Термоэлектрический термометр с термоэлектродами из благородных металлов

Предложен термоэлектрический термометр, включающий помещенные в защитные чехлы термопары с выполненными из благородных металлов термоэлектродами, соединенными на одном конце и изолированными друг от друга, при этом каждый из термоэлектродов выполнен из цельнотянутой термоэлектродной проволоки не менее, чем с тремя участками, различающимися диаметрами сечений: участком с сечением основного диаметра, длина которого составляет не менее 200 мм, участком переменного сечения с переходом сечения от основного на меньшее в диапазоне от 200 мм до 0,8 длины каждого термоэлектрода, и участком с минимальным сечением, при этом диаметр участка с минимальным сечением термоэлектродной проволоки составляет не более половины диаметра ее основного сечения, и соединение термоэлектродов выполнено на концах проволок с основным сечением. При использовании в термоэлектрических термометрах термоэлектродов данной конструкции многократно снижается себестоимость изготовления термометров. 1 нпф, 2 фиг.

Заявляемая полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для производства термоэлектрических преобразователей с платиновыми термоэлектродами, предназначенных для измерения температуры высокотемпературных сред.

Известен термоэлектрический преобразователь, включающий платиносодержащие термоэлектроды, изолированные друг от друга керамической соломкой и помещенные в защитную арматуру, состоящую из внутреннего и наружного керамических чехлов, пространство между которыми заполнено минеральной изоляцией. (1).

Известен также термоэлектрический преобразователь, включающий платиносодержащие термоэлектроды, изолированные друг от друга керамической соломкой и помещенные в защитную арматуру, состоящую из внутреннего и наружного керамических чехлов. (2).

Известен также термоэлектрический преобразователь, состоящий из помещенных в чехол термоэлектродов, выполненных из платиносодержащих материалов, соединенных на одном конце, и изолированных друг от друга.

Недостатком известных термоэлектрических преобразователей является высокая стоимость из-за большого расхода платиносодержащих материалов на изготовление термоэлектродов. (3).

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков является термоэлектрический термометр с термопарой из благородных металлов с изолирующей многоканальной, например, двух, четырех и шестиканальной, трубкой, с внутренним и наружным керамическими чехлами и с предохранительной трубкой, служащей для соединения керамических чехлов с головкой термометра. (4).

Недостатком известного термоэлектрического преобразователя также является высокая стоимость из-за большого расхода платиносодержащих материалов на изготовление термоэлектродов.

Предлагаемой полезной моделью решается задача снижения себестоимости изготовления термоэлектрических преобразователей с термоэлектродами из благородных металлов.

Техническим результатом полезной модели является уменьшение расхода дорогостоящих благородных, например, платиносодержащих, материалов при изготовлении термоэлектрических преобразователей.

Для достижения указанного технического результата в термоэлектрическом термометре, включающем помещенные в защитные керамические чехлы термопары с выполненными из благородных металлов термоэлектродами, соединенными на одном конце и изолированными друг от друга, согласно полезной модели каждый из термоэлектродов выполнен из цельнотянутой термоэлектродной проволоки с не менее, чем тремя участками: участком с основным сечением, участком переменного сечения, с переходом сечения от основного диаметра на меньшее, и участком с минимальным сечением, причем границы участка с переменным сечением расположены в диапазоне от 200 мм до 0,8 L, где L - длина термоэлектрода во внутреннем защитном чехле, а диаметр участка с минимальным сечением составляет не более половины диаметра основного сечения термоэлектродной проволоки, кроме того, соединение термоэлектродов выполнено на концах проволок с основным сечением.

В совокупность признаков, характеризующих заявленный в качестве полезной модели термоэлектрический преобразователь, включены отличительные признаки, относящиеся к форме выполнения термоэлектродов. Выполнение термоэлектродов из благородных металлов из цельнотянутых термоэлектродных проволок с не менее, чем тремя участками: с участком основного сечения, длина которого составляет не менее 200 мм, с участком переменного сечения, с переходом сечения от основного диаметра на меньшее, границы которого расположены в диапазоне от 200 мм до 0,8 L, где L - длина термоэлектродов во внутреннем защитном чехле, и участком с минимальным сечением, диаметр которого не более половины диаметра основного сечения термоэлектродной проволоки, обеспечивает значительную экономию благородных металлов благодаря утонению используемых термоэлектродных проволок. Выполнение рабочего спая термоэлектродов на концах проволок основного сечения обеспечивает термоэлектрическому преобразователю необходимые термометрические показатели.

Утонение цельнотянутой термоэлектродной проволоки от сечения S с основным диаметром D (радиус R) до сечения S1 с диаметром D₁, (например, с радиусом R₁ , равным хотя бы половине радиуса R основного сечения), на участке, длина которого L₁ определена границами участка в диапазоне от 200 мм до 0,8L, где L - длина термоэлектродов во внутреннем защитном чехле, обеспечит более чем двукратную экономию металла, что снизит себестоимость не менее, чем в два раза, а при большей разнице диаметров основного и наименьшего сечений и длинах термоэлектродов, превышающих 1000 мм, экономия материала и снижение себестоимости будут значительней. При этом практикой подтверждено, что у термоэлектрических термометров с термоэлектродами из цельнотянутой термоэлектродной проволоки с тремя участками, в том числе и участком переменного сечения, сохраняется работоспособность и термометрические показатели, как у термометров с термоэлектродами из цельнотянутой проволоки с постоянным сечением.

Пример выполнения термоэлектрического термометра поясняется чертежами.

На фиг.1 приведен продольный разрез термометра с платиновым и платиносодержащим термоэлектродами.

На фиг 2 схематично показано выполнение термопары.

Термоэлектрический термометр содержит термопару, состоящую, например, из платинородиевого 1 и платинового 2 термоэлектродов, каждый из которых выполнен из термоэлектродной цельнотянутой проволоки, которая имеет участок 3 с постоянным основным сечением, длина L₁ которого составляет не менее 200 мм, участок 4 с переменным сечением, длина L₂ которого определена границами отрезка, заключенного в диапазоне от 200 мм до 0,8 длины термоэлектрода, и участок 5 с наименьшим диаметром, длина L₃ которого определена соответственно границами крайнего отрезка термоэлектрода 1 или 2 и составляет не менее 0,2 общей длины термоэлектрода во внутреннем защитном чехле. Термоэлектроды 1 и 2, заключенные во внутренний керамический чехол 6 и наружный керамический чехол 7, соединены между собой рабочим спаем 8 на концах участков 3 с основным сечением, образуя термопару (на фиг.2), и изолированы друг от друга двухканальной керамической соломкой 9. На наружный керамический чехол 6 надета предохранительная металлическая трубка 10, служащая для соединения наружного керамического чехла 6 с головкой 11, предназначенной для размещения контактных клемм 12, которые служат для соединения выводов 13 термоэлектродов с длиной L₄ и диаметром d (радиус r), равным не более половины диаметра основного сечения (радиуса R), с измерительной цепью электронного прибора (на чертежах не показан).

При измерении температуры расплава стекла конец защитной арматуры с термопарой из термоэлектродов 1 и 2, постепенно опускают в расплав стекла. Величина термоэлектродвижущей силы, возникающей между свободными концами термоэлектродов, прикрепленных к контактным клеммам 12 в головке 11, преобразуется в удобный для отсчета или регистрации показания электронного измерительного прибора, подключаемого к контактным клеммам 12 в головке 11. По показаниям электронного измерительного прибора определяют температуру расплава стекла.

Примерный расчет экономии благородного металла, расходуемого на изготовление одного из термоэлектродов при использовании термоэлектродной цельнотянутой проволоки диаметром 0,5 мм и длиной L=1000 мм, выполненной с участком переменного сечения, располагающегося на отрезке с границами от 200 мм до 0,8 L, и с участком с наименьшим сечением, диаметр которого составляет 0,5 диаметра участка с основным сечением, т.е. r=½R.

Для расчета используем формулу соотношения объемов проволоки без утонения -V и объем проволоки с утонением V_l:

V:V₁=(R²×L):(R²×200)+×0,6L×(R²+r×R+r²)+(r²×0,2L)

где:

V - объем цилиндрической цельнотянутой проволоки с постоянным сечением, радиусом R=0,5 мм;

V₁ - объем цельнотянутой проволоки с утонением, содержащей не менее, чем три участка, в том числе: с участок 4 цилиндрической формы с основным сечением радиусом R, длина которого (высота цилиндра) L₁ составляет не менее 200 мм, участок 5 с переменным сечением, представляющим собой усеченный конус с основанием радиусом R и основанием радиусом r, длина которого (высота усеченного конуса) определена границами отрезка, заключенного в интервале от 200 мм до 0,8L, т.е. L₂=800-200=600 мм, определяемый по формуле ×L₂(R²⁺R×r+r² ), и участка 6 цилиндрической формы с минимальным сечением с радиусом r=½R и длиной L₃ крайнего отрезка термоэлектрода во внутреннем защитном чехле и L₄ - длиной выводов 13, (высотой цилиндра), где L₃ составляет не менее 0,2L, a L₄ задается приблизительно от 60 до 80 мм.

Т.е. для длины термоэлектрода во внутреннем защитном корпусе L=1000 мм L₃+L₄=260 мм.

V:V₁=(R²L):{(R²L₁)+L₂(R²+R×r+r²)+[r²×(L₅+L₄)]},

При r=¼R, L₁=200 мм, L₂ =600 мм и L₃=200 мм и R=0,5 мм

V:V ₁=(R²×L):(R²×200)+×L₂(R²+R×¼R+R ²_/16)+(R²/16×260),

V:V₁ =785 мм³:(157+206,06+39,81) мм³=2,05

При значении диаметра основного сечения термоэлектродной проволоки на участке 4 равным 0,5 мм и утонении проволоки на участке 5 до диаметра 0,25 мм и значении длины термоэлектродной проволоки от 1000 мм получим двукратную экономию металла.

При диаметре основного сечения термоэлектродной проволоки 0,5 мм на участке 4 и утонении ее до 0,16 мм (наиболее распространенный диапазон значений толщин термоэлектродных проволок, используемых для изготовления термопар в термоэлектрических термометрах) и значении длины термоэлектродной проволоки свыше 1000 мм, на изготовление термоэлектродов будет использовано благородных металлов в 3,8 раза меньше, чем при использовании проволоки постоянного сечения, т.е. экономия металла будет почти четырехкратной.

Для термоэлектродов большей длины экономия металла будет еще больше, следовательно себестоимость изготовления термометров из-за снижения материальных затрат также уменьшится многократно.

Источники информации, принятые во внимание:

1. Описание к патенту RU 11392 U1, кл.6 H01L 35/00, опубл. 16.09.1999

2. Описание к патенту на полезную модель 57515 по Кл. H01L 35/00, опубликован 10.10.2006.

3. Описание к патенту на полезную модель 39704 по Кл. G01K 15/00, опубликован 10.08.2004.

4. Справочника «Измерение температур в технике Ф.Линевег. Перевод с немецкого Т.И.Киселевой и В.А.Федоровича под редакцией Л.А.Чарихова, М., «Металлургия», 1980, стр.90, рис.3.34 (Прототип) - копия прилагается.

Термоэлектрический термометр, включающий помещенные в защитный чехол термопары с выполненными из благородных металлов термоэлектродами, соединенными на одном конце и изолированными друг от друга, отличающийся тем, что каждый из термоэлектродов выполнен из цельнотянутой термоэлектродной проволоки не менее чем с тремя участками: участком с основным сечением, участком переменного сечения с переходом сечения от основного диаметра на меньшее и участком с минимальным сечением, причем границы участка с переменным сечением расположены в диапазоне от 200 мм до 0,8 L, где L - длина термоэлектрода во внутреннем защитном чехле, а диаметр участка с минимальным сечением составляет не более половины диаметра основного сечения термоэлектродной проволоки, кроме того, соединение термоэлектродов выполнено на концах проволок с основным сечением.