Термоэлектрический преобразователь

Устройство относится к области термометрии, а именно к устройствам для контроля температуры в высокотемпературных технологических процессах и предназначено для стационарной установки при длительном времени работы. Устройство обеспечивает стабильный и надежный контроль температуры при помощи двух пар стационарных термоэлектродов и позволяет проводить периодический контроль их показаний при помощи проверочного преобразователя без демонтажа, непосредственно на рабочем месте. Термоэлектрический преобразователь содержит защитную арматуру, имеющую наружную жаростойкую металлическую оболочку 1 и внутреннюю оболочку, которая может быть выполнена в виде керамического колпачка 2 или в виде намотки из огнеупорной керамической нити 2. Керамический колпачок 2 внахлест без зазора надет на торец цельного длинномерного керамического изолятора 3. В четырех каналах изолятора 3 размещены и изолированы друг от друга и окружающей атмосферы две независимые пары термоэлектродов 4 и 5, Термоэлектроды 4 и 5 соединены попарно горячими спаями 6 и 7. В торцевой части изолятора 3 выполнены пазы 8 или 9 для горячих спаев 6 и 7. Горячие спаи 6 и 7 основных термоэлектродов 4 и 5 и спая 12 проверочного преобразователя 10 размещены преимущественно в одной плоскости и с минимально возможным расстоянием между ними.

Заявляемая полезная модель относится к области термометрии, а именно к устройствам для измерения температуры и может быть использована в различных областях промышленности для контроля температуры в высокотемпературных технологических процессах и предназначена для стационарной установки при длительном времени работы и периодического контроля на месте установки.

Известно устройство для непрерывного термоэлектрического измерения температуры в агрессивных средах, например в жидком металле. Устройство содержит металлокерамическую защитную арматуру и несколько горячих спаев, которые закреплены в арматуре на разных расстояниях от разрушающейся поверхности арматуры, погруженной в агрессивную среду (см. авторское свидетельство СССР №252957, МПК G 01 K 7/02, публикация 22.09.69). Однако металлокерамическая арматура устройства не обладает герметичностью. Испарение металлов с электродов, диффузия компонентов сплавов в материал электродов и их деформация снижают точность измерения температуры и не позволяет длительно проводить измерения с высокой точностью и надежностью. Отсутствует периодический контроль показаний температуры на месте установки стационарного термоэлектрического преобразователя из-за отсутствия возможности установки проверочного датчика.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является термоэлектрический преобразователь,

содержащий защитную арматуру, состоящую из наружной и внутренней керамических оболочек, изолятор, выполненный в виде одноканальной керамической соломки, нанизанной на каждый термоэлектрод так, что стыки соломки, нанизанной на один термоэлектрод, совпадают с телом соломки, нанизанной на другой термоэлектрод. Пространство между керамическими оболочками заполнено минеральной изоляцией (см. полезная модель России, МПК: Н 01 L 35/00, публикация 16.09.99). Различия в коэффициентах линейного термического расширения (КЛТР) составных частей термоэлектрического преобразователя ведет к механической деформации термоэлектродов при их эксплуатации в режиме теплосмен. Возникающие при этом остаточные напряжения вызывают изменения термо-ЭДС, что снижает надежность и качество работы устройства. Через стыки в соломке возможно загрязнение термоэлектродов, что ведет к изменению термо-ЭДС. Отсутствует периодический контроль показаний температуры на месте установки стационарного термоэлектрического преобразователя из-за отсутствия возможности установки проверочного датчика.

Предлагаемая полезная модель решает задачу создания термоэлектрического преобразователя, обеспечивающего стабильный и надежный контроль температуры и позволяющего производить периодический контроль показаний непосредственно на объекте посредством сверки с проверочным термоэлектрическим преобразователем, имеющим более точные характеристики.

Для достижения указанного технического результата в термоэлектрическом преобразователе, содержащем защитную арматуру, состоящую из наружной и внутренней оболочек, изолятор, внутри которого размещены термоэлектроды, соединенные попарно горячими спаями, имеется возможность периодической установки в основной преобразователь проверочного преобразователя, помещаемого в общий для всех термоэлектродов изолятор. Термоэлектроды основного преобразователя и проверочный преобразователь размещены в сквозных каналах изолятора, расположенного по длине основного преобразователя и образуют две электрически независимые пары термоэлектродов. Горячие спаи термоэлектродов основного преобразователя расположены в пазах, выполненных в торцевой части изолятора. Внутренняя оболочка выполнена в виде керамического колпачка, надетого на торцевую часть изолятора или в виде намотки из огнеупорной керамической нити, закрывающих горячие спаи термоэлектродов. Кроме того, наружная оболочка выполнена жаростойкой металлической, канал для проверочного преобразователя расположен по оси изолятора, а горячие спаи основных термоэлектродов и проверочного преобразователя находятся в одной зоне.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше прототипа являются наличие общего для всех термоэлектродов изолятора, расположенного по длине основного преобразователя, а также возможность периодической установки в основной преобразователь проверочного преобразователя. Термоэлектроды основного преобразователя и

проверочный преобразователь размещены в сквозных каналах изолятора и образуют две электрически независимые пары термоэлектродов. Горячие спаи термоэлектродов основного преобразователя расположены в пазах, выполненных в торцевой части изолятора. Внутренняя оболочка выполнена в виде керамического колпачка, надетого на торцевую часть изолятора или в виде намотки из огнеупорной керамической нити, закрывающих горячие спаи термоэлектродов. Кроме того, наружная оболочка выполнена жаростойкой металлической, канал для проверочного преобразователя расположен по оси изолятора, а горячие спаи основных термоэлектродов и проверочного преобразователя находятся в одной зоне.

Благодаря наличию этих признаков обеспечивается стабильный и надежный контроль температуры посредством сверки непосредственно на объекте с проверочным преобразователем, имеющим более точные характеристики. Изоляция термоэлектродов цельным длинномерным четырехканальным изолятором, керамическим колпачком либо намоткой из керамической огнеупорной нити снижает их загрязнение. Спаи стационарных термопар расположены в пазах длинномерного изолятора, что исключает закорачивание их друг на друга и на защитную арматуру проверочного термопреобразователя при увеличении их длины за счет КЛТР. Установка спаев основных термоэлектродов и спая проверочного преобразователя в одной зоне, т.е. преимущественно в одной плоскости и с минимально возможным расстоянием между ними, позволяет максимально точно контролировать температуру рабочего процесса в агрегатах.

Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».

Критерий «промышленная применимость» может быть подтвержден тем, что созданы опытные образцы заявляемой конструкции и проведено их испытание, подтвердившее обеспечение конструкцией заявляемых технических характеристик.

Предлагаемый термоэлектрический преобразователь иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе; на фиг.2 показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе - первый вариант выполнения пазов на торце изолятора в виде проточки по хорде; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3; на фиг 5 показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе -второй вариант выполнения пазов на торце изолятора в виде кольцевой проточки; на фиг.6 - сечение В-В на фиг.5; на фиг.7 - сечение Г-Г на фиг.6; на фиг.8 - показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе -третий вариант выполнения пазов на боковой поверхности изолятора в виде проточек по хорде; на фиг.9 - сечение Д-Д на фиг.8; на фиг.10 - сечение Е-Е на фиг.9; на фиг.11 - показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе - четвертый вариант выполнения пазов на торце и боковой поверхности изолятора в виде проточки по хорде; на фиг.12 - сечение Ж-Ж на фиг.11; на фиг.13 - сечение И-И на фиг.12; на фиг.14 - показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе - вариант выполнения

внутренней оболочки в виде намотки из огнеупорной керамической нити в пазах на боковой поверхности изолятора; на фиг.15 - сечение К-К на фиг.14; на фиг.16- сечение Л-Л на фиг.15.

Термоэлектрический преобразователь содержит защитную арматуру, имеющую наружную жаростойкую металлическую оболочку 1 и внутреннюю оболочку, которая может быть выполнена в виде керамического колпачка 2 (см. фиг.2...13) или в виде намотки из огнеупорной керамической нити 2 (см. фиг.14...16). Керамический колпачок 2 в нахлест без зазора надет на торец цельного длинномерного керамического изолятора 3. Для достижения лучшей изоляции место соединения торца изолятора 3 и колпачка 2 обработано керамическим клеем и подвергнуто термообработке. Внутренняя оболочка Т из спирально намотанной огнеупорной керамической нити для достижения лучшей герметичности обработана керамическим клеем и подвергнута термообработке. В четырех каналах изолятора 3 размещены и изолированы друг от друга и окружающей атмосферы две независимые пары термоэлектродов 4 и 5, Термоэлектроды 4 и 5 соединены попарно горячими спаями 6 и 7. В торцевой части изолятора 3 выполнены пазы 8 или 9 для горячих спаев 6 и 7. Пазы могут быть выполнены на торце изолятора 3 симметрично относительно его оси в виде двух проточек 8 по хорде (см. фиг.2...4) или в виде кольцевой проточки 8 (см. фиг.5...7). Пазы могут быть также выполнены на боковой поверхности изолятора 3 в виде двух симметричных относительно оси изолятора проточек 9 (см. фиг.8...10; 14...16) или 9 (см. фиг.11...13). Проверочный преобразователь 10 по мере необходимости может быть размещен в канале 11,

выполненном по оси изолятора 3. Горячие спаи 6 и 7 основных термоэлектродов 4 и 5 и спая 12 проверочного преобразователя 10 размещены преимущественно в одной плоскости и с минимально возможным расстоянием между ними.

Устройство работает следующим образом. Термоэлектрический преобразователь помещают в технологическое отверстие корпуса агрегата, например, металлургического (на фиг. не показан). Две стационарные пары термоэлектродов 4 и 5 установлены в длинномерный четырехканальный изолятор 3, при этом одна из них, например 4, задатчик температуры, подключена к устройству, которое задает уровень температуры необходимый для проведения процесса. Вторая пара термоэлектродов 5 является независимой и контролирует работу первой пары 4. Пара термоэлектродов 4 измеряет температуру и дает сигнал на регулятор, который подает на исполнительный орган сигнал на нагрев или охлаждение. Вторая пара термоэлектродов 5 показывает значение температуры в агрегате. Для контроля стационарных пар термоэлектродов в центральное отверстие изолятора 3 устанавливается проверочный преобразователь 10 периодического действия. С его помощью определяется, какая из пар термоэлектродов имеет погрешность, превышающую допустимые нормы и соответственно должна быть демонтирована и отправлена на поверку и замену. Проверочный преобразователь 10 повышенной точности устанавливается через определенные интервалы времени, определяемые технологическим процессом.

Устройство обеспечивает стабильный и надежный контроль температуры при помощи двух независимых пар стационарных термоэлектродов и позволяет проводить периодический контроль их показаний при помощи проверочного преобразователя без демонтажа, непосредственно на объекте.

1. Термоэлектрический преобразователь, содержащий защитную арматуру, состоящую из наружной и внутренней оболочек, керамический изолятор, внутри которого размещены термоэлектроды, соединенные попарно горячими спаями, отличающийся тем, что основной термоэлектрический преобразователь имеет возможность периодической установки в него проверочного преобразователя, помещаемого в общий для всех термоэлектродов изолятор, термоэлектроды основного преобразователя и проверочный преобразователь размещены в сквозных каналах изолятора, расположенного по длине основного преобразователя, спаи термоэлектродов основного преобразователя расположены в пазах, выполненных в торцевой части изолятора, внутренняя оболочка выполнена в виде керамического колпачка, надетого на торцевую часть изолятора, или в виде намотки из огнеупорной керамической нити, закрывающих горячие спаи термоэлектродов.

2. Термоэлектрический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в изоляторе установлены две электрически независимые пары термоэлектродов, а их горячие спаи расположены в симметричных пазах торцевой части изолятора.

3. Термоэлектрический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что наружная оболочка выполнена жаростойкой металлической.

4. Термоэлектрический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что канал для поверочного преобразователя расположен по оси изолятора.

5. Термоэлектрический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что горячие спаи основных термоэлектродов и проверочного преобразователя находятся в одной зоне.