ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ И АГРЕССИВНЫХ СРЕД

Термоэлектрический преобразователь для высокотемпературных и агрессивных сред, заявляемый в качестве полезной модели, относится к измерительной технике и предназначен для измерения температуры алюминиевых сплавов, где температура достигает 700-800°С.
Известен термоэлектрический преобразователь, содержащий термоэлектроды с керамической изоляцией, помещенные в защитную арматуру, выполненную в виде заглушенной с одной стороны металлической составной трубы из последовательно и неразъемно соединенных участков, причем заглушенный участок выполнен из сплава или стали с жаропрочными характеристиками выше, чем жаропрочные характеристики остальной части трубы (1) (Полезная модель RU №14094, МПК: H01L 35/02, опубл. 2000 г.).
Недостатком известного устройства является ограниченность области использования. В частности, при использовании для измерения температуры высокотемпературных и агрессивных сред, таких, как расплав алюминия, защитная арматура термопреобразователя в процессе эксплуатации подвергается воздействию агрессивной среды, в результате чего металлическая труба разрушается, и нарушается герметичность термоэлектродов.
Известен также термоэлектрический преобразователь, содержащий термоэлектроды, помещенные в защитную арматуру, включающую заглушенную с одной стороны металлическую трубу и держатель, в котором закреплен чехол, выполненный из боросилицированного графита. Защитная арматура термоэлектрического преобразователя снабжена наружной металлической трубой и компенсатором, обеспечивающим возможность перемещения внутренней трубы защитной арматуры относительно наружной, а держатель прикреплен к нижней части наружной металлической трубы. При этом компенсатор выполнен в виде пружины, а чехол из боросилицированного графита выполнен составным из последовательно соединенных участков (Патент РФ на полезную модель №45203, МПК H01L 35/02, опуб. 27.04.2005.)
Недостатком известного термоэлектрического преобразователя является низкая надежность его конструкции. Это объясняется тем, что чехол из боросилицированного графита выполнен составным, и места стыковки разрушаются электрохимическим воздействием расплавов металла, а компенсатор, выполненный в виде пружины, не обеспечивает перемещение внутренней трубы защитной арматуры относительно наружной, так как пружина при температурах свыше 200° становится неработоспособной. Это приводит к разрушению чехла и выходу из строя термопреобразователя.
Кроме того, конструкция термоэлектрического преобразователя является технологически сложной, что обусловлено наличием нескольких вспомогательных элементов, таких, как компенсатор между внутренней защитной арматурой и наружной металлической трубой, держатель чехла из боросилицированного графита. Это повышает также себестоимость изготовления.
Наиболее близким к заявляемому в качестве полезной модели термоэлектрическому преобразователю по назначению, технической сущности и достигаемому результату является преобразователь термоэлектрический, содержащий термочувствительный элемент, установленный в заглушенную с одной стороны защитную арматуру, включающую цельный по всей длине защитной арматуры чехол, внутреннюю трубу и компенсатор в виде термокомпенсирующего слоя, расположенного в зазоре между чехлом и внутренней трубой, соединенной в верхней части с чехлом огнеупорной замазкой, при этом, термокомпенсирующий слой выполнен из уплотненного порошкообразного огнеупорного материала фракцией не более 0,5-0,6 мм, в котором размещен фиксирующий элемент в виде нескольких витков стальной проволоки, жестко закрепленных по периметру нижней части внутренней трубы, а чехол выполнен из графитосодержащего материала.
Недостатком известного термоэлектрического преобразователя является низкая механическая надежность чехла из графитосодержащего материала, отличающегося повышенной хрупкостью и повреждающегося при проведении механической чистки оборудования после разлива алюминиевых сплавов.
Кроме того, наличие в термопреобразователе компенсатора в виде термокомпенсирующего слоя, расположенного в зазоре между чехлом и внутренней трубой, изготовление его из уплотненного порошкообразного огнеупорного материала фракцией не более 0,5-0,6 мм, в котором размещен фиксирующий элемент в виде нескольких витков стальной проволоки, жестко закрепленных по периметру нижней части внутренней трубы, усложняет технологию изготовления и повышает себестоимость термопреобразователя.
Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения надежности термоэлектрического преобразователя при упрощении конструкции и снижении себестоимости.
Для достижения указанного технического результата в термоэлектрическом преобразователе для высокотемпературных и агрессивных сред, содержащем термочувствительный элемент в виде кабельной термопары и защитную арматуру, выполненную в виде заглушенного с одной стороны металлического чехла, помещенного в соединенный с ним слоем термостойкого цемента дополнительный чехол из графитсодержащего материала, согласно полезной модели, термопреобразователь помещен в наружный чехол, который выполнен в виде цельнолитой чугунной трубы, при этом чехол из графитсодержащего материала и цельнолитая чугунная труба соединены между собой слоем термостойкого цемента, из которого может быть сформирована донная часть в полости между нижней поверхностью чехла из графитсодержащего материала и цельнолитой чугунной трубой, установленной заподлицо или с небольшим выступом за поверхность последнего.
Отличительными признаками предлагаемого термоэлектрического преобразователя от указанного выше известного являются наличие наружной цельнолитой чугунной трубы, установленной на наружной поверхности дополнительного чехла из графитсодержащего материала и соединенной с ним слоем термостойкого цемента. При этом, в полости, образованной между нижней поверхностью чехла из графитсодержащего материала и выступающей в нижней части за поверхность последнего литой чугунной трубы, слоем термостойкого цемента может быть сформирована донная часть термопреобразователя, защищающая чехол из графитсодержащего материала в нижней части.
Благодаря наличию этих признаков повышается надежность конструкции термоэлектрического преобразователя, так как предотвращается возможность механического разрушения дополнительного чехла из графитсодержащего материала при проведении чистки внутренней полости миксера после разлива алюминия или его сплавов. А использование в качестве наружного чехла цельнолитой чугунной трубы и крепление ее на дополнительном чехле из графитсодержащего материала слоем термостойкого цемента позволяет упростить конструкцию и технологию изготовления термоэлектрического преобразователя за счет использования функционально необходимых элементов, что обеспечивает упрощение технологии изготовления и снижение его себестоимости.
Кроме того, использование в качестве защитного наружного чехла цельнолитой чугунной трубы, характерными признаками которой являются высокая прочность, отличная износостойкость, устойчивость к высоким температурам, что обусловлено повышенной плотностью, однородностью и мелкозернистостью структуры, отсутствием шлаковых включений, свищей и швов, позволяет повысить эксплуатационную надежность термоэлектрического преобразователя.
Предлагаемый термоэлектрический преобразователь иллюстрируется чертежом.
Термоэлектрический преобразователь содержит головку 1, кабельную термопару 2, которая помещена во внутренний металлический чехол - трубу 3 защитной арматуры, заглушенную с одной стороны. На наружной стороне металлического чехла 3 выполнен чехол 4 из графитсодержащего материала, который помещен в защитный наружный чехол 5 в виде цельнолитой чугунной трубы. Между собой металлический чехол 3, чехол 4 и цельнолитая чугунная труба 5 соединены слоями 6 и 7 термостойкого цемента. При этом слоем 7 может быть сформирована донная часть 8 в чугунной трубе 5.
При погружении термоэлектрического преобразователя в высокотемпературную рабочую зону он подвергается воздействию агрессивной среды: расплава алюминия и примесей цветных металлов, их паров. При этом цельнолитая чугунная труба 5 и чехол 4 из графитсодержащего материала защищают от агрессивной среды кабельную термопару 2, сигналы с которой, через подключения в головке 1, передаются на контролирующие приборы (на чертеже не показаны), производя измерение температуры в течение времени, достаточного для обеспечения технологического процесса. Термокомпенсация внутренней металлической трубы 3 и чехла 4 из графитсодержащего материала предусматривается подбором структуры графита, которая определяет величину его коэффициента термического расширения. Слои 6 и 7 термостойкого цемента фиксируют чехол 4 из графитсодержащего материала и цельнолитую чугунную трубу 6 относительно металлического чехла 3, предотвращают соскальзывание чехла 4 относительно внутреннего металлического чехла 3 и цельнолитой чугунной трубы 5 относительно защитного чехла 4 из графитсодержащего материала, выполняя при этом также функции термокомпенсирующего элемента между чехлом 4 и трубой 5.
Термоэлектрический преобразователь изготавливают следующим образом: во внутреннюю трубу 3 помещают кабельную термопару 2, затем, с зазором относительно внутренней трубы 3, надевают чехол 4 из графитсодержащего материала, соединяют их между собой слоем 6 карбидокремниевым цементом, и помещают, с зазором относительно чехла 4, в цельнолитую чугунную трубу 5, заполняя зазор слоем 7 карбидокремниевого цемента.
Простота конструкции термоэлектрического преобразователя, в которой отсутствуют вспомогательные элементы, обеспечивает малозатратную технологию изготовления и снижение его себестоимости.
Конструкция термоэлектрического преобразователя была опробована на термопреобразователе марки ТХА/1-2388К ГРЧ.
Предлагаемая конструкция преобразователя термоэлектрического позволяет производить замер температурных параметров расплавов алюминия и обеспечивает надежность термочувствительного элемента. Защищающая чехол из графитсодержащего материала цельнолитая чугунная труба, изготовленная из высокопрочного литейного (серого) чугуна, обладающего высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью и механической прочностью, защищает термоэлектрический преобразователь во время измерений температуры расплава алюминия и при технологической механической очистке оборудования.