УСТРОЙСТВО ИНДИКАЦИИ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТОВ
DEVICE FOR RELATIVE MOVEMENT INDICATION OF OBJECTS

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для одновременной регистрации температуры и взаимного предельного перемещения составных частей изделия в условиях высокой температуры, например, при проведении научно-исследовательских работ.
Известен датчик положения индуктивный пороговый, предназначенный для бесконтактного контроля положения подвижных элементов технологических аппаратов химической, нефтехимической, пищевой и других отраслей промышленности. Недостатком индукционных датчиков является низкий предельный уровень рабочих температур (до плюс 100°С) и относительно высокая погрешность срабатывания датчика (±1 мм) [http://www.w3.org/1999/].
В наибольшей степени требованиям по работоспособности в условиях высокой температуры удовлетворяют электроконтактные датчики перемещения, в которых замыкание контактов (замыкание цепи) происходит в том случае, когда предельное перемещение выходит за верхнюю или нижнюю установленную границу. Примеры таких устройств для измерения перемещения приводятся в литературе (например, Н.Н. Марков, В.М. Машинистов, Н.И. Этингоф. Электроконтактные датчики для линейных измерений. §1, стр. 8).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство индикации относительного перемещения объектов, содержащее корпус, подпружиненный шток, подвижно установленный в корпусе, контактные пластины и кулачек с контактной ламелью [п. РФ №1840337, опубл. 20.09.2006]. В известном устройстве регистрация перемещения происходит в результате замыкания и размыкания электрической цепи при достижении некоторого порогового значения перемещения штока. Функционирование датчика осуществляется с помощью внешнего источника питания.
Недостатком известного устройства индикации относительного перемещения объектов являются ограниченные функциональные возможности, а именно отсутствие возможности регистрации температуры в момент достижения заданного порогового перемещения, а также относительная сложность конструкции. Для определения температуры, при достижении которой произошло перемещение штока на величину, соответствующую установленному пороговому значению, понадобится дополнительное измерительное устройство, синхронизированное с регистрацией порогового перемещения. Кроме того, для функционирования данного устройства требуется применение внешнего источника питания, что является потенциальным источником опасности в случае применения устройства во взрывоопасной среде. В определенных случаях, например при проведении научно-исследовательских работ в условиях высоких температур, требуются простые одноразовые устройства для решения указанных задач. При этом уровень температур может достигать несколько сот градусов. Этим требованиям также не удовлетворяет известное устройство индикации относительного перемещения объектов.
Техническим результатом является создание конструктивно простого устройства для регистрации момента достижения заданного предельного перемещения и одновременной регистраций температуры изделия в зоне расположения устройства в процессе нагрева без применения внешних источников питания, возможность применения устройства во взрывоопасных средах.
Технический результат достигается тем, что в устройстве индикации относительного перемещения объектов, состоящем из корпуса, подвижного штока, пружины возврата, введена термопара, корпус выполнен из электроизоляционного материала, подвижный шток выполнен из электропроводного материала и соединен с одним из электродов термопары, а второй электрод термопары соединен с объектом измерения, на подвижном штоке установлен фиксатор, ограничивающий перемещение штока на заданную величину, при которой происходит разрыв электрической цепи термопары.
Для обеспечения высокого уровня рабочих температур корпус выполняется из термостойкого материала. В частности, в качестве термостойкого материала корпуса может быть использована керамика.
Заявленное устройство за счет примененных технических предложений обеспечивает фиксацию температуры, при которой произошло срабатывание устройства, в условиях высокотемпературного воздействия. При этом благодаря примененным техническим предложениям устройство является конструктивно простым, имеет относительно низкую погрешность срабатывания датчика, высокую надежность работы в условиях высокотемпературного воздействия и не требуется внешнего источника питания, что позволяет его использовать во взрывоопасных средах.
Изложенная сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой изображена конструкция устройства для индикации относительного перемещения объектов по предлагаемому изобретению, на фиг. 2 графически изображен момент срабатывания датчика при достижении установленной пороговой величины перемещения. Устройство индикации пороговых перемещений состоит из корпуса 1, неподвижно соединенного с одной из составных частей изделия. В корпусе 1 установлен подвижный шток 2, который может перемещаться вдоль оси и возвращаться в исходное положение с помощью пружины 3. На штоке 2 с помощью фиксаторов 4 закреплен неподвижно один из электродов термопары 5. Второй электрод термопары 6 закреплен вне подвижной части изделия.
Корпус устройства 1, выполненный из термостойкого электроизоляционного материала, закрепляется к неподвижной части изделия. Подвижный шток 2, имеющий контактную площадку и выполненный из электропроводного материала, например латуни, стали, молибдена, поджимается к перемещаемой части изделия с помощью пружины 3 и имеет постоянный электрический контакт с ней. К подвижному штоку 2 с помощью фиксатора 4 закрепляется один из электродов термопары 5, например хромель или алюмель. Второй электрод 6 термопары крепится к корпусу изделия, имеющему электрический контакт с подвижной частью изделия. Фиксатор предварительно устанавливается на расстоянии Н от торца корпуса 1 датчика.
Условием работоспособности устройства является наличие электропроводной связи между зоной подвижного объекта, на которую опирается подвижный контакт устройства, и зоной крепления электродам термопары на неподвижном объекте, то есть в исходном состоянии электроды 5 и 6 должны быть электрически замкнуты через корпуса подвижного и неподвижного объекта.
Работает устройство индикации относительного перемещения объектов следующим образом.
При установке устройства в корпус, например, посредством ввинчивания корпуса в резьбовое отверстие с помощью фиксаторов 4 выставляется величина зазора Н, соответствующая перемещению составных частей, при котором произойдет срабатывание устройства. В исходном положении устройство является нормально замкнутым, т.е. цепь термопары замкнута. При этом датчик измеряет температуру изделия в зоне его установки. В процессе нагрева по мере перемещения частей изделия друг относительно друга и соответственно перемещения подвижного штока 2, поджимаемого пружиной 3, уменьшается зазор Н между фиксатором 4 и торцом корпуса устройства. При достижении зазора Н равным нулю происходит разрыв электрической цепи термопары, т.е. ЭДС термопары становится равной нулю. На фиг. 2 показан схематически момент срабатывания устройства (разрыв электрической цепи термопары) при достижении предельного перемещения. Данное устройство позволяет определять время достижения заданного предельного перемещения и температуру изделия в зоне установки устройства на момент его срабатывания.
Конструктивно корпус устройства может быть выполнен в утапливаемом и неутапливаемом исполнении. Устройство может работать в комплекте с любыми приборами (измерителями температуры), регистрирующими входной сигнал от 0 до 40 мВ. Температурный диапазон работы устройства определяется термостойкостью материала корпуса и ограничивается термической стойкостью металлической пружины. Например, если корпус датчика выполнен из стеклотекстолита, а подвижный контакт из стали, термостойкость устройства будет находиться на уровне 350°С. В случае применения корпуса из керамического материала термостойкость устройства будет определяться термической стойкостью пружины. Пружина из высокотемпературного сплава, например из никелево-хромовый сплава, может обеспечить рабочий диапазоном температур до 550°С.
Примером конкретного исполнения служит устройство индикации относительного перемещения объектов, выполненное согласно заявляемому устройству, где корпус 1 выполнен из термостойкого электроизоляционного материала стеклотекстолит марки СТЭФ. Подвижный контакт и пружина выполнены из стали. Электроды выполнены из хромель-алюмелевой термопары, провод которой имеет кремнеземную изоляцию.
Работоспособность предлагаемого технического решения подтверждена испытаниями нескольких устройств в составе изделия, в которых зазор Н настраивался на величину от 1 до 6 мм. Нагрев изделия осуществлялся до температуры 330°С. При перемещении подвижной части изделия на величину, соответствующую установленному первоначально зазору Н, происходил разрыв электрической цепи между электродами термопары, что фиксировалось прибором измерения температуры. В процессе нагрева устройство индикации относительного перемещения объектов показывало температуру изделия в зоне установки устройства, соответствующую температуре, регистрируемой независимыми средствами измерения температуры.