Термопреобразователь

Термопреобразователь относится к измерительной технике, в частности, к датчикам температуры, предназначенным для измерения температуры ответственных объектов, обеспечивая возможность проверки их метрологических характеристик в процессе эксплуатации без демонтажа с объекта контроля.

Термопреобразователь, содержащий защитный чехол, в котором несоосно размещен кабельный датчик температуры, подключенный к клеммной колодке, скрепленной с защитным чехлом и имеющей сквозное отверстие, внутри защитного чехла установлен дополнительный защитный чехол, герметичный по длине основного защитного чехла и выполненный со стороны клеммной колодки с внутренним съемным герметичным уплотнением, выполненным в виде резьбовой пробки, снабженной конусным запорным элементом и со сквозным отверстием, перпендикулярным его оси и расположенным между запорным элементом резьбовой пробки и наружным торцем внутреннего защитного чехла. Внутреннее пространство основного защитного чехла заполнено минеральной изоляцией и герметизировано со стороны клеммной колодки, при этом в качестве минеральной изоляции внутреннего пространства основного защитного чехла применена окись алюминия, или магния, и со стороны клеммной колодки внутреннее пространство основного защитного чехла герметизировано компаундом. Техническим результатом использования термопреобразователя является повышение герметичности и вибростойкости его конструкции. 2 зпф, 2 фиг.

Заявляемый в качестве полезной модели термопреобразователь относится к измерительной технике, в частности, к датчикам температуры по ГОСТ Р 8.585 и ГОСТ 6651, предназначенным для измерения температуры ответственных объектов, и может быть использован в различных областях промышленности для контроля температуры объектов с ответственными технологическими процессами, обеспечивая возможность проверки их метрологических характеристик в процессе эксплуатации без демонтажа с объекта контроля.

Известен термоэлектрический преобразователь, содержащий защитную арматуру, состоящую из наружной и внутренней оболочек, керамический изолятор, внутри которого в сквозных каналах по длине основного преобразователя размещены термоэлектроды, соединенные попарно горячими спаями, и имеется продольный канал для периодической установки в него проверочного преобразователя, размещенный по центру общего для всех термоэлектродов изолятора (1).

Недостатком конструкции является низкая надежность при измерении температуры агрессивных сред, например, радиоактивного теплоносителя, в котором, в результате охрупчивания металла защитного чехла последний может разрушиться, и возникнет опасность выхода теплоносителя за пределы объекта контроля через негерметизированные каналы керамического изолятора.

Известен также термоэлектрический преобразователь, содержащий одну или несколько термопар, представленных термоэлектродами, помещенными в защитный чехол, внутреннее пространство которого заполнено минеральной изоляцией, и продольные каналы, для ввода проверочного преобразователя, расположенные на наружной поверхности защитного чехла (2). Продольные каналы на наружной поверхности защитного чехла могут быть различной формы: круглой, или в виде треугольной канавки или в виде плоской лыски.

Недостатком известной конструкции является негерметичность наружных каналов, что сужает область использования термопреобразователя, т.к. его использование требует установки в дополнительную защитную арматуру. Но на ответственных объектах, при повреждении установочной защитной арматуры, через негерметичные каналы возможен выход агрессивной среды за пределы термометрируемого объекта.

Наиболее близким к заявляемому по назначению и техническому результату является устройство для измерения температуры в виде термоэлектрического преобразователя содержащее клеммную колодку, защитный чехол, в котором узлом крепления несоосно закреплены датчик температуры в виде термопарного кабеля в металлической оболочке с минеральной изоляцией и контрольный канал в виде направляющего элемента, предназначенный для введения контрольного или эталонного средства измерения, при этом узел крепления выполнен со сквозным отверстием, закрытым съемной пробкой, а направляющий элемент выполнен в виде трубки, соединенной со сквозным отверстием (3).

Недостатком данной конструкции является ее низкая надежность при измерении температуры агрессивных сред ответственных объектов, например, теплоносителя атомной реакторной установки, и низкая устойчивость в условиях вибрации.

При разрушении защитного чехла в результате воздействия агрессивной среды, (например в результате охрупчивания металла под воздействием радиации) через сквозное отверстие узла крепления термочувствительного элемента и контрольного канала агрессивный теплоноситель выйдет за пределы объекта контроля, создавая аварийную ситуацию. Кроме того, попав в клеммную колодку термопреобразователя, теплоноситель изменит сопротивление изоляции между клеммами и выводами кабельного датчика температуры, что изменит и показания термопреобразователя в целом.

Другой недостаток термопреобразователя обусловлен консольным креплением кабельного датчика температуры, осуществляемым узлом крепления в защитном чехле. В условиях вибрации датчик температуры может резонансно ответить частоте вибрации, что может привести к отказу термопреобразователя в целом и потребует замены, которая на ответственных объектах с длительным циклом эксплуатации технологически сложна, а порой и недопустима.

Технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является повышение надежности термопреобразователей и обеспечение безопасности ее эксплуатации при контроле температуры ответственных объектов.

Техническим результатом использования заявляемого в качестве полезной модели термоэлектрического преобразователя является повышение герметичности и вибростойкости его конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в термопреобразователе, содержащем защитный чехол, в котором несоосно размещен кабельный датчик температуры, подключенный к клеммной колодке, скрепленной с защитным чехлом и имеющей сквозное отверстие, согласно полезной модели, внутри защитного чехла установлен дополнительный защитный чехол, герметичный по длине основного защитного чехла и выполненный со стороны клеммной колодки с внутренним съемным герметичным уплотнением, выполненным в виде резьбовой пробки, снабженной конусным запорным элементом и со сквозным отверстием, перпендикулярным его оси и расположенным между запорным элементом резьбовой пробки и наружным торцем внутреннего защитного чехла, а внутреннее пространство основного защитного чехла заполнено минеральной изоляцией и герметизировано со стороны клеммной колодки, при этом в качестве минеральной изоляции внутреннего пространства основного защитного чехла применена окись алюминия, или магния, и со стороны клеммной колодки внутреннее пространство основного защитного чехла герметизировано компаундом.

Установка в основной защитный чехол дополнительного герметичного защитного чехла позволяет выделить герметичное пространство для периодического ввода в него контрольного малогабаритного датчика температуры с целью оперативной проверки пригодности основного кабельного датчика температуры и введения в результат измерения необходимых поправок, при этом, засыпка внутреннего пространства минеральной изоляцией, например, окисью алюминия или магния, с последующим ее уплотнением на вибростенде закрепляет в основном защитном чехле штатный кабельный датчик температуры и дополнительный защитный чехол, повышает вибростойкость термопреобразователя за счет исключения консольных соединений кабельного датчика температуры и дополнительного защитного чехла и продлевает срок службы.. Герметизация внутреннего пространства основного защитного чехла компаундом со стороны клеммной колодки не позволяет выйти наружу агрессивному теплоносителю при разрушениях основного защитного чехла, а съемное герметичное уплотнение дополнительного защитного чехла не позволяет выйти наружу теплоносителю при разрушениях основного и дополнительного защитных чехлов и обеспечивает возможность, с минимальным риском для персонала, определить наличие или отсутствие теплоносителя в дополнительном защитном чехле и соответственно констатировать его целостность или разрушение.

При отказе штатного кабельного датчика температуры и разрушениях основного защитного чехла контроль температуры объекта можно вести по контрольному датчику температуры, помещенному в дополнительный защитный чехол, сняв при этом съемное герметичное уплотнение, выполненное в виде резьбовой пробки с конусным запорным элементом. Проверка наличия теплоносителя в дополнительном чехле (если и он разрушен) производится с минимальным риском для персонала за счет свойств конусного запорного элемента, образующего со сквозным отверстием, перпендикулярным его оси и расположенным между уплотнением и торцем внутреннего защитного чехла, механизм золотникового типа: при минимальной разгерметизации уплотнения теплоноситель выйдет к клеммной колодке в небольших количествах через сквозное отверстие, сигнализируя о разрушениях основного и дополнительного защитных чехлов. В данном случае персонал сражу же загерметизирует уплотнение.

Такое выполнение конструкции термопреобразователя повышает его надежность при измерении температуры ответственных объектов, т.к. при разрушениях защитного чехла контроль температуры можно вести по показаниям кабельного датчика температуры, если он выполнен герметичным, например, по ГОСТ 23847-79 «Термопреобразователи термоэлектрические кабельные типов КТХАС, КТХАСп, КТХКС». Агрессивный теплоноситель не выйдет за пределы объекта благодаря наличию уплотненной засыпки минеральной изоляцией, герметичности дополнительного канала, обеспечиваемой съемным герметичным уплотнением, и герметизации элементов термопреобразователя компаундом, тем самым не создается угроза персоналу и не изменится сопротивление изоляции выводов кабельного датчика температуры на клеммной колодке.

Пример реализации заявляемой полезной модели поясняется эскизами.

На фиг.1 представлен общий вид термопреобразователя в разрезе с выноской Б.

На фиг.2 показано выполнение съемного герметичного уплотнения.

Термоэлектрический преобразователь содержит наружный защитный чехол 1, соединенный втулкой 2 со снабженной съемной крышкой головкой 3, в которой размещена клеммная колодка 4. В клеммной колодке выполнено центральное отверстие 5, через которое в наружный защитный чехол 1 введены кабельный датчик температуры 6, выполненный в виде кабельной термопары или кабельного термометра сопротивления в металлической оболочке с минеральной изоляцией, выводы 7 которого подсоединены к клеммам 8 клеммной колодки 4, и дополнительный защитный чехол 9, выполненный в виде заглушенной снизу герметичной трубки, внутренняя полость которого предназначена для установки в нее контрольного или эталонного средства измерения (на чертеже не показано) в процессе работы термометрируемого объекта. Термочувствительный элемент 6 и дополнительный защитный чехол 9 закреплены в наружном защитном чехле 1 уплотненной минеральной изоляцией 10 из окиси алюминия или магния, что исключает вибрирование кабельного датчика температуры 6 и дополнительного защитного чехла 9 внутри защитного чехла 1. Центрирование и ориентация кабельного датчика температуры 6 и дополнительного защитного чехла 9 в защитном чехле 1 и, соответственно, в термопреобразователе, производится технологической пластиной 11 с отверстиеми. Внутреннее пространство защитного чехла 1 выше пластины 11 залито компаундом 12, который выдерживает давление измеряемой среды объекта контроля (на чертеже не показан) при разрушении рабочего конца защитного чехла 1. К торцу дополнительного защитного чехла 9 соосно приварена установочная втулка 13. В установочной втулке 13, в зоне клеммной колодки 4, выполнено съемное герметичное уплотнение, представленное резьбовой пробкой 14, установленной в резьбовом гнезде 15 и снабженной запорным конусным элементом 16, (на фиг.2), контактирующим при закручивании резьбовой пробки 14 с внутренней поверхностью 17 установочной втулки 14. Внутренняя поверхность 17 установочной втулки (на фиг.2) также выполнена конусной, и образует герметичное уплотнение дополнительного защитного чехла 9 с посадкой «металл по металлу», не требующее дополнительных уплотнений и выдерживающее давление измеряемой среды. В боковой стенке установочной втулки 13, между резьбовым участком резьбового гнезда 15 и внутренней поверхностью 16 выполнено отверстие 18 малого диаметра d, придающего съемному герметичному уплотнению свойства золотникового механизма, выполняющего функции индикации наличия (или отсутствия) в полости дополнительного защитного чехла контролируемой среды.

Термопреобразователь работает следующим образом. После установки и закрепления термоэлектрического преобразователя в технологическом отверстии в корпусе термометрируемого объекта (на чертежах не показан), выводы 7 кабельного датчика температуры 6 через контакты 8 клеммной колодки 4, подключают к приборам контроля и/или регулирования (на чертежах не показаны) и ведут измерение температуры. При необходимости проверки показаний штатного кабельного датчика температуры 6 в рабочих условиях без демонтажа термопреобразователя с объекта контроля, вначале проверяют целостность наружного 1 и дополнительного 9 защитных чехлов термопреобразователя, для чего открывают крышку головки 3, и медленно выкручивают съемную резьбовую пробку 13 на один - два витка из резьбового гнезда 15, тем самым разгерметизируя уплотнение, образованное внутренней поверхностью 17 и запорным конусным элементом 16 резьбовой пробки 14, для того, чтобы убедиться в отсутствии или наличии течи или повышенного давления среды внутри контрольного канала. В случае повреждения наружного 1 и дополнительного 9 защитных чехлов контролируемая среда может начать «сочиться» через радиальное отверстие 18, тогда резьбовую пробку 14 возвращают в исходное состояние, герметизируя дополнительный защитный чехол и предотвращая выход контролируемой среды за пределы термометрируемого объекта. При отсутствии течи резьбовую пробку 14 извлекают из резьбового гнезда 15 установочной втулки 12 и во внутренню полость дополнительного канала 9 вводят рабочую часть контрольного или эталонного средства измерения (на чертеже не показано).

При разрушении только наружного защитного чехла 1 контроль температурного режима объекта ведется по показаниям герметичного кабельного датчика температуры 6, при этом агрессивная рабочая среда не может выйти за пределы термопреобразователя из-за уплотненной засыпки минеральной изоляции 10 и, герметизации участка внутренней полости основного защитного чехла 1 со стороны клеммной колодки 4 элементом 12 в виде слоя компаунда.

В случае отказа кабельного датчика 6 контроль температуры объекта ведут определенное время по показаниям контрольного или эталонного датчика температуры, введенного через внутреннее отверстие установочной втулки 13 во внутреннюю полость дополнительного защитного чехла 9..

Таким образом, наличие дополнительного защитного чехла в термопреобразователе, положение которого внутри наружного защитного чехла стабилизировано уплотненной минеральной изоляцией и герметизировано со стороны клеммной колодки слоем компаунда, и снабжение дополнительного защитного чехла съемным герметичным уплотнением с радиальным отверстием в боковой стенке установочной втулки, повышает надежность и безопасность эксплуатации термопреобразователя при контроле температуры ответственных объектов.

Источники информации, принятые во внимание:

1. Описание к патенту на ПМ 41864, опубликовано 10.11.2004 г.

2. Описание к патенту на ПМ 69238, опубликовано 10.12.2007

3. Описание к патенту на изобретение 2299408, опубликовано 20.05.2007 (Прототип)

1. Термопреобразователь, содержащий защитный чехол, в котором несоосно размещен кабельный датчик температуры, подключенный к клеммной колодке, скрепленной с защитным чехлом и имеющей отверстие, отличающийся тем, что внутри защитного чехла размещен герметичный относительно внутреннего объема основного защитного чехла дополнительный защитный чехол, установленный посредством втулки в отверстии клеммной колодки, при этом во втулке имеющей внутри соединенный с дополнительным защитным чехлом цилиндрический участок, а также конусный и резьбовой участки, выполнено герметичное уплотнение дополнительного защитного чехла, образованное в зоне контакта поверхности конусного участка втулки с устанавливаемой съемно в резьбовом участке втулки резьбовой пробкой, выполненной с элементом конусной посадки, кроме того, в боковой стенке втулки выполнено сквозное отверстие, перпендикулярное ее оси и расположенное между конусным и резьбовым участками, а внутреннее пространство основного защитного чехла заполнено минеральной изоляцией и герметизировано со стороны клеммной колодки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве минеральной изоляции применена окись алюминия или магния.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что герметизация внутреннего пространства основного защитного чехла со стороны клеммной колодки осуществлена компаундом.