RU175490U1

RU175490U1 - Зонд контроля температуры и уровня жидкости

Info

Publication number: RU175490U1
Application number: RU2017116816U
Authority: RU
Inventors: Сергей Петрович Бобылев; Андрей Николаевич Гуров; Владимир Андреевич Загадкин; Елена Владимировна Колычева; Иван Геннадиевич Кривоносов; Владимир Александрович Лисуренко; Юрий Олегович Осипов; Валерий Михайлович Троценко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение (ООО НПО "ИНКОР")
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2017-12-06

Abstract

Настоящая полезная модель относится к теплофизическому устройству дискретного типа - зонду контроля температуры и уровня (ЗКТУ), который может использоваться для контроля уровня воды, водных растворов и других жидкостей. ЗКТУ включает защитный цилиндрический корпус, верхняя часть которого содержит пассивный термостат. Внутри корпуса размещены дифференциальная термопара (ДТП) и чувствительный элемент (ЧЭ), состоящий из одной или нескольких многозонных термопар (МТП), представляющих собой цепочки электрически соединенных отрезков проволок из термопарных сплавов с последовательным попарным чередованием вида термопарного сплава. При этом позиции рабочих спаев МТП разнесены между собой по высоте и нигде не совпадают друг с другом. Также в ЧЭ размещен электронагреватель. МТП и электронагреватель электрически изолированы друг от друга и от оболочки ЧЭ с помощью минеральной или другой изоляции, одновременно обеспечивающей тепловой контакт с корпусом. ЧЭ рационально изготавливать из кабеля комбинированного с минеральной изоляцией с чередованием вида термопарного сплава, содержащего проводники в нужном составе и в нужной позиции. Свободные концы МТП размещаются в пассивном термостате. По возникшей термоэдс на ДТП определяется наличие жидкости в нижней части ЗКТУ и производится правильная интерпретация сигналов МТП в аппаратуре. Для обеспечения функционирования рабочие спаи МТП подогреваются электронагревателем. При подъеме уровня жидкости рабочие спаи МТП охлаждаются жидкостью и меняют знак термоэдс, что фиксируется аппаратурой, обрабатывающей сигналы. Сочетание таких сигналов от нескольких МТП с различной позицией рабочих спаев создает уникальный логический код, соответствующий текущему положению уровня жидкости. Контроль уровня определяется количеством МТП и величиной шага между рабочими спаями. При опускании уровня жидкости аппаратура аналогично фиксирует изменение знака термоэдс только в обратной последовательности. Технический результат - повышение точности измерений. 7 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Настоящая полезная модель относится к теплофизическому устройству - зонду контроля температуры и уровня (ЗКТУ) дискретного типа, которое может использоваться для контроля уровня воды, водных растворов и жидкостей, не агрессивных к материалу наружной оболочки чувствительного элемента (ЧЭ) зонда. Особенность предлагаемой полезной модели заключается в применении в качестве чувствительного элемента, например, специализированного высокотехнологичного кабеля комбинированного с минеральной изоляцией с чередованием вида термопарного сплава.

Известен датчик температуры и уровня (ДТУ) воды в бассейне выдержки, включающий защитный цилиндрический корпус, внутри которого равномерно расположены сборки детекторов, состоящие из кабельных нагреваемых термопар и нагревателей, находящихся в тепловом контакте друг с другом. Их тепловой контакт обеспечивается посредством заполнения зазоров оксидом магния. Сборки детекторов проходят через отверстия решеток, расположенных на заданном расстоянии друг от друга по высоте корпуса датчик температуры и уровня. Решетки обеспечивают пространственную фиксацию сборок детекторов в корпусе, а также свободный проход жидкости через соответствующие отверстия в решетках. В корпусе датчика температуры и уровня по высоте выполнены отверстия для сообщения с окружающей средой (JP 2013007721 (А), кл. G01F 23/22; G01K 7/02. 2013).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является зонд контроля температуры и уровня (ЗКТУ) жидкости в бассейне выдержки отработанного ядерного топлива, включающий защитный цилиндрический корпус, внутри которого равномерно распределены сборки детекторов (СД), состоящие из кабельных нагреваемых термопар (НТ) и нагревателей, находящихся в тепловом контакте друг с другом и вмонтированных в тонкие трубы, решетки для пространственной фиксации СД, внутри корпуса дополнительно размещены СД, содержащие референтные термопары (РТ), СД с РТ размещены в центре корпуса, а СД с НТ размещены по окружности вокруг СД с РТ, в СД с НТ вместе с нагревателем прикреплены к корпусу посредством металлического припоя, СД с РТ размещаются в корпусе ниже СД с НТ, пара термопар НТ и РТ образует чувствительные элементы (ЧЭ), при этом указанные термопары расположены в разных СД. (RU 145470 U1; G01F 23/22)

Недостатком указанных ДТУ и ЗКТУ является наличие нескольких сборок детекторов. В одной сборке располагаются нагреваемые термопары вместе с нагревателем, а в другой сборке - ненагреваемые термопары.

Техническим результатом полезной модели является повышение точности, экономичности, надежности и замены нескольких сборок детекторов одним чувсвтвительным элементом (ЧЭ), позволяющим фиксировать гораздо большее число точек контроля уровня, имея минимальное количество линий связи до измерительной аппаратуры. Указанный технический результат достигается за счет применения в структуре кабеля одной или нескольких многозонных термопар (МТП) представляющих собой цепочки электрически соединенных отрезков проволок из термопарных сплавов с последовательным попарным чередованием вида термопарного сплава. Места рабочих спаев МТП подогреваются электронагревателем и находятся в тепловом контакте с оболочкой ЧЭ образуя зоны, чувствительные к наличию жидкости. Наличие нескольких МТП с несколькими чувствительными зонами по высоте, находящимися в одной оболочке ЧЭ, реализует дискретный датчик уровня жидкости. При включенном нагреве рабочие спаи МТП, находящиеся ниже уровня жидкости, имеют более низкую температуру, чем спаи, находящиеся выше уровня жидкости из-за повышенной теплоотдачи в воде. В результате на свободных концах МТП появляется термоэдс. При повышении уровня жидкости сигнал МТП последовательно меняет знак с (+) на (-), затем с (-) на (+), опять с (+) на (-) и т.д. по мере перемещения границы раздела фаз (уровня жидкости) вдоль цепочки рабочих спаев. При снижении уровня сигнал изменяется в обратном порядке. Группа из нескольких МТП, у которых шаг между спаями имеет заданную последовательность, реализует структуру, выдающую уникальный логический код, соответствующий положению уровня. Декодирование такого сигнала не представляет проблемы для современной аппаратуры.

Применение кодирования логическим кодом положения уровня жидкости позволяет существенно сократить число проводников линии связи по сравнению с аналогичными датчиками уровня, использующими обычные или дифференциальные термопары. За счет этого удается снизить диаметр ЧЭ, уменьшить шаг дискретизации и соответственно улучшить точность.

Внутри корпуса также размещена дифференциальная термопара (ДТП) по показаниям термоэдс, которой определяется наличие жидкости в нижней части ЗКТУ и производится правильная интерпретация сигналов МТП в аппаратуре. Наличие ДТП позволяет использовать зонд контроля температуры и уровня в сухом помещении, которое в дальнейшем может быть заполнено жидкостью, например в баках-приямках запаса борной кислоты на АЭС.

Конструкция ЧЭ с использованием кабеля комбинированного с минеральной изоляцией с чередованием вида термопарного сплава позволяет технологически снизить его диаметр и соответственно дополнительно улучшить точность. Снижение диаметра датчика уменьшает площадь теплоотдачи нагреваемого участка, что обеспечивает тот же температурный перепад при меньшей мощности нагревателя, чем улучшает экономичность.

Улучшение надежности теплофизического датчика уровня ЗКТУ достигается за счет простоты и технологичности конструкции, а также за счет снижения числа сигнальных проводов в линии связи. Кроме того, в конструкции кабеля применен экран (внутренняя оболочка), защищающий термопары от помех разного вида со стороны электронагревателя.

1. Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».

2. Сущность полезной модели поясняется чертежом, описанием конструкции и функционирования.

На фигуре 1 и фигуре 2 представлены соответственно развернутый продольный и поперечный разрезы заявляемого согласно полезной модели зонда контроля температуры и уровня жидкости, где

корпус (1) ЗКТУ, чувствительный элемент (ЧЭ) (2) ЗКТУ, оболочка (3) чувствительного элемента ЗКТУ, многозонные термопары (МТП) (4), дифференциальная термопара (ДТП) (5), холодные спаи (6) ТП и МТП, электронагреватель (7), термостат (8).

Claims

1. Зонд контроля температуры и уровня (ЗКТУ) жидкости, включающий цилиндрический корпус, чувствительный элемент (ЧЭ), имеющий одну или несколько многозонных термопар (МТП), выполненных на основе кабеля комбинированного с минеральной изоляцией с чередованием вида термопарного сплава, при этом рабочие спаи МТП закономерно распределены по высоте и находятся в тепловом контакте одновременно с электронагревателем и оболочкой ЧЭ, а «холодные» спаи - в пассивном термостате.

2. ЗКТУ по п. 1, отличающийся тем, что рабочие спаи МТП размещены в необходимой последовательности по высоте таким образом, чтобы рабочие спаи термопарных сплавов в разных МТП не совпадали по высоте.

3. ЗКТУ по п. 1, отличающийся тем, что МТП, имеющие попарное чередование вида термопарных спаев по высоте, выдают на свободных концах знак термоэдс «плюс» (+) или «минус» (-) в соответствии с положением уровня жидкости, находящемся ниже или выше рабочего спая МТП, вышеуказанные знаки интерпритируются аппаратурой двоичным логическим кодом «1» или «0», при этом положение уровня жидкости определяется по двоичному логическому коду, выдаваемому одной или несколькими МТП.

4. ЗКТУ по п. 1, отличающийся тем, что фиксируется точное положение уровня жидкости при нахождении уровня вблизи рабочего спая любой МТП, при этом термоэдс МТП равен нулю, что соответствует логическому коду «Z».

5. ЗКТУ по п. 1, отличающийся тем, что электронагреватель обеспечивает разность температур между рабочими спаями МТП, находящихся в жидкости, и рабочими спаями МТП, находящихся в газовой среде.

6. ЗКТУ по п. 1, отличающийся тем, что в его состав для определения наличия жидкости ЗКТУ имеет один или несколько датчиков, контролирующих температуру в верхней и в нижней части ЗКТУ, представленных в нашем случае дифференциальной термопарой (ДТП).

7. ЗКТУ по п. 1, отличающийся тем, что величина термоэдс МТП не влияет на определение уровня жидкости.