RU2485460C1

RU2485460C1 - Thermocouple sensor

Info

Publication number: RU2485460C1
Application number: RU2012103946/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Тимофеевич Комов; Александр Николаевич Варава; Виктор Васильевич Мясников; Александр Валентинович Ильин; Александр Валентинович Захаренков
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2013-06-20

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: thermocouple sensor comprises a protective body 1 with a sealed inner cavity, where wire thermoelectrodes 2 and 3 are installed. In the upper part of the body there is a sealed lead of thermoelectrodes with connecting elements 4 and 5. The sensor comprises a cylindrical ceramic dielectric element 6 made of aluminium nitride or alundum, and on this element at the sides of the cylindrical element there is opposite winding of thermoelectrodes, forming a dense double-turn spiral, with alternating turns of thermoelectrodes. There are multiple point solders 7 of thermoelectrodes are made across the turns of the spiral. With the double-turn winding of thermoelectrodes onto the cylindrical ceramic dielectric element 6 and by making, for instance, with the method of laser welding, multiple point solders 7 of thermoelectrodes 2 and 3 between adjacent turns of winding, the sources of thermal electromotive force in point solders 7 are connected in parallel. With such connection of solders 7 their individual thermal electromotive forces are averaged by multitude.

EFFECT: increased reproducibility of thermoelectric parameters of temperature sensors.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано в системах контроля технологических процессов, где требуется высокая достоверность показаний и взаимозаменяемость датчиков температуры.The invention relates to the field of thermometry and can be used in process control systems where high reliability of readings and interchangeability of temperature sensors are required.

Известны датчики температуры, основанные на термоэлектрическом эффекте, возникающем в спае разнородных металлов или сплавов (Патент РФ №2327122, МПК G01K 7/02, опубл. 20.06.2008).Known temperature sensors based on the thermoelectric effect arising in the junction of dissimilar metals or alloys (RF Patent No. 2237122, IPC G01K 7/02, publ. 06/20/2008).

Недостатком известных датчиков является индивидуальный характер выполнения спая, требующий снятия прилагаемой к датчику градуировочной характеристики.A disadvantage of the known sensors is the individual nature of the junction, requiring the removal of the calibration characteristics attached to the sensor.

Наиболее близким по технической сущности является датчик температуры, содержащий защитный корпус с герметизированной внутренней полостью, в нижней части корпуса размещен спай термоэлектродов, а в верхней размещен герметизированный вывод термоэлектродов с подсоединительными элементами (Патент РФ №2289107, Бюл. №7, МКИ G01k 7/02, опубл. 10.12.06). Недостатком известного устройства является плохая воспроизводимость характеристик датчика, обусловленная тем, что при индивидуальном изготовлении спая его геометрические размеры (длина, толщина), физические параметры спая (градиент перехода между термоэлектродами), технологические параметры (степень окисленности термоэлектродов, температура факела, окислитиельный или восстановительный характер факела и пр.) не поддаются контролю и удержанию в каких-либо заданных пределах. В результате влияния множественных и неуправляемых факторов термометрические характеристики датчиков от экземпляра к экземпляру сильно разнятся, поэтому к каждому датчику прилагается индивидуальная градуировочная характеристика.The closest in technical essence is a temperature sensor containing a protective housing with a sealed internal cavity, a junction of thermoelectrodes is placed in the lower part of the housing, and a sealed thermoelectrode output with connecting elements is placed in the upper part (RF Patent No. 2289107, Bull. No. 7, MKI G01k 7 / 02, publ. 10.12.06). A disadvantage of the known device is the poor reproducibility of the characteristics of the sensor, due to the fact that during the individual manufacture of the junction, its geometrical dimensions (length, thickness), physical parameters of the junction (gradient of the transition between thermoelectrodes), technological parameters (oxidation state of thermoelectrodes, torch temperature, oxidizing or reducing character torch, etc.) are not amenable to control and retention within any given limits. As a result of the influence of multiple and uncontrolled factors, the thermometric characteristics of the sensors vary from instance to instance, therefore, an individual calibration characteristic is attached to each sensor.

Недостатками решения являются низкая востроизводимость термоэлектрических параметров и усложненные ремонтные работы или создание серии технологических агрегатов, так как при замене или установке датчиков температуры необходимо вводить в управляющие программы новые градуировочные характеристики.The disadvantages of the solution are low reproducibility of thermoelectric parameters and complicated repair work or the creation of a series of technological units, since when replacing or installing temperature sensors it is necessary to introduce new calibration characteristics into the control programs.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение воспроизводимости термоэлектрических параметров датчиков температуры.The technical problem solved by this invention is to increase the reproducibility of thermoelectric parameters of temperature sensors.

Это достигается тем, что в термопарный датчик, содержащий защитный корпус с герметизированной внутренней полостью, в которой размещены проволочные термоэлектроды, в верхней части корпуса размещен герметизированный вывод термоэлектродов с подсоединительными элементами, введен цилиндрический керамический диэлектрический (нитрид алюминия или алунд) элемент, на котором с торцов цилиндрического элемента выполнена встречная намотка термоэлектродов, образующая плотную двухзаходную спираль с чередующимися витками термоэлектродов, поперечно виткам спирали выполнены точечные спаи термоэлектродов.This is achieved by the fact that in a thermocouple sensor containing a protective housing with a sealed internal cavity in which wire thermoelectrodes are placed, a sealed terminal of thermoelectrodes with connecting elements is placed in the upper part of the housing, a cylindrical ceramic dielectric (aluminum nitride or alundum) element is inserted on which the ends of the cylindrical element made counter winding of thermoelectrodes, forming a dense two-way spiral with alternating turns of thermoelectrodes, across Normally the turns of the spiral are made thermoelectrodes point junctions.

Сущность изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид датчика температуры, а на фиг.2 изображен чувствительный элемент.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of a temperature sensor, and figure 2 shows a sensing element.

Термопарный датчик содержит защитный корпус 1 с герметизированной внутренней полостью, в которой расположены проволочные термоэлектроды 2 и 3, в верхней части корпуса размещен герметизированный вывод термоэлектродов с подсоединительными элементами 4 и 5, цилиндрический керамический диэлектрический, выполненный из нитрида алюминия или алунда элемент 6, на котором с торцов цилиндрического элемента выполнена встречная намотка термоэлектродов, образующая плотную двухзаходную спираль с чередующимися витками термоэлектродов, поперечно виткам спирали выполнены множественные точечные спаи 7 термоэлектродов.The thermocouple sensor contains a protective housing 1 with a sealed internal cavity in which wire thermoelectrodes 2 and 3 are located, in the upper part of the housing there is a sealed terminal of thermoelectrodes with connecting elements 4 and 5, a cylindrical ceramic dielectric made of aluminum nitride or alundum element 6, on which counter winding of thermoelectrodes is made from the ends of the cylindrical element, forming a dense two-way spiral with alternating turns of thermoelectrodes transversely stone spiral made multiple point junctions 7 thermoelectrodes.

Термопарный датчик работает следующим образом.Thermocouple sensor works as follows.

При двухзаходной намотке термоэлектродов на цилиндрический керамический диэлектрический элемент 6 и выполнении, например, методом лазерной сварки множественных точечных спаев 7 термоэлектродов 2 и 3 между смежными витками намотки источники термоЭДС в точечных спаях 7 оказываются включенными параллельно. При таком соединении спаев 7 их индивидуальные термоЭДС усредняются по множеству. Другими словами, выпадающие за счет технологического разброса значения термоЭДС поглощаются статистически преобладающими значениями. Это означает, что следующий термопарный датчик данной конструкции за счет процесса осреднения будет обладать близкими к предыдущему характеристиками. Повышение воспроизводимости термоэлектрических параметров датчиков температуры позволяет заменять датчики в системах измерения температуры без корректировки заложенной градуировочной характеристики.When two-way winding of thermoelectrodes on a cylindrical ceramic dielectric element 6 and performing, for example, by laser welding of multiple spot junctions 7 of thermoelectrodes 2 and 3 between adjacent winding turns, the sources of thermoelectric power in point junctions 7 are turned on in parallel. With this connection of junctions 7, their individual thermoEMFs are averaged over many. In other words, thermoEMF values falling out due to technological variation are absorbed by statistically prevailing values. This means that the next thermocouple sensor of this design due to the averaging process will have close to the previous characteristics. Improving the reproducibility of thermoelectric parameters of temperature sensors allows you to replace the sensors in temperature measurement systems without adjusting the inherent calibration characteristics.

Цилиндрический керамический элемент 6 выполняет две функции. С одной стороны, это диэлектрическое основание для намотки двухзаходной спирали термоэлектродов, а с другой, высокая теплопроводность элемента 6 позволяет выровнять температуру всех спаев датчика.The cylindrical ceramic element 6 has two functions. On the one hand, this is the dielectric base for winding a two-way helix of thermoelectrodes, and on the other, the high thermal conductivity of element 6 makes it possible to equalize the temperature of all sensor junctions.

Использование изобретения позволяет повысить воспроизводимость термоэлектрических параметров датчиков температуры.The use of the invention improves the reproducibility of thermoelectric parameters of temperature sensors.

Claims

A thermocouple sensor containing a protective case with a sealed internal cavity in which wire thermoelectrodes are located, a sealed terminal of thermoelectrodes with connecting elements is placed in the upper part of the protective case, characterized in that a cylindrical ceramic dielectric element is inserted into it, on which the counter-winding of the thermoelectrodes is made from the ends forming a dense two-way spiral with alternating turns of thermoelectrodes, pointwise transversely made to the spiral coils junctions of thermoelectrodes.