Датчик температуры
TEMPERATURE SENSOR

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения температуры, и может быть использовано при измерении температуры газообразных, жидких и твердых сред.
Известен датчик температуры, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде кабельного термоэлектрического преобразователя, и защитный чехол, состоящий из отрезка трубы и пробки. При этом в пробке выполнено глухое отверстие, предназначенное для размещения части чувствительного элемента со стороны рабочего спая. Причем оболочка элемента приварена к пробке, а пробка - к трубе, образуя единый узел /Производственная компания «ТЕСЕЙ» КАТАЛОГ ПРОДУКЦИИ 2016, ТАФАРЕТ, 2015, с. 2-27/.
Известный датчик температуры обладает малой инерционностью. Так показатель тепловой инерции (τ0,63), определяемый по ГОСТ 6616-94, составляет 12 сек  для датчика наружным диаметром 10 мм. Однако его ремонтопригодность является низкой, поскольку бездефектное извлечение чувствительного элемента невозможно. Поверка и(или) калибровка датчика осуществляется без демонтажа чувствительного элемента, что ограничивает количество одновременно поверяемых и(или) калибруемых датчиков из-за их габаритных размеров.
Известен датчик температуры, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде кабельного термоэлектрического преобразователя, и защитный чехол, состоящий из отрезка трубы и пробки. При этом в пробке выполнено глухое отверстие, предназначенное для размещения части чувствительного элемента со стороны рабочего спая. Причем оболочка элемента приварена к пробке, а пробка - к трубе. Основная  часть пробки длиной не менее 10 мм размещена снаружи защитного чехла и имеет диаметр меньше, чем диаметр трубы /Производственная компания «ТЕСЕЙ» КАТАЛОГ ПРОДУКЦИИ 2016, ТАФАРЕТ, 2015, с. 2-64/.  Данный датчик обладает еще лучшими показателями по инерционности, чем предыдущий. Так показатель тепловой инерции (τ0,63), определяемый по ГОСТ 6616-94, составляет 5 сек  для датчиков наружным диаметром 10 мм при диаметре пробки 5 мм и 8 сек при диаметре пробки 7 мм. Однако ремонтопригодность указанного датчика температуры также является низкой, поскольку бездефектное извлечение чувствительного элемента невозможно. Поверка и(или) калибровка датчика осуществляется без демонтажа чувствительного элемента, что ограничивает количество одновременно поверяемых и(или) калибруемых датчиков из-за их габаритных размеров. Кроме того, изготовление такой пробки требует значительных затрат времени, что ведет к удорожанию датчика.
Наиболее близким к заявляемому датчику по технической сути является датчик температуры, включающий в себя чувствительный элемент, выполненный в виде кабельного термоэлектрического преобразователя, и защитный чехол, состоящий из отрезка трубы и пробки. Чувствительный элемент просто контактирует с пробкой в районе рабочего спая / Термоэлектрические преобразователи температуры, Теория, практика, развитие, ПК «Тесей», 2004, с. 47/. Данное техническое решение выбрано за прототип.  Конструкция прототипа относится к блочно-модульному типу исполнения датчиков и позволяет осуществлять при необходимости замену чувствительного элемента или замену чехла. Такая конструкция также позволяет осуществлять поверку и(или) калибровку большого числа датчиков одновременно, т.к. поверяются только чувствительные элементы, имеющие существенно меньший диаметр, чем датчик с чехлом (диаметр чувствительного элемента 3 мм).  Однако прототип имеет недостаточный показатель по тепловой инерционности - всего лишь 20 сек для датчика с наружным диаметром 10 мм.
Авторы решали задачу по созданию датчика температуры, лишенного указанных недостатков. Технический результат заключается в снижении показателя тепловой инерции при сохранении блочно-модульного типа исполнения, что позволяет сохранить все достоинства, присущие ему.
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается датчик температуры, включающий в себя чувствительный элемент, выполненный в виде кабельного термоэлектрического преобразователя, и защитный чехол, состоящий из отрезка трубы и пробки. Отличительной особенностью предлагаемого датчика является то, что пробка имеет длину, равную или превышающую свой диаметр, и глухое отверстие, предназначенное для размещения части чувствительного элемента со стороны рабочего спая, при этом торец пробки выступает за трубу на величину выступа К, находящуюся в диапазоне 0,5А ≤ К ≤ 2,0А, где А - диаметр чувствительного элемента.
Дополнительно предлагается выполнить торец пробки выступающим за край трубы на величину К = (1,2 ± 0,1) А.
Дополнительно предлагается часть чувствительного элемента вставить в глухое отверстие пробки с возможностью его бездефектного извлечения.
Дополнительно предлагается часть чувствительного элемента вставить в глухое отверстие пробки до упора торца оболочки в дно глухого отверстия пробки.
Дополнительно предлагается глухое отверстие выполнить с конусным участком.
Дополнительно предлагается глухое отверстие выполнить таким образом, чтобы минимальная толщина пробки была больше или равна толщине стенки трубы.
Также дополнительно предлагается наружную поверхность пробки выполнить цилиндрической переменного диаметра.
При этом кабельный термоэлектрический преобразователь может быть выполнен как с изолированным от оболочки рабочим спаем, так и с неизолированным.
Выполнение пробки длиной, равной или превышающей свой диаметр с глухим отверстием, предназначенным для размещения части чувствительного элемента со стороны рабочего спая, так что торец пробки выступает за трубу на величину выступа К, находящуюся в диапазоне 0,5А ≤ К ≤ 2,0А, позволяет значительно сократить показатель тепловой инерции датчика температуры при сохранении блочно-модульного исполнения. Так для датчика с наружным диаметром 10 мм показатель тепловой инерции составляет 8 сек.
Выполнение условия выхода торца пробки за край трубы на величину К = (1,2 ± 0,1)А наиболее  точно приближает показатель тепловой инерции к оптимальной величине.
Дополнительные предложения по пп. 3 – 5 формулы позволяют осуществлять демонтаж чувствительного элемента из защитного чехла.
Исполнение глухого отверстие таким образом, чтобы минимальная толщина пробки была больше или равна толщине стенки трубы, позволяет не снижать ресурс эксплуатации в условиях агрессивной среды.
Выполнение наружной цилиндрической поверхности пробки переменного диаметра позволяет вставлять пробку в трубу на заданную величину.
Варианты исполнения чувствительного элемента в виде кабельного термоэлектрического преобразователя с изолированным от оболочки рабочим спаем и с неизолированным позволяют расширить область применения датчика.
На фиг. 1 представлено заявляемое устройство с гладкой цилиндрической пробкой и с изолированным рабочим спаем, на  фиг. 2 представлен датчик с неизолированным от оболочки рабочим спаем и пробкой, у которой наружная цилиндрическая поверхность выполнена с переменным диаметром,   где 1 - чувствительный элемент, выполненный в виде кабельного термоэлектрического преобразователя, 2 – труба, 3 -  пробка, 4 – рабочий спай. Размер L означает длину пробки, размер D означает диаметр пробки, размер А означает диаметр чувствительного элемента, размер К – выступ пробки за край трубы, а размер S означает минимальную толщину пробки, которая равна толщине стенки чехла.
Во время работы датчика, при его нагреве, тепловой поток быстро достигает рабочего спая 4, проходя через чехол 2 и пробку 3.
Эффект быстрой теплопередачи достигается за счет того, что пробка 3, имеющая высокий коэффициент теплопроводности, быстро принимает температуру среды, а существенное увеличения площади контакта между пробкой 3 и поверхностью оболочки чувствительного элемента 1 в зоне рабочего спая 4 позволяет теплу быстро разогреть рабочий спай 4.