ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к средствам измерения температуры и может быть использована при измерении температуры расплава стекла.
Известно техническое решение, указанное в справочнике «Измерение температур в технике», Ф.Линевег, Перевод с немецкого Т.И.Киселевой и В.А.Федоровича, под редакцией Чарихова, Москва, «Металлургия», 1980, с.316-317, раздел 8.3.3., рис. 8.18. В указанной монографии помещена информация о термоэлектрическом термометре для расплавов стекла, включающем термоэлектроды, выполненные из благородных металлов (платиносодержащие термоэлектроды). Термоэлектроды изолированы друг от друга многоканальной изолирующей трубкой, выполненной из керамики. Термоэлектроды помещены в защитную арматуру, состоящую из керамических внутреннего и наружного чехлов. Конец внутреннего керамического чехла состыкован с платиновым защитным чехлом, который через цементную набивку закреплен на внутренней поверхности наружного чехла.
Термоэлектрический преобразователь по указанному техническому решению недостаточно надежен и имеет ограниченную область применения. Указанный недостаток обусловлен, во-первых, тем, что наконечник выполнен из платины. Поэтому такие преобразователи можно применять там, где на поверхности чехла можно обеспечить окислительную атмосферу. При наличии восстановительной атмосферы из расплава стекла восстанавливаются кремний и фосфор которые вступают в реакцию с платиной и образуют эвтектические соединения, характеризующиеся низкой температурой плавления и очень крупнозернистой кристаллической структурой. Кроме того, механическая прочность платины в результате рекристаллизации при высокой температуре снижается, при температурах выше 1400°С рост зерна в платине приобретает катастрофический характер. Во-вторых, поскольку наконечник закреплен в наружном керамическом чехле только при помощи цементной набивки, существует вероятность выпадения наконечника из керамического чехла в результате разрушения цементной набивки под действием больших и(или) резких изменений температуры.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому термоэлектрическому преобразователю является техническое решение по патенту /RU57515, H01L 35/00, 2006/, в соответствии с которым термоэлектрический преобразователь включает в себя платиносодержащие термоэлектроды, изолированные друг от друга керамической соломкой и помещенные в защитную арматуру, состоящую из внутреннего и наружного керамических чехлов. Конец наружной поверхности внутреннего керамического чехла армирован платиновым наконечником. Данное техническое решение принято за прототип.
Прототип также характеризуются недостаточной надежностью и имеет ограниченную область применения. Указанный недостаток обусловлен, во-первых, тем, что наконечник выполнен из платины, а следовательно ему присущи недостатки описанные выше. Во-вторых, поскольку способ крепления наконечника в описании патента не раскрыт, а судя по рисунку он просто вставлен в зазор между наружным и внутренним чехлом (возможно, для крепления на внутреннем керамическом чехле применяются высокотемпературные клеящие составы), существует вероятность сползания наконечника с керамического чехла в результате больших и(или) резких изменений температуры.
Авторы решали задачу по созданию термоэлектрического преобразователя, лишенного указанных недостатков. Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности при эксплуатации в окислительной атмосфере и расширение области применения.
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается термоэлектрический преобразователь с чувствительным элементом в виде платинородий-платиновой или платинородий-платинородиевой термопары, расположенной в многоканальной керамической трубке, помещенной в защитный керамический чехол, на рабочей части которого закреплен металлический наконечник. Отличительной особенностью заявляемого термоэлектрического преобразователя является то, что наконечник изготовлен из платинородиевого сплава с содержанием родия от 5% до 30%, при этом кромка открытого торца наконечника выполнена в виде кольцевого загиба.
Известно, что платинородиевые сплавы химически более инертны и обладают большими прочностными характеристиками, чем чистая платина. Они также менее склоны к рекристаллизации при высокой температуре.
Применение наконечника из платинородиевого сплава с содержанием родия от 5% до 30% позволяет повысить его механическую прочность, снизить предрасположенность к росту зерна под воздействием температуры вплоть до 1600°С и склонность к созданию эвтектических соединений, характеризующиеся низкой температурой плавления и очень крупнозернистой кристаллической структурой. Наличие кольцевого загиба открытого торца наконечника позволяет повысить надежность крепления наконечника в пространстве между керамической трубой и чехлом. Наконечник «цепляется» загибом за внутреннюю поверхность трубы и прежде чем выпасть должен вытолкнуть весь слой клеевой пасты, превратившийся под воздействием температуры в монолитный слой на внутренней поверхности керамической трубы, или разогнуться.
На фиг.1 представлен заявляемый термоэлектрический преобразователь, на фиг.2 - наконечник,
где 1 - термопара, 2 - многоканальная керамическая трубка, 3 - защитный керамический чехол, 4 - наконечник, 5 - клеммная головка, 6 - керамическая труба, 7 - армирующая труба из стали или сплава, 8 - клеевая паста, 9 - кромка открытого торца наконечника выполненная в виде кольцевого загиба.
Устройство работает следующим образом. Термоэлектрический преобразователь устанавливают на объекте так, чтобы наконечник 4 находился в контакте с термометрируемой средой. Термоэлектроды термопары 1 в клеммной головке 5, закрепленной на армирующая труба из стали или сплава 7, соединяют с компенсационными проводами, которые, в свою очередь, подключены к регистрирующему прибору. При наличии градиента температуры по длине термоэлектродов в термопаре 1 возникает термоэлектродвижущая сила, величина которой фиксируется регистрирующим прибором. Наконечник из платинородиевого сплава 4 приклеен высокотемпературным клеевым составом на керамический чехол 3 и защищает его от непосредственного взаимодействия с термометрируемой средой.
При резких колебаниях температуры рабочей среды возможно образование трещин и зазоров между поверхностью наконечника и клеевой пастой 8, превратившейся под воздействием температуры в монолитный слой на внутренней поверхности керамической трубы 6. Кольцевой загиб 9 на кромке наконечника предотвращает сползание наконечника с керамического чехла. Цельная многоканальная керамическая трубка 2 не только электрически изолирует термоэлектроды термопары 1 друг от друга, но в значительной степени предотвращает перенос паров родия с одного термоэлектрода на другой.