ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МЕТОДОМ КРАТКОВРЕМЕННОГО ПОГРУЖЕНИЯ В ТЕРМОМЕТРИРУЕМУЮ СРЕДУ

Полезная модель относится к термометрии и может быть использована для контроля температуры жидких расплавов цветных металлов, например, алюминия или криолита, в плавильных печах, ковшах и других агрегатах.
Известна конструкция термозонда по авторскому свидетельству СССР 933203 /МПК B02D 11/10, 1982/, содержащая цилиндрический огнеупорный блок, выполненный из теплоизоляционного слоя и термостойкого покрытия из плотного огнеупора, например, керамики, с наружным защитным чехлом, например, из жаропрочного металла, термопару, а также держатель блока, выполненный в виде трубки, в которой расположены электроды термопары, связывающие ее с регистрирующий прибором.
Недостатком такого устройства является низкая надежность, высокая стоимость и неудобство в обслуживании. Недостатки обусловлены следующим. Огнеупорные материалы повышают инерционность измерений. Так, согласно материалам описания, время прогрева составляет около 20 секунд. Все это время оператор должен находиться у открытой ванны с расплавленным металлом. Керамика, как правило, не стойка к термоударам.
Известны преобразователи термоэлектрические ТХА-01, ТХК-01, выпускаемые ГосНИИ НПО «Луч» /Каталог продукции ГосНИИ НПО «Луч» отделение «Техно-Луч», 2006, с.5/, которые изготавливаются из термопарного кабеля диаметром 1,5 мм с минеральной изоляцией КТМС. При этом, концевая часть преобразователя оснащена защитным наконечником, выполненным их капилляра 4×0,5 мм. Указанные преобразователи термоэлектрические могут быть использованы в металлургической промышленности, однако их использование методом погружения осложнено отсутствием узла крепления к измерительной штанге.
Кроме того, наличие зазора между оболочкой кабельной термопары и внутренней поверхностью капилляра создает дополнительное термическое сопротивление.
Наиболее близкой к заявляемой является конструкция термоэлектрических преобразователей КТХА 02.08, КТНН 02.08, производства ООО «ПК «Тесей» /Каталог продукции ООО «ПК «Тесей», май 2006, с.1-58/. Термопреобразователи изготавливаются из термопарного кабеля с минеральной изоляцией КТМС диаметром 2 или 3 мм. Защитный наконечник длиной около 300 мм изготовлен из трубы 13×2.5 и имеет узел крепления к измерительной штанге. Торцевая часть преобразователя выполнена с утонением до диаметра 8 мм. Указанные преобразователи термоэлектрические предназначены для кратковременного измерения температуры расплавленного электролита в ваннах электролизеров. Недостатком термопреобразователей типа 02.08 является ограниченное количество возможных замеров, связанное с длительностью одного замера обусловленного массой наконечника.
Задачей полезной модели является создание термоэлектрического преобразователя, лишенного указанных недостатков.
Для решения поставленной задачи предлагается термоэлектрический преобразователь для измерения температуры методом кратковременного погружения в термометрируемую среду, изготовленный из кабельной термопары, рабочая часть которой помещена в защитный наконечник, выполненный в виде металлического стержня с глухим отверстием и оснащенный узлом крепления к измерительной штанге. При этом, кабельная термопара имеет номинальный размер наружного диаметра рабочей части от 1 мм до 2 мм, а защитный наконечник имеет номинальный размер внутреннего диаметра, равный номинальному размеру наружного диаметра рабочей части термопары, причем толщина стенки защитного стержня имеет размер от 1 мм до 2 мм.
Дополнительно предлагается, допуски номинальных размеров рабочей части кабельной термопары и внутреннего диаметра защитного наконечника подобрать таким образом, чтобы они обеспечивали характер соединения рабочей части термопарного кабеля с наконечником по посадке с зазором. При этом зазор между защитным наконечником и рабочей частью кабельной термопары может быть заполнен мелкодисперсным наполнителем.
Дополнительно предлагается, допуски номинальных размеров рабочей части кабельной термопары и внутреннего диаметра защитного наконечника подобрать таким образом, чтобы они обеспечивали характер соединения рабочей части термопарного кабеля с наконечником по переходной посадке.
Дополнительно предлагается, допуски номинальных размеров рабочей части кабельной термопары и внутреннего диаметра защитного наконечника подобрать таким образом, чтобы они обеспечивали характер соединения рабочей части термопарного кабеля с наконечником по посадке с натягом.
Выполнение термоэлектрического преобразователя с указанными конструктивными элементами и их взаимным расположением позволяет значительно сократить время одного замера температуры за счет снижения инерционности преобразователя. При этом увеличивается количество измерений, несмотря на снижение толщины стенки наконечника.
На прилагаемом чертеже приведена конструкция заявленного устройства, где 1 - кабельная термопара, 2 - рабочая часть, 3 - защитный наконечник, 4 - узел крепления к измерительной штанге.
Устройство работает следующим образом. Термоэлектрический преобразователь при помощи узла крепления 4 присоединяют к измерительной штанге (на чертеже не показана) и погружают защитный наконечник 3 в термометрируемую среду на 5÷6 секунд так, чтобы термопарный кабель 1 не имел контакта со средой. Указанного времени достаточно для наступления теплового равновесия между рабочим спаем термопары и термометрируемой средой. Вторичный прибор автоматически
запоминает максимальное значение температуры, достигнутое в процессе замера.
Данные сравнительных испытаний заявленного устройства и преобразователя термоэлектрического типа 02.08, приведены в таблице 1. Термометрируемая среда - расплавленный электролит с температурой 950÷1100°С.
Таблица 1.
Заявленное устройство
КТХА 02.08
Время измерения, с
5÷6
15÷20
Количество циклов измерений
1000÷1200
770÷850