ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Заявляемый в качестве полезной модели термоэлектрический преобразователь относится к измерительной технике, а в частности, к датчикам температуры, используемым в качестве чувствительного элемента или сменной термовставки в термометрах, предназначенных для измерения температуры ответственных объектов (например, температуры сред корабельных энергетических установок).
Известен термоэлектрический преобразователь, содержащий термопару, представленную термоэлектродами круглого сечения, помещенными в плоский защитный чехол, внутреннее пространство которого заполнено минеральной изоляцией (1).
Использование известной термопары в качестве термовставки в термометрах, применяемых для измерения температуры рабочих сред энергетических объектов, требует проведения тестирования термопары без извлечения термометра из объекта контроля, для чего в наружном защитном корпусе термометра необходимо иметь еще один канал для контрольной термопары.
Недостатком конструкции известной термопары является то, что при использовании ее в качестве термовставки в термометре, который должен иметь еще один наружный защитный корпус и канал для контрольной термопары, не эффективно используется внутренний объем наружного защитного чехла термометра, что ведет к увеличению размеров последнего и, как следствие, к снижению его быстродействия.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по назначению, технической сущности и достигаемому результату является термоэлектрический преобразователь, содержащий одну или несколько термопар, представленных термоэлектродами круглого сечения, помещенными в круглые наружные защитные чехлы, внутреннее пространство каждого из которых заполнено минеральной изоляцией (2) (ГОСТ 23847-79 чертеж 4).
Недостатком данной конструкции является ограниченная возможность использования такого термоэлектрического преобразователя в качестве термовставки для создания термометров с наружным защитным корпусом круглого сечения, в котором должен быть еще расположен дополнительный внутренний круглый канал для контрольной (образцовой) термопары. Дополнительный внутренний канал необходим для периодического ввода в зону измерения термометра контрольного датчика температуры (термопары.), контролирующего метрологические характеристики термометра без снятия его с объекта контроля. Снять термометр с объекта контроля для его метрологической поверки в любой момент времени не всегда возможно: например, при эксплуатации корабельной энергетической установки. Остановка энергетической установки требует разгрузки ее от избыточного давления, что не всегда допустимо по эксплуатационным условиям.
Наличие в круглой внутренней полости дополнительного наружного защитного чехла термометра еще двух круглых объектов (штатной термовставки и канала для контрольного датчика) не позволяет оптимальным образом использовать внутреннее пространство наружного чехла термометра, ведет к увеличению его габаритов, что не всегда технологически допустимо, и не позволяет обеспечить его быстродействие при сохранении надежности. Для увеличения надежности термометра необходимо увеличивать диаметры жил термоэлектродов (см. ГОСТ 1790-77 приложение 3), что еще больше увеличивает диаметр термоэлектрического преобразователя. Диаметр наружного защитного чехла термометра, при
цилиндрических формах штатной (рабочей) термопары (термоэлектрического преобразователя) и контрольного канала, увеличивается еще на диаметр контрольного канала, который, при существующих технологических возможностях, составляет не менее 2-3 мм. Тем самым, повышая надежность термоэлектрического преобразователя за счет увеличения диаметра термоэлектродов и соответственно его диаметра, увеличивается наружный диаметр наружного защитного корпуса термометра, что ведет к снижению быстродействия последнего, а также к увеличению стоимости за счет увеличения веса корпуса, выполняемого из дорогих жаропрочных и легированных сталей и сплавов.
Техническим результатом от использования полезной модели является уменьшение диаметра наружного защитного корпуса термометра, создаваемого на основе предлагаемого термоэлектрического преобразователя, при сохранении надежности за счет возможности увеличения или сохранения номинального диаметра жил термоэлектродов.
Указанный результат достигается тем, что в термоэлектрическом преобразователе, содержащем одну или несколько термопар, представленных термоэлектродами круглого сечения, помещенными в защитный чехол, внутреннее пространство которого заполнено минеральной изоляцией, согласно полезной модели, наружная поверхность защитного чехла термопары выполнена с одним или несколькими продольными каналами, оси которых параллельны оси защитного чехла. Продольный канал на наружной поверхности защитного чехла термопары может быть различной формы: круглой, или в виде треугольной канавки или в виде плоской лыски.
Продольный канал на наружной поверхности защитного чехла термоэлектрического преобразователя в идеале может повторять круглую форму и размеры контрольного канала термометра, т.е. иметь круглое сечение, с центром окружности, смещенным относительно оси защитного чехла, однако, при малых (менее 4 мм) диаметрах термоэлектрического преобразователя, в силу технологических трудностей, он может быть выполнен в виде треугольной канавки, или плоской лыски.
Выполнение одного или нескольких продольных каналов на наружной поверхности защитного чехла термопары, параллельно его оси, позволяет, не уменьшая диаметра термоэлектродных жил, а также расстояний между ними и защитным чехлом, более оптимально разместить в круглом наружном защитном корпусе термометра штатную термовставку (термоэлектрический преобразователь) и контрольный канал для образцового термодатчика например, цилиндрической формы, и, тем самым, уменьшить диаметр термометра. Это дает возможность создать термометр более высокого быстродействия при сохранении надежности и с возможностью оперативной проверки его метрологических характеристик в процессе эксплуатации.
Уменьшение диаметра наружного защитного корпуса термометра ведет к повышению его быстродействия (уменьшению показателя тепловой инерции).
Пример выполнения заявленного термоэлектрического преобразователя приведен на чертежах.
На фиг.1 показан общий вид возможного исполнения предлагаемого термоэлектрического преобразователя.
На фиг.2 представлено сечение А-А фиг.1 при выполнении на наружной поверхности защитного чехла термопары продольного канала цилиндрической формы.
На фиг.3 - сечение А-А фиг.1 при выполнении на наружной поверхности защитного чехла термопары продольного канала в виде лыски.
На фиг.4 - сечение А-А фиг.1 - продольный канал на наружной поверхности защитного чехла термопары выполнен в виде угловой канавки.
На фиг.5 - приведены условные сечения термометра, созданного на основе термопары с каналами, формы которых представлены на фиг.2, 3, 4.
Термоэлектрический преобразователь содержит защитный чехол 1, выполненный, например, из стали, термопару из термоэлектродных жил 2 и 3, например, из сплавов хромель-алюмель, помещенных во внутреннюю полость защитного чехла 1. Внутренняя полость защитного чехла 1 заполнена уплотненной минеральной изоляцией 4, например, окисью алюминия или магния. На наружной поверхности защитного чехла 1 термопары, параллельно его оси, выполнен продольный канал 5. Термоэлектрический преобразователь помещен в наружный корпус 6 термометра, в котором сформирован контрольный канал 7 круглой формы, вписанный в продольный канал 5 защитного чехла 1 термопары. Возможные варианты размещения контрольного канала термометра в продольном канале защитного чехла термопары приведены на фиг.5. Свободное пространство в корпусе 6 термометра заполнено минеральной изоляцией 8 для повышения вибростойкости термометра.
Термоэлектрический преобразователь используется следующим образом:
При создании термометра на основе предлагаемого термоэлектрического преобразователя, защитный чехол 1 с термоэлектродами 2 и 3, дистанционированными минеральной изоляцией 4, и сформированным продольным каналом 5 устанавливается в наружном защитном корпусе 6 термометра, при этом формируется контрольный канал 7 для образцового термодатчика, который вписывается в продольный канал 5 защитного чехла 1 термоэлектрического преобразователя таким образом, чтобы получить наименьший диаметр описанной окружности этой сборки, определяющей диаметр наружного корпуса 6 термометра.
Приведенные на фиг.5 варианты условного сечения термометра отражают результаты конструкторской проработки при определении диаметра описанной окружности (внутреннего диаметра дополнительного защитного чехла 6) при различных формах канала на наружной поверхности предлагаемого термоэлектрического преобразователя.
При возникновении необходимости контроля показаний термоэлектрического преобразователя, используемого в термометре, в канал 7 вставляется образцовый термодатчик (на чертеже не показан) по данным которого судят о метрологических характеристиках термометра.
За счет более оптимального использования внутреннего пространства наружного защитного чехла 6 появляется возможность уменьшить его наружный диаметр при сохранении толщины стенки, сохранить диаметр термолектродных жил 2 и 3 и расстояний между токопроводящими элементами(между жилами 2 и 3 и защитным чехлом 1)
Результаты конструкторский проработки (фиг.5) показывают, что предлагаемое решение позволяет уменьшить диаметр наружного защитного корпуса 6 термометра на 2-3 мм.
На практике заявляемое техническое решение позволяет создавать термометры с каналом для контрольного термодатчика с диаметром наружного корпуса 5-6 мм., что сравнимо с диаметрами широко применяемых термометров без канала для контрольного термодатчика.
Таким образом, при использовании заявляемого термоэлектрического преобразователя появляется возможность осуществить модернизацию находящихся в эксплуатации термометров, путем замены используемых в них термоэлектрических преобразователей на более современные (с каналом для контрольного термодатчика) без доработки посадочных гнезд в действующем оборудовании. При этом обеспечивается сохранение надежности и быстродействия термометров.
Источники информации, принятые во внимание при оценке уровня техники:
1. ГОСТ 23847-79 «Термопреобразователи термоэлектрические кабельные типов КТХАС, КТХАСп, КТХКС», чертеж 3.
2. ГОСТ 23847-79 «Термопреобразователи термоэлектрические кабельные типов КТХАС, КТХАСп, КТХКС», чертеж 4 (Прототип, копия прилагается)