Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь заданного значения температуры

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве первичного измерительного преобразователя заданного значения температуры. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь заданного значения температуры, содержит магнитопровод, выполненный в форме двух чашкообразных магнитопроводов Ш-образного сечения, установленных встречно внутренними полостями, в каждой из которых расположена обмотка, и магнитопроводящий индуктор, или немагнитопроводящий индуктор, имеющий на внутренней цилиндрической поверхности магнитопроводящий участок, установленный по внешней цилиндрической поверхности соосно магнитопроводу, разделенному наборной кольцеобразной вставкой, состоящей хотя бы из одного диэлектрического диамагнитного и хотя бы одного электропроводящего диамагнитного элемента, перекрывающего магнитные потоки внешнего контура магнитопровода и обмоток, имеющего хотя бы один сквозной разрез, например радиальный, причем чашкообразные магнитопроводы по внутреннему контуру сопрягаются через диэлектрический диамагнитный элемент (элементы) вставки. Новым является то, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок немагнитопроводящего теплопроводящего индуктора выполнен из материала с заданной точкой Кюри и установлен в зоне магнитопровода перекрытой вставкой. 1 н.п.ф.; 4 з.п. ф-лы; 11 илл.

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве первичного измерительного преобразователя заданного значения температуры.

Известен первичный измерительный преобразователь температуры, содержащий корпус, разделенный теплоизолирующей прокладкой на две полости, в одной из которых закреплен геркон (магнитоуправляемый контакт), а в другой - термочувствительный элемент из ферромагнитного материала с заданной точкой Кюри и постоянный магнит, корпус выполнен из теплопроводного немагнитного материала, на дне корпуса закреплен постоянный магнит, на полюса которого неподвижно установлены в качестве термочувствительного элемента и магнитопровода полюсные наконечники, направленные в сторону геркона и выполненные из феррита с заданной точкой Кюри, например марки 3000 НМ с точкой Кюри 140°C, взаимодействующие магнитным потоком с контактной системой геркона при температуре ниже точки Кюри. [ППМ 90197 RU, МПК G01K 7/38. Сигнализатор температуры / Атлас М.Б. - 2009131359/22; Заявлено 17.08.2009; Опубл. 27.12.2009. Бюл. 36].

Недостатком известного устройства является наличие подвижных элементов, что снижает ресурс и точность фиксации заданного значения температуры.

Известен первичный измерительный преобразователь температуры многоразового действия, содержащий теплопроводный корпус, термочувствительный элемент из ферромагнитного материала с заданной точкой Кюри, постоянный магнит и контактную систему, например в виде микропереключателя или геркона, термочувствительный элемент выполнен в виде полого цилиндра из феррита и закреплен торцом на дне теплопроводного корпуса, на другой торец цилиндра свободно установлен постоянный магнит, внутри цилиндра помещена пружина с опорой на постоянный магнит, а над магнитом закреплена контактная система, взаимодействующая с магнитом при температуре феррита выше точки Кюри. [ППМ 85645 RU, МПК G01K 7/38. Сигнализатор температуры / Атлас М.Б. - 2009100771/22; Заявлено 11.01.2009; Опубл. 10.08.2009. Бюл. 22].

Недостатком известного устройства является наличие подвижных элементов, что снижает ресурс и точность фиксации заданного значения температуры.

Известен индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения, содержащий магнитопровод, выполненный в форме двух чашкообразных магнитопроводов Ш-образного сечения, установленных встречно внутренними полостями, в каждой из которых расположена обмотка (обмотки), и перемещающийся индуктор имеющий хотя бы один магнитопроводящий участок и установлен по внешней цилиндрической поверхности соосно магнитопроводу, чашкообразные магнитопроводы по внутреннему контуру сопрягаются непосредственно, а по внешнему - через введенную кольцеобразную электропроводящую немагнитопроводящую перекрывающую магнитные потоки магнитопроводов и обмоток вставку, имеющую хотя бы один сквозной разрез, например радиальный [ППМ 96949 RU, МПК G01B 7/14. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения / Шаронов Г.И., Шаманов P.C., Шаманова Н.И., Шибаков В.Г., Жарин Д.Е. - 2010109022/12; Заявлено 12.03.10; Опубл. 20.08.10. Бюл. 23].

Недостатком известного устройства является невозможность определения заданного значения температуры.

Заявляемая полезная модель направлена на повышение точности контроля заданного значения температуры.

Указанная задача достигается тем, что индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь заданного значения температуры содержит магнитопровод, выполненный в форме двух чашкообразных магнитопроводов Ш-образного сечения, установленных встречно внутренними полостями, в каждой из которых расположена обмотка (обмотки), и магнитопроводящий индуктор или немагнитопроводящий индуктор, имеющий на внутренней цилиндрической поверхности магнитопроводящий участок, установленный по внешней цилиндрической поверхности соосно магнитопроводу, разделенному наборной кольцеобразной вставкой, состоящей хотя бы из одного диэлектрического диамагнитного и хотя бы одного электропроводящего диамагнитного элемента, перекрывающего магнитные потоки внешнего контура магнитопровода и обмоток, имеющего хотя бы один сквозной разрез, например радиальный, причем чашкообразные магнитопроводы по внутреннему контуру сопрягаются через диэлектрический диамагнитный элемент (элементы) вставки. Новым является то, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок немагнитопроводящего теплопроводящего индуктора выполнен из материала с заданной точкой Кюри и установлен в зоне магнитопровода перекрытой вставкой.

Как вариант исполнения, возможно, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок индуктора выполнен из метатитаната бария с точкой Кюри +100°C.

Как вариант исполнения, возможно, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок индуктора выполнен из гадолиния с точкой Кюри +16°C.

Как вариант исполнения, возможно, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок индуктора выполнен из сплава Гейслера (61% Cu, 26% Mn, 13% Al) с точкой Кюри +330°C.

Как вариант исполнения, возможно, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок индуктора выполнен из MnP с точкой Кюри +25°C.

Магнитопроводящий участок индуктора выполненный из материала с заданной точкой Кюри, позволяет точно фиксировать переход температуры контролируемого объекта через точку Кюри.

При различных вариантах исполнения индуктивный чувствительный элемент посредством теплопроводящего индуктора, связанного с контролируемым объектом, обеспечивает получение информации о нахождении температуры контролируемого объекта в заданной области.

На фиг. 1, фиг. 2 приведен первичный измерительный преобразователь заданного значения температуры в объеме независимого пункта 1 формулы полезной модели. На фиг. 3, фиг. 4 приведена конструкция электропроводящей диамагнитной вставки. На фиг. 5 и фиг. 6 раскрыты варианты конструкции индуктора. На фиг. 7 - фиг. 11 приведены электрические схемы измерительных цепей в зависимости от температуры индуктора.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Чувствительный элемент на фиг. 1 индуктивного (трансформаторного) первичного измерительного преобразователя заданного значения температуры содержит магнитопровод 2, выполненный в форме двух чашкообразных магнитопроводов Ш-образного сечения, установленных встречно внутренними полостями, в каждой из которых расположена обмотка 4. Магнитопроводящий индуктор 1 или немагнитопроводящий индуктор 1, имеет на внутренней цилиндрической поверхности магнитопроводящий участок, установлен по внешней цилиндрической поверхности соосно магнитопроводу 2, разделенному наборной кольцеобразной вставкой 3, состоящей хотя бы из одного диэлектрического диамагнитного и хотя бы одного электропроводящего диамагнитного элемента, перекрывающего магнитные потоки внешнего контура магнитопровода 2 и обмоток 4, имеющего хотя бы один сквозной разрез, например радиальный, причем чашкообразные магнитопроводы по внутреннему контуру сопрягаются через диэлектрический диамагнитный элемент (элементы) вставки 3. Магнитопроводящий индуктор 1 или магнитопроводящий участок немагнитопроводящего теплопроводящего индуктора 1 выполнен из материала с заданной точкой Кюри и установлен в зоне магнитопровода 2 перекрытой вставкой 3.

Чувствительный элемент на фиг. 2 трансформаторного первичного измерительного преобразователя заданного значения температуры содержит магнитопровод 2, выполненный в форме двух чашкообразных магнитопроводов Ш-образного сечения, установленных встречно внутренними полостями, в каждой из которых расположена первичная обмотка 4 и вторичная обмотка 5. Магнитопроводящий индуктор 1 или немагнитопроводящий индуктор 1, имеет на внутренней цилиндрической поверхности магнитопроводящий участок, установлен по внешней цилиндрической поверхности соосно магнитопроводу 2, разделенному наборной кольцеобразной вставкой 3, состоящей хотя бы из одного диэлектрического диамагнитного и хотя бы одного электропроводящего диамагнитного элемента, перекрывающего магнитные потоки внешнего контура магнитопровода 2 и обмоток 4, имеющего хотя бы один сквозной разрез, например радиальный, причем чашкообразные магнитопроводы по внутреннему контуру сопрягаются через диэлектрический диамагнитный элемент (элементы) вставки 3. Магнитопроводящий индуктор 1 или магнитопроводящий участок немагнитопроводящего теплопроводящего индуктора 1 выполнен из материала с заданной точкой Кюри и установлен в зоне магнитопровода 2 перекрытой вставкой 3.

Индуктор 1 на фиг. 5 содержит магнитопроводящий участок 6 с заданной точкой Кюри и немагнитопроводящий теплопроводящий участок 7.

Индуктор 1 на фиг. 6 представляет собой немагнитопроводящий теплопроводящий стержень 7, имеющий на внутренней цилиндрической поверхности магнитопроводящий участок 6 с заданной точкой Кюри.

Чувствительный элемент индуктивного типа на фиг. 1 работает следующим образом.

При подаче на обмотки 4 чувствительного элемента гармонического или импульсного сигнала, когда в зоне диамагнитного электропроводящего элемента вставки 3 находится термомагнитный участок 6 индуктора 1, например, при температуре выше точки Кюри, магнитные потоки обмоток 4 не взаимодействуют, наводя ЭДС в диамагнитном электропроводящем элементе вставки 3. Электрическая схема измерительной цепи представлена на фиг. 7, где 9 - образцовое сопротивление, 10 - индуктивность диамагнитного электропроводящего элемента вставки 3; 11 - внутреннее электрическое сопротивление электропроводящего элемента вставки 3 (R ~ 0). Таким образом, когда в зоне перекрытой вставкой 3 находится термомагнитный участок 6 индуктора 1 при температуре выше точки Кюри, обмотки 4 чувствительного элемента и электропроводящий элемент вставки 3 работают как трансформаторы в режиме короткого замыкания. В таком режиме практически вся энергия магнитного поля обмоток 4 передается на электропроводящий диамагнитный элемент вставки 3, где преобразуется в токи Фуко. При этом индуктивность обмоток 4 L₀₁ стремиться к нулю. Их комплексное сопротивление ₀₁ равно Z₀₁=jL₀₁+r, (где - частота напряжения питания; r - активное сопротивление обмоток), которое так же мало. Такой режим работы чувствительного элемента можно заменить схемой, которая представлена на фиг. 8. В которой сопротивление элемента 12 эквивалентно параллельному включению активного сопротивления обмоток 4 и внутреннего сопротивления диамагнитного электропроводящего элемента вставки 3. Таким образом, когда в зоне вставки 3 находится термомагнитный участок 6 индуктора 1 при температуре выше точки Кюри, комплексное сопротивление чувствительного элемента мало, а следовательно и падение напряжения на нем также имеет небольшое значение.

При понижении температуры индуктора 1, связанного с контролируемым объектом, когда в зоне вставки 3 находится термомагнитный участок 6 индуктора 1 при температуре ниже точки Кюри, основная часть магнитных потоков, направленных встречно замыкается через индуктор 1, внешний контур чашкообразного магнитопровода 2, внутренний контур чашкообразного магнитопровода 2, диэлектрический диамагнитный элемент вставки 3, внутренний контур второго чашкообразного магнитопровода 2, внешний контур второго чашкообразного магнитопровода 2 и термомагнитный участок 6 индуктора 1. Эквивалентная схема такого режима работы представлена на фиг. 9. При этом суммарный магнитны поток резко уменьшается, потери энергии также уменьшаются и ими можно пренебречь. Индуктивность чувствительного элемента становится равна

L₀₂=L₁+L₂-µL₁ L₂,

где L₁, L₂ - индуктивности соответственно первой и второй обмоток чувствительного элемента.

Сопротивление чувствительного элемента

Z₀₂=j(L₁+L₂-µL₁L₂ )+r₁+r₂

В данном случае (L₁+L₂) много больше, чем µL₁ L₂, а следовательно Z₀₂ много больше, чем Z₀₁, что соответствует большему падению напряжения на чувствительном элементе, когда в зоне вставки 3 находится термомагнитный участок 6 индуктора 1 при температуре ниже точки Кюри.

Таким образом, контролируя падение напряжения на чувствительном элементе, например, с помощью делителя напряжения на индуктивном и резистивном элементах, можно получать однозначную информацию о том, в какой заданной зоне температур находится термомагнитный участок 6 индуктора 1.

Чувствительный элемент трансформаторного типа на фиг. 2 работает следующим образом.

При подаче на первичные обмотки 4 чувствительного элемента гармонического или импульсного сигнала, когда в зоне диамагнитного электропроводящего элемента вставки 3 находится термомагнитный участок 6 индуктора 1 при температуре выше точки Кюри, магнитные потоки обмоток 4 не взаимодействуют, наводя ЭДС в диамагнитном электропроводящем элементе вставки 3, при этом практически вся энергия магнитного поля обмоток трансформируется в диамагнитный электропроводящий элемент вставки 3, где преобразуется в токи Фуко. Электрическая схема измерительной цепи представлена на фиг. 10, где 10 - индуктивность диамагнитного электропроводящего элемента вставки 3; 11 - внутреннее электрическое сопротивление электропроводящего элемента вставки 3 (R ~ 0). Таким образом, когда в зоне вставки 3 находится термомагнитный участок 6 индуктора 1 при температуре выше точки Кюри, обмотки 4 чувствительного элемента и диамагнитный электропроводящий элемент вставки 3 работают как трансформаторы в режиме короткого замыкания. При этом ЭДС индукции, наводимая во вторичных обмотках 5, имеет небольшое значение.

При понижении температуры теплопроводящего индуктора 1, связанного с контролируемым объектом, когда в зоне диамагнитного электропроводящего элемента вставки 3 находится термомагнитный участок 6 индуктора 1 при температуре ниже точки Кюри, основная часть магнитных потоков, направленных встречно замыкается через термомагнитный участок 6 индуктора 1, внешний контур чашкообразного магнитопровода 2, внутренний контур чашкообразного магнитопровода 2, диэлектрический диамагнитный элемент вставки 3, внутренний контур второго чашкообразного магнитопровода 2, внешний контур второго чашкообразного магнитопровода 2 и термомагнитный участок индуктора 1. Вставка 3 шунтируется индуктором 1, т.е. магнитный поток замыкается не на диэлектрический диамагнитный элемент вставки 3, а через термомагнитный участок 6 индуктора 1. Электрическая схема измерительной цепи представлена на фиг. 11. При этом потери энергии резко уменьшаются, а ЭДС индукции, наводимая во вторичных обмотках 5, увеличивается.

Таким образом, контролируя напряжение, наводимое во вторичных обмотках 5 чувствительного элемента, можно получать однозначную информацию о том, в какой заданной зоне температур находится термомагнитный участок 6 индуктора 1.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой полезной модели следующей совокупности условий:

- средство, выполняющее заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в измерительной технике;

- для заявленной полезной модели в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте формулы, подтверждена возможность ее осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию "промышленная применимость".

1. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь заданного значения температуры, содержащий магнитопровод, выполненный в форме двух чашкообразных магнитопроводов Ш-образного сечения, установленных встречно внутренними полостями, в каждой из которых расположена обмотка (обмотки), и магнитопроводящий индуктор или немагнитопроводящий индуктор, имеющий на внутренней цилиндрической поверхности магнитопроводящий участок, установленный по внешней цилиндрической поверхности соосно магнитопроводу, разделённому наборной кольцеобразной вставкой, состоящей хотя бы из одного диэлектрического диамагнитного и хотя бы одного электропроводящего диамагнитного элемента, перекрывающего магнитные потоки внешнего контура магнитопровода и обмоток, имеющего хотя бы один сквозной разрез, например радиальный, причём чашкообразные магнитопроводы по внутреннему контуру сопрягаются через диэлектрический диамагнитный элемент (элементы) вставки, отличающийся тем, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок немагнитопроводящего теплопроводящего индуктора выполнен из материала с заданной точкой Кюри и установлен в зоне магнитопровода, перекрытой вставкой.

2. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь заданного значения температуры по п. 1, отличающийся

тем, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок индуктора выполнен из метатитаната бария с точкой Кюри +100°С.

3. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь заданного значения температуры по п. 1, отличающийся тем, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок индуктора выполнен из гадолиния с точкой Кюри +16°С.

4. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь заданного значения температуры по п. 1, отличающийся тем, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок индуктора выполнен из сплава Гейслера (61% Сu, 26% n, 13% Al) с точкой Кюри +330°С.

5. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь заданного значения температуры по п. 1, отличающийся тем, что магнитопроводящий индуктор или магнитопроводящий участок индуктора выполнен из МnР с точкой Кюри +25°С.