Датчик температуры

Полезная модель относится к области теплофизических исследований и может быть использована для измерения температуры в труднодоступных местах объектов.

Датчик температуры содержит корпус и чувствительный элемент, размещенный в чехле с наружным покрытием из теплопроводной диэлектрической пасты. В качестве такой пасты может быть использована термостойкая паста на невысыхающей кремнийорганической основе.

Полезная модель относится к области теплофизических измерений и может быть использована, например, для измерения температур в различных объектах.

Известен датчик температуры, содержащий корпус, выполненный из стекла и чувствительный элемент в виде термометрической жидкости: ртути, подкрашенного спирта и др. (см. справочник Ф.Линивег. "Измерение температур в технике", Москва, изд. "Металлургия", 1980 г., стр.33-35). Недостатком данного датчика является его хрупкость из-за применения стекла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому техническому решению является датчик температуры, содержащий корпус и чувствительный элемент, размещенный в чехле с наружным покрытием, выполненного из легкоплавкого металла или сплава (см. патент РФ на полезную модель 105440, МПК G01K 1/14, 2011 г.). Недостатком данного датчика температуры является сложность его конструкции, обусловленная необходимостью нанесения на поверхность чехла наружного покрытия из легкоплавкого металла или сплава. Для этого требуется создание и наличие специальной оснастки, которая не всегда может быть под рукой.

Целью предлагаемого технического решения является упрощение конструкции датчика и повышение точности измерения температуры.

Указанная цель достигается тем, что в известном датчике температуры, содержащим корпус и чувствительный элемент, размещенный в чехле с наружным покрытием, наружное покрытие выполнено из теплопроводной диэлектрической пасты. В качестве такой пасты может быть использована термостойкая паста на невысыхающей кремнийорганической основе.

В настоящее время для измерения температуры в труднодоступном месте объекта в последнем высверливается или при литье формируется канал, в который вставляется датчик температуры. Спай чувствительного элемента (если в качестве такого элемента используется термопара) расположен в районе торца чехла и измерение температуры происходит именно в этом районе, то есть на дне канала (в труднодоступном месте объекта). Однако измерение температуры в этом месте происходит с большой погрешностью. Дело в том, что идеально изготовить канал, особенно, если его длина в 10 и более раз превосходит его диаметр, а также идеально изготовить чехол датчика не возможно, Всегда имеются допуски, как на размеры канала и чехла датчика, так и на нелинейность этих элементов. Поэтому всегда между стенкой канала и стенкой чехла будет существовать зазор. Чем больше его величина, тем больше погрешность измерения температуры. Особенно важно не допустить появление такого зазора в торце чехла датчика, то есть на дне канала. При выполнении наружного покрытия чехла датчика из теплопроводной диэлектрической пасты последняя в процессе установки датчика в канал и его легкого колебания рукой заполняет все зазоры между чехлом датчика и объектом, в котором измеряется температура. Таким образом, контакт датчика температуры и объекта, в котором измеряется температура, становится практически идеальным. А это значит, что измерение температуры в объекте производится с минимальной погрешностью. По сравнению с известным техническим решением не нужно ждать, когда наружное покрытие расплавится. Термостойкая паста, имея вязкую консистенцию, заполняет все зазоры между датчиком и объектом еще в процессе установки датчика, что сокращает время измерения температуры. Основное требование к такой пасте - высокая ее теплопроводность, термостойкость и диэлектричность. Высокая теплопроводность нужна для хорошего термического контакта датчика температуры с объектом, то есть чтобы наружное покрытие из пасты обеспечивало минимальное термическое сопротивление, влияющее на точность измерения температуры. Нужная термостойкость обеспечивает работоспособность датчика в нужном интервале температур, а диэлектричность позволяет оградить чувствительный элемент (термопару) от внешних электрических полей, что позволяет повысить точность измерения температуры.

В качестве теплопроводной диэлектрической пасты может быть использована термостойкая паста на невысыхающей кремнийорганической основе. В настоящее время разработаны и изготавливаются керамико-полимерные теплопроводящие диэлектрические материалы марки «НОМАКОН», представляющие собой профессиональные теплопроводные термостойкие пасты на невысыхающей кремнийорганической основе. Такие пасты обеспечивают эффективный теплой контакт между двумя соприкасающимися поверхностями в аппаратуре и оборудовании различного назначения при отводе тепла от микросхем, транзисторов и других электронных элементов. В нашем случае такие пасты обеспечивают хороший тепловой контакт между чехлом датчика температуры и объектом измерения в диапазоне температур от минус 40 до плюс 200 градусов Цельсия. Невысыхаемость таких паст позволяет после процесса измерения свободно удалить датчик температуры из объекта.

На фигуре изображена конструкция предлагаемого датчика температуры со следующими обозначениями:

1 - корпус датчика;

2 - чехол;

3 - чувствительный элемент;

4 - спай чувствительного элемента;

5 - наружное покрытие.

Датчик температуры состоит из корпуса 1, к которому крепится чехол 2, который в большинстве случаев для ответственных измерений выполняется из нержавеющей стали. Внутри чехла 2 располагается чувствительный элемент (в данном случае термопара), спай 4 которой зафиксирован на торце чехла 2 на его внутренней поверхности. На чехле 2 нанесено наружное покрытие 5, выполненное из теплопроводной диэлектрической пасты. Толщина наружного покрытия 5 на поверхности чехла 2 составляет в пределах от 0,5 до 1,0 мм.

Предлагаемый датчик температуры работает следующим образом. Для измерения температуры чехол 2 вместе с наружным покрытием 5 вводится в канал исследуемого объекта. После введения чехла в объект осуществляются легкие колебательные движения датчика в направлении объекта и теплопроводная диэлектрическая паста заполняет все зазоры между чехлом и каналом в объекте, что создает идеальный контакт датчика температуры и исследуемого объекта, а это в свою очередь приводит к существенному повышению точности измерения температуры объекта. Излишки пасты выдавливаются из канала и удаляются.

Диэлектричность и хорошая теплопроводность пасты позволяет повысить точность измерения температуры в исследуемом объекте, а невысыхающие вязкостные свойства пасты обеспечивают легкое ее нанесение на чехол датчика температуры, что ведет к упрощению его конструкции.

Авторами данного технического предложения была изготовлена серия датчиков температуры с теплопроводными диэлектрическими пастами в качестве наружного покрытия и проведены замеры температуры в различных объектах, показавшие хорошие результаты.

1. Датчик температуры, содержащий корпус и чувствительный элемент, размещенный в чехле с наружным покрытием, отличающийся тем, что наружное покрытие выполнено из теплопроводной диэлектрической пасты.

2. Датчик температуры по п.1, отличающийся тем, что в качестве теплопроводной диэлектрической пасты используется термостойкая паста на невысыхающей кремнийорганической основе.