ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Заявляемая полезная модель относится к области термометрии, а именно к устройствам для измерения температуры и может быть использована в различных областях промышленности для контроля температуры в высокотемпературных технологических процессах и предназначена для стационарной установки при длительном времени работы и периодического контроля на месте установки.
Известно устройство для непрерывного термоэлектрического измерения температуры в агрессивных средах, например в жидком металле. Устройство содержит металлокерамическую защитную арматуру и несколько горячих спаев, которые закреплены в арматуре на разных расстояниях от разрушающейся поверхности арматуры, погруженной в агрессивную среду (см. авторское свидетельство СССР №252957, МПК G 01 K 7/02, публикация 22.09.69). Однако металлокерамическая арматура устройства не обладает герметичностью. Испарение металлов с электродов, диффузия компонентов сплавов в материал электродов и их деформация снижают точность измерения температуры и не позволяет длительно проводить измерения с высокой точностью и надежностью. Отсутствует периодический контроль показаний температуры на месте установки стационарного термоэлектрического преобразователя из-за отсутствия возможности установки проверочного датчика.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является термоэлектрический преобразователь,
содержащий защитную арматуру, состоящую из наружной и внутренней керамических оболочек, изолятор, выполненный в виде одноканальной керамической соломки, нанизанной на каждый термоэлектрод так, что стыки соломки, нанизанной на один термоэлектрод, совпадают с телом соломки, нанизанной на другой термоэлектрод. Пространство между керамическими оболочками заполнено минеральной изоляцией (см. полезная модель России, МПК: Н 01 L 35/00, публикация 16.09.99). Различия в коэффициентах линейного термического расширения (КЛТР) составных частей термоэлектрического преобразователя ведет к механической деформации термоэлектродов при их эксплуатации в режиме теплосмен. Возникающие при этом остаточные напряжения вызывают изменения термо-ЭДС, что снижает надежность и качество работы устройства. Через стыки в соломке возможно загрязнение термоэлектродов, что ведет к изменению термо-ЭДС. Отсутствует периодический контроль показаний температуры на месте установки стационарного термоэлектрического преобразователя из-за отсутствия возможности установки проверочного датчика.
Предлагаемая полезная модель решает задачу создания термоэлектрического преобразователя, обеспечивающего стабильный и надежный контроль температуры и позволяющего производить периодический контроль показаний непосредственно на объекте посредством сверки с проверочным термоэлектрическим преобразователем, имеющим более точные характеристики.
Для достижения указанного технического результата в термоэлектрическом преобразователе, содержащем защитную арматуру, состоящую из наружной и внутренней оболочек, изолятор, внутри которого размещены термоэлектроды, соединенные попарно горячими спаями, имеется возможность периодической установки в основной преобразователь 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 и образуют две электрически независимые пары термоэлектродов. Горячие 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. Кроме того, наружная оболочка выполнена жаростойкой металлической, канал для проверочного преобразователя расположен по оси изолятора, а горячие спаи основных термоэлектродов и проверочного преобразователя находятся в одной зоне.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше прототипа являются наличие общего для всех термоэлектродов изолятора, расположенного по длине основного преобразователя, а также возможность периодической установки в основной преобразователь проверочного преобразователя. Термоэлектроды основного преобразователя и
проверочный преобразователь размещены в сквозных каналах изолятора и образуют две электрически независимые пары термоэлектродов. Горячие 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. Кроме того, наружная оболочка выполнена жаростойкой металлической, канал для проверочного преобразователя расположен по оси изолятора, а горячие спаи основных термоэлектродов и проверочного преобразователя находятся в одной зоне.
Благодаря наличию этих признаков обеспечивается стабильный и надежный контроль температуры посредством сверки непосредственно на объекте с проверочным преобразователем, имеющим более точные характеристики. Изоляция термоэлектродов цельным длинномерным четырехканальным изолятором, керамическим колпачком либо намоткой из керамической огнеупорной нити снижает их загрязнение. Спаи стационарных термопар расположены в пазах длинномерного изолятора, что исключает закорачивание их друг на друга и на защитную арматуру проверочного термопреобразователя при увеличении их длины за счет КЛТР. Установка спаев основных термоэлектродов и спая проверочного преобразователя в одной зоне, т.е. преимущественно в одной плоскости и с минимально возможным расстоянием между ними, позволяет максимально точно контролировать температуру рабочего процесса в агрегатах.
Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».
Критерий «промышленная применимость» может быть подтвержден тем, что созданы опытные образцы заявляемой конструкции и проведено их испытание, подтвердившее обеспечение конструкцией заявляемых технических характеристик.
Предлагаемый термоэлектрический преобразователь иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе; на фиг.2 показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе - первый вариант выполнения пазов на торце изолятора в виде проточки по хорде; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3; на фиг 5 показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе -второй вариант выполнения пазов на торце изолятора в виде кольцевой проточки; на фиг.6 - сечение В-В на фиг.5; на фиг.7 - сечение Г-Г на фиг.6; на фиг.8 - показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе -третий вариант выполнения пазов на боковой поверхности изолятора в виде проточек по хорде; на фиг.9 - сечение Д-Д на фиг.8; на фиг.10 - сечение Е-Е на фиг.9; на фиг.11 - показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе - четвертый вариант выполнения пазов на торце и боковой поверхности изолятора в виде проточки по хорде; на фиг.12 - сечение Ж-Ж на фиг.11; на фиг.13 - сечение И-И на фиг.12; на фиг.14 - показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе - вариант выполнения
внутренней оболочки в виде намотки из огнеупорной керамической нити в пазах на боковой поверхности изолятора; на фиг.15 - сечение К-К на фиг.14; на фиг.16- сечение Л-Л на фиг.15.
Термоэлектрический преобразователь содержит защитную арматуру, имеющую наружную жаростойкую металлическую оболочку 1 и внутреннюю оболочку, которая может быть выполнена в виде керамического колпачка 2 (см. фиг.2...13) или в виде намотки из огнеупорной керамической нити 2 (см. фиг.14...16). Керамический колпачок 2 в нахлест без зазора надет на торец цельного длинномерного керамического изолятора 3. Для достижения лучшей изоляции место соединения торца изолятора 3 и колпачка 2 обработано керамическим клеем и подвергнуто термообработке. Внутренняя оболочка Т из спирально намотанной огнеупорной керамической нити для достижения лучшей герметичности обработана керамическим клеем и подвергнута термообработке. В четырех каналах изолятора 3 размещены и изолированы друг от друга и окружающей атмосферы две независимые пары термоэлектродов 4 и 5, Термоэлектроды 4 и 5 соединены попарно горячими спаями 6 и 7. В торцевой части изолятора 3 выполнены пазы 8 или 9 для горячих спаев 6 и 7. Пазы могут быть выполнены на торце изолятора 3 симметрично относительно его оси в виде двух проточек 8′ по хорде (см. фиг.2...4) или в виде кольцевой проточки 8′′ (см. фиг.5...7). Пазы могут быть также выполнены на боковой поверхности изолятора 3 в виде двух симметричных относительно оси изолятора проточек 9′ (см. фиг.8...10; 14...16) или 9″ (см. фиг.11...13). Проверочный преобразователь 10 по мере необходимости может быть размещен в канале 11,
выполненном по оси изолятора 3. Горячие спаи 6 и 7 основных термоэлектродов 4 и 5 и спая 12 проверочного преобразователя 10 размещены преимущественно в одной плоскости и с минимально возможным расстоянием между ними.
Устройство работает следующим образом. Термоэлектрический преобразователь помещают в технологическое отверстие корпуса агрегата, например, металлургического (на фиг. не показан). Две стационарные пары термоэлектродов 4 и 5 установлены в длинномерный четырехканальный изолятор 3, при этом одна из них, например 4, задатчик температуры, подключена к устройству, которое задает уровень температуры необходимый для проведения процесса. Вторая пара термоэлектродов 5 является независимой и контролирует работу первой пары 4. Пара термоэлектродов 4 измеряет температуру и дает сигнал на регулятор, который подает на исполнительный орган сигнал на нагрев или охлаждение. Вторая пара термоэлектродов 5 показывает значение температуры в агрегате. Для контроля стационарных пар термоэлектродов в центральное отверстие изолятора 3 устанавливается проверочный преобразователь 10 периодического действия. С его помощью определяется, какая из пар термоэлектродов имеет погрешность, превышающую допустимые нормы и соответственно должна быть демонтирована и отправлена на поверку и замену. Проверочный преобразователь 10 повышенной точности устанавливается через определенные интервалы времени, определяемые технологическим процессом.
Устройство обеспечивает стабильный и надежный контроль температуры при помощи двух независимых пар стационарных термоэлектродов и позволяет проводить периодический контроль их показаний при помощи проверочного преобразователя без демонтажа, непосредственно на объекте.