датчик температуры теплоносителя в трубе

Формула изобретения

1. Датчик температуры теплоносителя в трубе, содержащий корпус и гибкий щуп с термочувствительным элементом, отличающийся тем, что датчик снабжен изогнутой гильзой, длина которой превышает радиус трубы, в гильзу вставлен щуп, соединяющий электронную схему, расположенную в корпусе датчика, с термочувствительным элементом, расположенным на оси трубы.

2. Датчик температуры по п.1, отличающийся тем, что гильза либо вваривается в трубу, либо является съемной и в этом случае уплотняется с помощью прокладки и гайки.

3. Датчик температуры по п.1, отличающийся тем, что гильза изогнута так, что пересекает ось трубы более одного раза.

4. Датчик температуры по п.1, отличающийся тем, что в качестве термочувствительного элемента используется термочувствительный кристаллический резонатор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к датчикам температуры.

Известны датчики температуры, содержащие корпус и помещенный в него термочувствительный элемент /Электрические измерения неэлектрических величин. Под ред. Новицкого. Изд. 6-е, перераб. и доп. Л. «Энергия», 1983./. Чувствительный элемент датчиков температуры представляет собой термозависимое сопротивление (обычно медное или платиновое), или термопару (например, хромель-копель, хромель-алюмель и т.д.), или термочувствительный пьезоэлектрический резонатор и др. Чувствительный элемент помещен в щуп, имеющий форму трубки. В некоторых случаях щуп вводится в гильзу, служащую для защиты от механического воздействия, например, гидростатическим давлением, или гидродинамического напора жидкости. Гильзу со щупом вставляют в отверстие в трубе и герметично фиксируют, например, штуцером с резьбой.

Для измерения в трубах малого диаметра длину щупа и гильзы уменьшают. Однако уменьшение длины возможно только до определенной величины из-за того, что при коротком щупе тепло (или холод) окружающей среды по корпусу гильзы и щупу передается чувствительному элементу, вызывая появление погрешности. Поэтому существует минимальная длина щупа и гильзы, меньше которой использовать нельзя из-за увеличения погрешности измерения. Эту же проблему можно трактовать и таким образом: использование относительно коротких щупов для измерения в трубах малого диаметра приводит к появлению погрешности от влияния окружающей температуры.

В определенной мере эту проблему можно решить, используя датчики с гибким щупом. Прототипом предлагаемого технического решения является погружной датчик температуры жидкости типов ТСПТ 105, ТСПТ 106, ТСПТ 206/Каталог продукции 2004 г. Производственной Компании «Тесей», г.Обнинск Калужской области, пр.Ленина 75А, http://www.tesey.com/. За счет того, что щуп прототипа выполнен из гибкого кабеля, он в средней части может быть изогнут вплоть до сворачивания в петлю. Такой датчик может быть помещен в трубе диаметром меньшим, чем длина щупа. Однако имеются ограничения по диаметру изгиба: он не должен быть меньше, чем пятикратный диаметр кабеля. Кроме того, изгиб может быть расположен не ближе 150 мм от рабочего конца щупа. В результате использование прототипа для измерения температуры в трубах диаметром меньше 175 мм без дополнительной погрешности от влияния окружающей температуры невозможно.

Задачей изобретения является расширение сферы применения датчика и снижение погрешности измерения.

Поставленная задача достигается тем, что датчик температуры теплоносителя в трубе, содержащий корпус и гибкий щуп с термочувствительным элементом, снабжен изогнутой гильзой, длина которой превышает радиус трубы, в гильзу вставлен щуп, соединяющий электронную схему, расположенную в корпусе датчика, с термочувствительным элементом, расположенным на оси трубы.

Гильза либо вваривается в трубу, либо является съемной и в этом случае уплотняется с помощью прокладки и гайки.

В варианте исполнения гильза изогнута так, что пересекает ось трубы более одного раза.

В качестве термочувствительного элемента используется термочувствительный кристаллический резонатор.

На чертеже представлен датчик температуры теплоносителя в трубе.

На чертеже используются следующие обозначения:

1 - термочувствительный элемент, кварцевый резонатор, 2 - щуп, 3 - гильза, 4 - корпус, 5 - электронная схема, 6 - труба, 7 - теплоноситель, 8 - щуп, 9 - провода, 10 - клеммы, 11 - ось трубы, 12 - ось поворота щупа при снятии датчика с трубы, 13 - накидная гайка, 14 - прокладка.

Изображенный на чертеже датчик устроен следующим образом. Термочувствительный элемент - термочувствительный кварцевый резонатор - 1 помещен в щуп 2, который вставлен в гильзу 3. Корпус 4 содержит электронную схему 5, соединенную с термочувствительным элементом 1 посредством щупа 2. Из электронной схемы 5 выходят провода 9, которые соединены с клеммами 10. По клеммам 10 на датчик поступает питание и выводится выходной сигнал. Гильза 3 уплотнена в трубе 6, по которой течет теплоноситель 7, с помощью прокладки 14 и накидной гайкой 13, являющейся одновременно крышкой датчика. Гильза 3 изогнута на угол, превышающий 90 градусов, а ее наконечник лежит на оси 11 трубы 6. При такой геометрии гильзы обеспечивается максимальная длина гильзы при том, что ее наконечник находится в области наименее подверженной температуре окружающей среды. Гильза дважды пересекает ось 11 трубы, что также соответствует увеличению длины гильзы и щупа при том же диаметре трубы 6 и максимальном диаметре изгиба гильзы и щупа.

Щуп 2 выполнен из проводников, помещенных в полимерную трубку с допустимым диаметром изгиба меньше минимального диаметра самой гильзы или 5-тикратного диаметра самой полимерной трубки. Например, такой щуп может быть выполнен из кабеля контрольного марок, КРВГ, КРВГЭ, КРНГ, КВВГ, КВВГ-П и др. (ГОСТ 1508-78. Кабели контрольные с резиновой и пластмассовой изоляцией. Технические условия). Допустимый диаметр изгиба этих кабелей составляет 3-4 диаметра кабеля в зависимости от величины диаметра кабеля.

В сочетании с использованием смазки это позволяет вводить щуп (и при необходимости выводить его) в изогнутую гильзу малого диаметра без нарушения целостности щупа. При оговоренной гибкости сама по себе оболочка из гибкого кабеля не может обеспечить работоспособность кварцевого резонатора 1 и датчика в целом при воздействии гидростатического давления и протекании теплоносителя по трубе. Для того чтобы это преодолеть, в конструкцию и введена изогнутая заранее гильза 3. Ее форма произвольна, но, благодаря изогнутости, ее длина всегда больше, чем радиус трубы. Таким образом, она обеспечивает защиту резонатора от механических воздействий и позволяет удлинить щуп.

Гильза 3 может быть съемной и стационарной. В первом случае она может быть вынута из отверстия в трубе путем поворота вокруг оси 12. Во втором случае она, например, вваривается в трубу 6.

В качестве термочувствительного элемента используется термочувствительный кристаллический резонатор, который имеет небольшие размеры, что снижает минимальное расстояние от конца щупа до первого изгиба, т.е. допустимый диаметр изгиба щупа, а значит увеличивает положительный эффект в достижении задачи изобретения.

Предлагаемый датчик работает следующим образом. Электронная схема 5, к которой посредством щупа 2 подключен термочувствительный кварцевый резонатор 1, вырабатывает переменный электрический сигнал, частота которого близка к собственной частоте колебаний резонатора. При изменении температуры теплоносителя 7 изменяется температура гильзы 3 и щупа 2. Это изменение передается кварцевому резонатору 1. В результате происходит пропорциональное изменение частоты резонатора и соответственное изменение частоты выходного сигнала.

Благодаря комплексу заявляемых отличительных признаков удается существенно расширить диапазон диаметров труб в сторону их уменьшения за счет более компактного размещения датчика в трубе. При этом наконечник щупа, в котором расположен термочувствительный элемент, лежит на оси трубы, где влияние окружающей температуры минимально. В результате проникновение тепла (или холода) от окружающей среды к термочувствительному элементу остается ниже критического уровня.