ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ И АГРЕССИВНЫХ СРЕД

Конструкция полезной модели относится к измерительной технике и может быть использована при измерении температуры в диапазоне от 0°C до 1100°C, в агрессивных средах, в расплавах металлов.
Для измерения температуры используют различные термопреобразователи, отличающиеся способом преобразования температуры в промежуточный сигнал.
В энергетике, металлургии, химической, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности широко используются термопреобразователи, имеющие рабочий орган, выполненный в виде чувствительного элемента (ЧЭ) из металлического провода. Так ЧЭ термопреобразователей сопротивления (ТС) выполнен из металлической проволоки, преобразующий измерение температуры в измерение электрического сопротивления, а ЧЭ термоэлектрических преобразователей (ТП) состоит из двух разнородных термоэлектродных проводов и преобразует температуру в термо-ЭДС.
Используемые для измерения температуры термопреобразователи представляют собой реагирующие устройства, состоящие из чувствительного элемента (ЧЭ) с защитной арматурой, внутренних соединительных проводов и внешних выводов, позволяющих осуществить подключение к электрическим измерительным устройствам.
Для увеличения ресурса службы, надежности работы термопреобразователей при их эксплуатации в условиях высоких температур, в агрессивных средах, необходима хорошая изоляция ЧЭ от рабочей среды.
Существует множество конструкций защитной арматуры, которые должны обеспечивать прочностные характеристики термопреобразователей в соответствии с условиями их применения.
Например, известен ТП для высокотемпературных и агрессивных сред, содержащий термочувствительный элемент в виде кабельной термопары и защитную арматуру, выполненную в виде заглушенного с одной стороны металлического чехла, помещенного в соединенный с ним дополнительный чехол из графитсодержащего материала, который в свою очередь помещен в защитный наружный чехол в виде цельнолитой чугунной трубы (Полезная модель RU №100852, МПК: H01L 35/00, опубл. 27.08.2010 г.).
Недостатком данного термопреобразователя является часто возникающая необходимость измерения температуры в более широком диапазоне, защитная арматура выполнена составной и места стыковки разрушаются под воздействием агрессивной среды.
Часто материалом для защитной арматуры является цельнотянутая трубка 12Х18H10Т во фторопластовой оболочке (см. сайт НПП «ЭЛЕМЕР» по адресу - http://www.elemer.ru/. Каталог 2012 г.). Его недостаток заключается в ограничении измерения температуры до 200°C.
Защитные чехлы, выполненные нз Luxal 203, применяются для измерения высоких температур, но прочностные характеристики его не велики, они трескаются, а также они обладают большой инертностью.
Техническим результатом предложенного решения является разработка конструкции термопреобразователя с чувствительным элементом из металлического провода с повышенной стойкостью к агрессивным средам и к высоким температурам, следовательно и срок службы у них увеличивается.
Указанный технический результат достигается тем, что термопреобразователь с чувствительным элементом из металлического провода, помещенным к защитную арматуру, выполненную в виде заглушенной с одной стороны металлической трубки. При этом используется трубка, на которой защитный слой сформирован плазменным осаждением керамики.
Например, ТП, как правило, выполнены из провода термопарного с минеральной изоляцией марок КТМС(ХА), КТМСп(ХА), КТМС(ХК) и КТМСп(ХК). Они предназначены для изготовления термопар, которые используются для измерения температур. Оболочки таких проводников представляют собой также трубку, выполненную из металла.
Распыление с помощью плазмы обычно называют плазменным напылением. Наиболее оправдано его применение для создания керамических покрытий.
Как правило, его применяют для создания на поверхности деталей и оборудования функциональных покрытий - износостойких, коррозионно-стойких, антифрикционных, антизадирных, теплостойких, термобарьерных, электроизоляционных, электропроводных, и т.д. Материалами для напыления служат порошки, шнуры и проволоки из металлов, металлокерамики и керамики.
Сущность плазменного напыления заключается в том, что в высокотемпературную sнизменную струю подается распыляемый материал, который нагревается, плавится и в виде двухфазного потока направляется на подложку. При ударе и деформации происходит взаимодействие частиц с поверхностью основы иди напыляемым материалом и формирование покрытия.
Плазменным напылением наносятся износостойкие, антифрикционные, жаростойкие, коррозионностойкие и другие покрытия.
2
3
Толщина защитного керамического слоя. например AlO, нанесенного на трубку, составляет от 0.3 до 0.7 мм. Для того чтобы скомпенсировать разницу теплового расширения трубки и керамического защитного слоя, на трубку дополнительно напыляется промежуточный слой, имеющий коэффициент теплового расширения средний между коэффициентами теплового расширения металла, из которого изготовлена трубка, и керамикой.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется схематичным изображением термопреобразователя с чувствительным элементом из металлического провода.
Термопреобразователь включает чувствительный элемент 1, который помещен в защитную арматуру - металлическую трубу 2, заглушенную с одной стороны и покрытую защитным слоем 3 сформированным плазменным осаждением керамики. Металлическая защитная арматура соединена с головкой 4, предназначенном для размещения контактных клемм, которые служат для соединения чувствительного элемента 1 с измерительной цепью электронного прибора.
При измерении температуры высокотемпературной среды конец защитной арматуры темопреобразователя с чувствительным элементом 1 из металлической провода постепенно опускают в измеряемую среду. Величина сигнала возникающего на чувствительном элементе 1 преобразуется в удобный для отсчета или регистрации показания в электронном измерительном приборе, подключенном к контактам клемм в головке 4. По показаниям электронного измерительного прибора определяют измеряемую температуру среды.
Конструкция полезной модели была опробована. Результаты испытаний дали положительный эффект и отражены в протоколе испытаний.