RU133923U1

RU133923U1 - THERMOELECTRIC CONVERTER FOR MEASURING TEMPERATURE BY THE METHOD OF SHORT-TERM IMMERSION IN A THERMOMETRIC MEDIA

Info

Publication number: RU133923U1
Application number: RU2013128296/28U
Authority: RU
Inventors: Андрей Викторович Каржавин; Владимир Андреевич Каржавин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Производственная компания "ТЕСЕЙ"
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2013-10-27

Abstract

1. Термоэлектрический преобразователь для измерения температуры методом кратковременного погружения в термометрируемую среду, изготовленный из кабельной термопары, включающей термоэлектроды и металлическую оболочку, рабочая часть которой помещена в защитный металлический наконечник, отличающийся тем, что рабочий спай преобразователя представляет собой сплав из концевых частей оболочки кабеля, термоэлектродов и наконечника.2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что диаметр рабочего спая равен наружному диаметру наконечника.3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что глубина рабочего спая находится в пределах от 10% до 80% наружного диаметра наконечника.4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что на наконечнике установлено кольцо для указания предельной глубины его погружения.5. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что он оснащен узлом крепления к измерительной штанге.1. A thermoelectric transducer for measuring temperature by the method of short-term immersion in a thermometered medium, made of a cable thermocouple, including thermoelectrodes and a metal sheath, the working part of which is placed in a protective metal tip, characterized in that the working junction of the transducer is an alloy from the end parts of the cable sheath, thermoelectrodes and tip.2. The transducer according to claim 1, characterized in that the diameter of the working junction is equal to the outer diameter of the tip. The transducer according to claim 1, characterized in that the depth of the working junction is in the range from 10% to 80% of the outer diameter of the tip. The transducer according to claim 1, characterized in that a ring is installed on the tip to indicate the maximum depth of its immersion. The transducer according to claim 1, characterized in that it is equipped with an attachment to the measuring rod.

Description

Полезная модель относится к термометрии и может быть использована для контроля температуры жидких расплавов цветных металлов, например, алюминия или криолита, в плавильных печах, ковшах и других агрегатах.The utility model relates to thermometry and can be used to control the temperature of liquid melts of non-ferrous metals, for example, aluminum or cryolite, in melting furnaces, ladles and other units.

Известен термоэлектрический преобразователь для измерения температуры термометрируемых сред, содержащий кабельную термопару, рабочая часть которой помещена в защитный наконечник, выполненный в виде металлического стержня с глухим отверстием и оснащенный узлом крепления. Защитный наконечник имеет номинальный размер внутреннего диаметра, равный номинальному размеру наружного диаметра рабочей части кабельной термопары. Отличительной особенностью прототипа является то, что кабельная термопара имеет размер наружного диаметра рабочей части не более 2 мм, а толщина стенки защитного наконечника имеет размер не более 0,9 мм и дополнительно его - защитного наконечника - наружная поверхность покрыта защитным материалом /RU 111289, G01K 7/02, 2011/. Недостатком данного преобразователя является то, что в качестве защитного покрытия применяются неметаллические материалы типа нитрида бора, оксида алюминия, нанесенные методом плазменного напыления на поверхность наконечника. Процесс напыления требует наличия дорогостоящего оборудования, что приводит к существенному удорожанию преобразователя. Значительная разница в коэффициентах термического расширения материалов покрытия и наконечника может приводить к возникновению трещин в материале покрытия при резких теплосменах. Кроме того, покрытия из указанных материалов подвержены разрушению от механического воздействия и(или) деформации наконечника. Указанные факторы в свою очередь, при толщине стенки наконечника менее 0,9 мм, приводят к быстрому разрушению термопреобразователя.Known thermoelectric transducer for measuring the temperature of thermometer media, containing a cable thermocouple, the working part of which is placed in a protective tip, made in the form of a metal rod with a blind hole and equipped with a mount. The protective tip has a nominal size of the inner diameter equal to the nominal size of the outer diameter of the working part of the cable thermocouple. A distinctive feature of the prototype is that the cable thermocouple has a size of the outer diameter of the working part of not more than 2 mm, and the wall thickness of the protective tip has a size of not more than 0.9 mm and additionally its protective tip - the outer surface is covered with a protective material / RU 111289, G01K 7/02, 2011 /. The disadvantage of this converter is that non-metallic materials such as boron nitride, alumina, deposited by plasma spraying on the surface of the tip are used as a protective coating. The spraying process requires expensive equipment, which leads to a significant increase in the cost of the converter. A significant difference in the coefficients of thermal expansion of the coating materials and the tip can lead to cracks in the coating material during sudden heat exchanges. In addition, coatings of these materials are subject to destruction from mechanical stress and (or) deformation of the tip. These factors, in turn, with a tip wall thickness of less than 0.9 mm, lead to the rapid destruction of the thermal converter.

Известен термоэлектрический преобразователь для измерения температуры методом кратковременного погружения в термометрируемую среду, принятый в качестве прототипа, изготовленный из кабельной термопары, рабочая часть которой помещена в защитный наконечник, выполненный в виде металлического стержня с глухим отверстием и оснащенный узлом крепления к измерительной штанге, при этом, кабельная термопара имеет номинальный размер наружного диаметра рабочей части от 1 мм до 2 мм, а защитный наконечник имеет номинальный размер внутреннего диаметра, равный номинальному размеру наружного диаметра рабочей части термопары, причем толщина стенки защитного стержня имеет размер от 1 мм до 2 мм /RU 66040, G01K 7/02, 2007/. Недостатком данного преобразователя является наличие термического сопротивления между наконечником и рабочим спаем кабельной термопары, возникающего из-за характера организации контакта между ними, определяющего время термической реакции термопреобразователя.Known thermoelectric transducer for measuring temperature by short-term immersion in a thermally measured medium, adopted as a prototype, made of a cable thermocouple, the working part of which is placed in a protective tip made in the form of a metal rod with a blind hole and equipped with a mount to the measuring rod, while the cable thermocouple has a nominal outer diameter of the working part from 1 mm to 2 mm, and the protective tip has a nominal inner diameter Etra equal to the nominal size of the outer diameter of the working part of the thermocouple, wherein the wall thickness of the protective bar has a size of 1 mm to 2 mm / RU 66040, G01K 7/02, 2007 /. The disadvantage of this converter is the presence of thermal resistance between the tip and the working junction of the cable thermocouple, which occurs due to the nature of the organization of contact between them, which determines the thermal reaction time of the thermocouple.

Авторы решали задачу по созданию термоэлектрического преобразователя для измерения температуры методом кратковременного погружения в термометрируемую среду, лишенного указанных недостатков. Технический результат заключается в снижении времени термической реакции термоэлектрического преобразователя, приводящем к увеличению ресурса его работы с одновременным повышением его надежности и снижением стоимости.The authors solved the problem of creating a thermoelectric converter for measuring temperature by the method of short-term immersion in a thermally measured medium, devoid of these drawbacks. The technical result consists in reducing the thermal reaction time of the thermoelectric converter, leading to an increase in the resource of its work with a simultaneous increase in its reliability and lower cost.

Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается термоэлектрический преобразователь для измерения температуры методом кратковременного погружения в термометрируемую среду, изготовленный из кабельной термопары, включающей термоэлектроды и металлическую оболочку, рабочая часть которой помещена в защитный металлический наконечник. Отличительной особенностью предлагаемого термоэлектрического преобразователя является то, что рабочий спай преобразователя представляет собой сплав из концевых частей оболочки кабеля, термоэлектродов и наконечника.To solve this problem, as well as to achieve the claimed technical result, a thermoelectric converter is proposed for measuring temperature by short-term immersion in a thermally measured medium made of a cable thermocouple, including thermoelectrodes and a metal shell, the working part of which is placed in a protective metal tip. A distinctive feature of the proposed thermoelectric converter is that the working junction of the converter is an alloy of the end parts of the cable sheath, thermoelectrodes and the tip.

Предпочтительно рабочий спай выполнить диаметром равным наружному диаметру наконечника и глубиной находящейся в пределах от 10% до 80% наружного диаметра наконечника.Preferably, the working junction is made with a diameter equal to the outer diameter of the tip and a depth ranging from 10% to 80% of the outer diameter of the tip.

Дополнительно предлагается на наконечнике установить кольцо для указания предельной глубины его погружения.Additionally, it is proposed to install a ring on the tip to indicate the maximum depth of its immersion.

Дополнительно предлагается термоэлектрический преобразователь оснастить узлом крепления к измерительной штанге.In addition, it is proposed to equip the thermoelectric converter with a mounting unit to the measuring rod.

Выполнение рабочего спая преобразователя в виде сплава из концевых частей оболочки кабеля, термоэлектродов и наконечника позволяет не менее чем в два раза сократить показатель его инерционности по отношению к прототипу, что приводит к увеличению ресурса, при этом преобразователь лишен и недостатков присущих преобразователю по патенту RU 111289. Таким образом, достигается технический результат.The implementation of the working junction of the transducer in the form of an alloy from the end parts of the cable sheath, thermoelectrodes and tip allows at least halving its inertia with respect to the prototype, which leads to an increase in resource, while the transducer is devoid of the disadvantages of the transducer according to patent RU 111289 Thus, a technical result is achieved.

На фиг.1 представлен общий вид термоэлектрического преобразователя, на фиг.2 показана в разрезе рабочая часть термоэлектрического преобразователя до оплавления рабочего спая, на фиг.3 представлена рабочая часть термоэлектрического преобразователя после оплавления рабочего спая, где 1 - кабельная термопара, 2 и 3 - , термоэлектроды, 4 - металлическая оболочка кабельной термопары, 5 - защитный металлический наконечник, 6 - рабочий спай, 7 - кольцо для указания предельной глубины погружения, 8 - узел крепления к измерительной штанге. На фиг.3 видно что диаметр рабочего спая и наружный диаметр наконечника совпадают по величине D. Глубина рабочего спая W находится в интервале 0,1D≤W≤0,80D.Figure 1 shows a General view of a thermoelectric converter, Figure 2 shows a section of the working part of a thermoelectric converter before fusing the working junction, Figure 3 shows the working part of a thermoelectric converter after fusing a working junction, where 1 is a cable thermocouple, 2 and 3 are , thermoelectrodes, 4 - a metal sheath of a cable thermocouple, 5 - a protective metal tip, 6 - a working junction, 7 - a ring to indicate the maximum depth of immersion, 8 - a mount to the measuring rod. Figure 3 shows that the diameter of the working junction and the outer diameter of the tip coincide in value D. The depth of the working junction W is in the range 0.1D≤W≤0.80D.

Рабочую часть темоэлектрического преобразователя изготавливают следующим образом. В открытом с торца термопарном кабеле зачищают термоэлектроды 2 и 3, кабель вставляют в защитный наконечник 5 так, чтобы торец оболочки 4 кабеля находился в одной плоскости с торцами термоэлектродов 2, 3 и торцом защитного наконечника 5 (фиг.2). Далее аргонодуговой сваркой сплавляют концевые части оболочки кабельной термопары 4, термоэлектродов 2, 3 и защитного наконечника 5 превращая их в единый конгломерат, образующий рабочий спай 6 (фиг.3). Открытый торец защитного наконечника 5 обжимают на кабельной термопаре 1. Затем на защитном наконечнике сваркой закрепляют кольцо для указания предельной глубины погружения 7 и узел крепления к измерительной штанге 8.The working part of the thermoelectric converter is made as follows. In the thermocouple cable open from the end, the thermoelectrodes 2 and 3 are stripped, the cable is inserted into the protective tip 5 so that the end of the cable sheath 4 is in the same plane as the ends of the thermoelectrodes 2, 3 and the end of the protective tip 5 (Fig. 2). Next, argon arc welding fuses the end parts of the sheath of the cable thermocouple 4, thermoelectrodes 2, 3 and the protective tip 5 turning them into a single conglomerate, forming a working junction 6 (figure 3). The open end of the protective tip 5 is crimped onto the cable thermocouple 1. Then, a ring is fixed on the protective tip by welding to indicate the maximum immersion depth 7 and the attachment point to the measuring rod 8.

Устройство работает следующим образом. Термоэлектрический преобразователь при помощи узла крепления 8 присоединяют к измерительной штанге (на чертеже не показана) и погружают защитный наконечник 5 в термометрируемую среду до ограничительного кольца 7 на 3÷5 секунд. Указанного времени достаточно для наступления теплового равновесия между рабочим спаем термопары и термометрируемой средой. Вторичный прибор автоматически запоминает максимальное значение температуры, достигнутое в процессе замера.The device operates as follows. The thermoelectric transducer is attached to the measuring rod (not shown in the drawing) using the attachment unit 8 and the protective tip 5 is immersed in the thermometer medium to the restrictive ring 7 for 3–5 seconds. The indicated time is sufficient for the onset of thermal equilibrium between the working junction of the thermocouple and the thermo-measured medium. The secondary device automatically remembers the maximum temperature value reached during the measurement process.

Для доказательства достижения технического результата были проведены сравнительные испытания термоэлектрических преобразователей, выполненных из одинаковых термоэлектрических кабелей с защитными металлическими наконечниками одинаковой толщины. В первом случае три термоэлектрических преобразователей были оснащены защитными наконечниками, выполненными в виде металлического стержня с глухим отверстием, во втором случае были использованы пять заявляемых термоэлектрических преобразователей. Определение показателя тепловой инерции (ПТИ) производилось в соответствии с требованиями ГОСТ 6616-94 «Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия». Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 1.To prove the achievement of the technical result, comparative tests of thermoelectric converters made of the same thermoelectric cables with protective metal terminals of the same thickness were carried out. In the first case, three thermoelectric converters were equipped with protective tips made in the form of a metal rod with a blind hole, in the second case, the five claimed thermoelectric converters were used. The determination of the thermal inertia index (PTI) was carried out in accordance with the requirements of GOST 6616-94 “Thermoelectric converters. General specifications. " The results of comparative tests are shown in table 1.

Таблица 1Table 1 Номера преобразователейTransducer Numbers Время термической реакции, сек.The thermal reaction time, sec. термоэлектрические преобразователи (прототип)thermoelectric converters (prototype) Заявляемые термоэлектрические преобразователиThe inventive thermoelectric converters 1/11/1 1,81.8 0,80.8 2/22/2 1,81.8 0,90.9 3/33/3 2,22.2 0,70.7 -/4-/four -- 0,70.7 7575 -- 0,80.8 Среднее значениеAverage value 1,931.93 0,780.78

Claims

1. A thermoelectric transducer for measuring temperature by short-term immersion in a thermocouple medium made of a cable thermocouple, including thermoelectrodes and a metal sheath, the working part of which is placed in a protective metal tip, characterized in that the working junction of the converter is an alloy of the end parts of the cable sheath, thermoelectrodes and tip.

2. The Converter according to claim 1, characterized in that the diameter of the working junction is equal to the outer diameter of the tip.

3. The Converter according to claim 1, characterized in that the depth of the working junction is in the range from 10% to 80% of the outer diameter of the tip.

4. The converter according to claim 1, characterized in that a ring is installed on the tip to indicate the maximum depth of its immersion.

5. The Converter according to claim 1, characterized in that it is equipped with a mount to the measuring rod.