавливать в зону измерения основных термоэлектрических преобразователей /RU 67712, G01K 15/00, 2007/. Данное техническое решение принято за прототип.
Прототип характеризуется следующими недостатками. Пониженный ресурс работы поверочного преобразователя, связан это с тем, что поверочный преобразователь предлагается располагать в половине продольного объема наружной оболочки. В качестве поверочного преобразователя без снижения точности во всем рабочем диапазоне температур платинородий-платиновых термоэлектрических преобразователей возможно использовать только платинородий-платиновый термоэлектрический преобразователь, причем конструктивно он выполнен в виде керамического стержня во внутренние каналы которого помещены термоэлектроды. При такой конструкции газовая среда находящаяся внутри наружной оболочки воздействует на термоэлектроды. С течением времени внутри чехла накапливаются химические элементы, изменяющие химический состав термоэлектродов и как следствие, метрологические характеристики преобразователя. Накопление элементов происходит за счет их диффузии через наружную оболочку, тем более, если она выполнена из пористой керамики, и (или) за счет их выделения из самой оболочки.
Кроме того, при использовании пористой керамики снижается надежность выполнения измерений, т.к. пористая керамика имеет меньшую прочность, чем газоплотная (Прочность на изгиб 30МПа для пористой Сеr 530 по стандарту МЭК 60672 и 280МПа для газоплотной Сеr 795). В случае размещения чехла из газоплотной керамики внутри чехла из пористой керамики, при остывании термопреобразователя может произойти разрушение наружного чехла, т.к. он остывает быстрее и упирается во внутренний имеющий большую температуру и больший коэффициент термического расширения.
Еще одним недостатком прототипа являются различные условия теплообмена чувствительных элементов ТП расположенных в керамической соломке, помещенной во внутренний керамический чехол, и поверочного преобразователя, располагаемого в половине продольного объема наружной оболочки, будет приводить к дополнительной погрешности сличения их показаний.
Задача, решаемая полезной моделью, сводится к созданию термоэлектрического преобразователя, лишенного указанных недостатков. Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение погрешности сличения показаний чувствительных элементов термоэлектрического преобразователя с контрольным термоэлектрическим преобразователем и повышение ресурса работы, как основного термоэлектрического преобразователя, так и контрольного.
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается преобразователь термоэлектрический, содержащий наружный защитный чехол, один или два чувствительных элемента в виде платинородий-платиновых или платинородий-платинородиевых термопар помещенных во внутренний защитный чехол, узел коммутации, позволяющий размещать контрольный или эталонный термоэлектрический преобразователь внутри защитного чехла. Отличительной особенностью заявляемого преобразователя является то, что он содержит второй внутренний защитный чехол идентичный первому и предназначенный для установки в нем контрольного или эталонного термоэлектрического преобразователя, причем оба внутренних чехла и наружный выполнены герметичными к измеряемой среде.
Дополнительно предлагается оба внутренних и наружный чехол изготовить из газоплотной керамики.
Также дополнительно предлагается наружный чехол изготовить из жаростойкой стали или сплава.
Введение в конструкцию ТП второго внутреннего защитного чехла идентичного первому и предназначенного для установки в нем контрольного или эталонного термоэлектрического преобразователя, позволяет создать одинаковые условия теплообмена для чувствительных элементов ТП и контрольного преобразователя. Что снижает погрешность сличения их показаний.
Выполнение всех чехлов герметичными к измеряемой среде, позволяет повысить ресурс работы чувствительных элементов основного ТП и увеличить ресурс контрольной термоэлектрического преобразователя за счет предотвращения отравления его термоэлектродов химическими элементами, накапливающимися в пространстве между наружным и внутренними чехлами.
Применение внутреннего и наружного чехлов из газоплотной керамики, имеющих одинаковые или близкие прочностные характеристики и коэффициенты термического расширения, позволит повысить надежность выполнения измерений, т.к. снижает вероятность разрушения чехлов особенно в режиме теплосмен.
На прилагаемом чертеже представлено заявляемое устройство, где 1 - наружный защитный чехол, 2 и 3 - внутренние защитные чехлы, 4 - чувствительный элемент в виде термопары, 5 - узел коммутации, 6 - бандаж для крепления внутренних защитных чехлов 3 и 3. В защитный чехол 2 помещают один или два чувствительных элемента рабочего ТП. Защитный чехол 3 во время работы ТП может оставаться свободным, либо в него может быть помещен один из чувствительных элементов рабочего ТП для повышения надежности измерений. В процессе эксплуатации, не снимая ТП с объекта, в защитный чехол 3 помещают контрольный или эталонный термоэлектрический преобразователь и проводят сличение его показаний с показаниями чувствительных элементов рабочего ТП. На время проведения поверки чувствительный элемент рабочего ТП, если он помещен в защитный чехол 3, может быть заменен на контрольный или эталонный. В этом случае сначала сличают показания чувствительного элемента расположенного в чехле 2 с контрольным ТП, а затем показания чувствительного элемента расположенного в чехле 2 с возвращенным в чехол 3 чувствительным элементом рабочего ТП.
Таким образом решается поставленная задача и достигается технический результат.