RU2492437C1

RU2492437C1 - Temperature sensor

Info

Publication number: RU2492437C1
Application number: RU2012112334/28A
Authority: RU
Inventors: Валерий Васильевич Сосновиков; Георгий Александрович Васильев; Сергей Алексеевич Ерохин
Original assignee: Закрытое акционерное общество Специализированное конструкторское бюро "Термоприбор"
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-09-10

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: temperature sensor is claimed, comprising a housing with a cover and an opening for a cable outlet, between which inside a cassette is located in the form of a solid cylinder with a plurality of through openings for the sensing elements, pressed by the nut. One of the external sides of the housing is made rectangular and is an integral part of the flat base, longitudinally to which the coinciding longitudinal axes of the inner functional diameter of the housing and the solid cylinder of the cassette are located, and which at installation and measurement are located parallel to the longitudinal center line of the pipeline. The housing and cassette are made of high-heat-conductive materials.

EFFECT: improvement of the accuracy of temperature measurement.

2 dwg

Description

Изобретение предназначено для непрерывного измерения и регистрации температуры наружной поверхности труб, расположенных в местах, не позволяющих производить непосредственные замеры, например, в подземных коммуникациях.The invention is intended for continuous measurement and registration of the temperature of the outer surface of pipes located in places that do not allow direct measurements, for example, in underground utilities.

Известен датчик температуры, который состоит из основания и крышки, образуя корпус и внутри которого на основании расположен чувствительный элемент, закрытый пластиной. Основание и крышка, соединенные между собой, образуют герметичную полость и имеют одну общую ось, перпендикулярную оси трубы, вдоль которой расположен кабельный ввод с элементами фиксации и герметизации. Датчик закрывается от внешней среды кожухом. Соединительный кабель выполнен на основе стандартного многожильного кабеля из электрических проводов, подсоединенных к чувствительному элементу. Датчик температуры устанавливается на трубе при помощи клея. При этом основание предполагает наличие только трех градаций по радиусу кривизны относительно диаметра трубы. См Технический паспорт, MMG Automatika Muvek, Budapest III., Szervolgyi ut 41. Недостатками указанного датчика являются наличие только трех градаций по радиусу кривизны относительно диаметра трубы, что приводит к большой погрешности измерения температуры наружных поверхностей труб, чьи диаметры находятся между пределами градации. Место входа соединительного кабеля в корпус сверху может привести к разгерметизации корпуса из-за меняющихся климатических условий и преждевременному выходу из строя датчика температуры. Использование соединительного кабеля без механической защиты может привести к нарушению его целостности при монтаже и эксплуатации при подвижках грунта и преждевременному выходу из строя. Датчик температуры располагает только одним чувствительным элементом и, таким образом имеется только один измерительный канал. Поэтому при выходе чувствительного элемента из строя, выйдет из строя и датчик температуры, установленный на трубе под землей. У рассматриваемого датчика не предусмотрена электроизоляция корпуса датчика от электрического потенциала, существующего на поверхности трубы.A known temperature sensor, which consists of a base and a cover, forming a housing and inside of which on the base there is a sensitive element covered by a plate. The base and cover, interconnected, form a sealed cavity and have one common axis perpendicular to the axis of the pipe, along which there is a cable entry with fixing and sealing elements. The sensor is closed from the external environment by a casing. The connecting cable is made on the basis of a standard multicore cable of electrical wires connected to a sensitive element. The temperature sensor is installed on the pipe with glue. Moreover, the base assumes the presence of only three gradations along the radius of curvature relative to the diameter of the pipe. See Technical Data Sheet, MMG Automatika Muvek, Budapest III., Szervolgyi ut 41. The disadvantages of this sensor are the presence of only three gradations in the radius of curvature relative to the diameter of the pipe, which leads to a large error in measuring the temperature of the outer surfaces of pipes whose diameters are between the gradation limits. The entry point of the connecting cable into the housing from above can lead to housing leakage due to changing climatic conditions and premature failure of the temperature sensor. The use of a connecting cable without mechanical protection can lead to a violation of its integrity during installation and operation during ground movements and premature failure. The temperature sensor has only one sensing element and, therefore, there is only one measuring channel. Therefore, when the sensor fails, the temperature sensor mounted on the pipe underground will also fail. The sensor under consideration does not provide electrical insulation of the sensor housing from the electric potential existing on the pipe surface.

Наиболее близким к заявляемому, и взятым за прототип, является датчик температуры состоящий из основания, чувствительного элемента, корпуса с крышкой внутри которого расположена кассета формы ступенчатого полнотелого цилиндра с несколькими вертикальными сквозными отверстиями для чувствительных элементов, кабельного вывода с элементами фиксации и герметизации и изоляционного кожуха. Корпус представляет собой стакан с глухим тонким ступенчатым дном, а прямоугольное основание имеет сверху центральное глухое углубление, соответствующее диаметру и глубине ступенчатого дна корпуса и они состыкованы разъемным соединением. Снизу съемное основание имеет кривизну R, соответствующую радиусу поверхности трубы. Кабельный вывод расположен параллельно образующей прямой линии поверхности основания и состоит из штуцера и соединительного кабеля, включающего электрические провода внутри металлической трубки, и оцинкованного металлорукава. См. описание к патенту RU №2215271, опубликованное 27.10.2003., бюл. №30. Данный датчик позволяет повысить точность измерения и надежность работы, увеличить срок службы, а также уменьшить массово-габаритные характеристики. Однако у рассматриваемого датчика достаточно большие габариты, что не позволяет эффективно использовать на трубах малого диаметра, например, диаметром менее 100.0 мм.Closest to the claimed, and taken as a prototype, is a temperature sensor consisting of a base, a sensing element, a housing with a lid inside which is a cassette of the shape of a stepped full-bodied cylinder with several vertical through holes for sensitive elements, a cable outlet with fixing and sealing elements and an insulating casing . The case is a glass with a deaf thin stepped bottom, and the rectangular base has a central deaf recess on top corresponding to the diameter and depth of the stepped bottom of the case and they are joined by a detachable connection. The bottom of the removable base has a curvature R corresponding to the radius of the pipe surface. The cable outlet is parallel to the straight line forming the surface of the base and consists of a fitting and a connecting cable, including electrical wires inside the metal tube, and a galvanized metal hose. See the description of patent RU No. 2215271, published on 10.27.2003., Bull. No. 30. This sensor allows to increase the accuracy of measurement and reliability, increase the service life, as well as reduce the mass-dimensional characteristics. However, the sensor in question is large enough, which does not allow efficient use on pipes of small diameter, for example, with a diameter of less than 100.0 mm.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности измерения и регистрации температуры наружной поверхности трубы, повышение надежности работы датчика температуры, а также увеличение срока его службы сокращение сроков изготовления и сборки.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy of measuring and recording the temperature of the outer surface of the pipe, increasing the reliability of the temperature sensor, as well as increasing its service life reducing the time of manufacture and assembly.

Ожидаемый технический результат заключается в снижении комплектующих и массогабаритных характеристик, а также сокращение сроков изготовления и сборки.The expected technical result is a decrease in components and overall dimensions, as well as a reduction in the time of manufacture and assembly.

Это достигается тем, что датчик температуры, состоящий из корпуса с крышкой и отверстием для кабельного вывода, между которыми внутри, расположена кассета в виде полнотелого цилиндра с несколькими сквозными отверстиями для чувствительных элементов поджатая гайкой, а одна из внешних сторон корпуса выполнена прямоугольной и является составной частью плоского основания, продольно которому расположены, совпадающие продольные оси внутреннего рабочего диаметра корпуса и полнотелого цилиндра кассеты и при установке и измерении расположены параллельно продольной осевой линии трубопровода, при этом корпус и кассета выполнены из высокотеплопроводных материалов.This is achieved by the fact that the temperature sensor, consisting of a housing with a cover and an opening for cable outlet, between which inside, is a cartridge in the form of a solid cylinder with several through holes for sensitive elements is tightened by a nut, and one of the external sides of the housing is made rectangular and is integral part of a flat base, longitudinally to which are located, the coinciding longitudinal axis of the inner working diameter of the housing and the solid cylinder of the cartridge and when installing and measuring are parallel to the longitudinal axial line of the pipeline, while the body and cassette are made of highly heat-conducting materials.

На фиг.1 представлен общий вид датчика температуры в разрезе.Figure 1 presents a General view of the temperature sensor in section.

На фиг.2 - сечение А-А.Figure 2 is a section aa.

Датчик температуры состоит из корпуса 1 с крышкой 2, основания 3 (см. фиг.2), кассеты 4 (см. фиг.1) с чувствительными элементами 5, и кабельного вывода 6. Кассета 4 имеет форму полнотелого цилиндра и поджата гайкой 7. Внутренний рабочий диаметр корпуса 1 соответствует наружному диаметру полнотелого цилиндра кассеты 4, продольные оси которых совпадают, а при установке и измерении расположены параллельно продольной осевой линии трубопровода. Параллельно этим осевым линиям кассета 4 имеет несколько сквозных отверстий 8 (на фиг.2 их показано четыре), в которых располагаются чувствительные элементы 5. Причем перенос тепла внутри чувствительного элемента осуществляется перпендикулярно оси сквозных отверстий по всей длине почти мгновенно из-за малого диаметра чувствительных элементов 5 и изготовления кассеты 4 и корпуса 1 из быстропроводящих тепло материалов.The temperature sensor consists of a housing 1 with a cover 2, a base 3 (see Fig. 2), a cassette 4 (see Fig. 1) with sensing elements 5, and a cable outlet 6. The cassette 4 has the shape of a full-bodied cylinder and is tightened by a nut 7. The inner working diameter of the housing 1 corresponds to the outer diameter of the full-bodied cylinder of the cartridge 4, the longitudinal axes of which coincide, and when installing and measuring are parallel to the longitudinal axial line of the pipeline. In parallel to these axial lines, the cartridge 4 has several through holes 8 (four are shown in FIG. 2) in which the sensing elements 5 are located. Moreover, heat transfer inside the sensitive element is perpendicular to the axis of the through holes along the entire length almost instantly due to the small diameter of the sensitive elements 5 and the manufacture of the cartridge 4 and the housing 1 from heat-conducting materials.

Корпус 1 выполнен в виде гильзы со сквозным ступенчатым отверстием внутри. С одной стороны сквозное ступенчатое отверстие на конце заканчивается круглым отверстием 9 (см. фиг.1) для кабельного вывода 6, а с другой стороны отверстием под крышку 2, между которыми имеется расточка по длине кассеты с буртиком 10 и резьбовым отверстием 11 для ее крепления гайкой 7. Внешняя форма корпуса 1 характеризуется перпендикулярным сечением и может иметь периметр разнообразной формы. В нашем случае, для изготовления корпуса 1 был выбран профиль в виде прутка прямоугольного сечения.The housing 1 is made in the form of a sleeve with a through step hole inside. On the one hand, the through step hole at the end ends with a round hole 9 (see Fig. 1) for cable outlet 6, and on the other hand, with a hole for the cover 2, between which there is a bore along the length of the cassette with a shoulder 10 and a threaded hole 11 for fixing it nut 7. The external shape of the housing 1 is characterized by a perpendicular section and may have a perimeter of various shapes. In our case, for the manufacture of the housing 1, a profile was selected in the form of a bar of rectangular cross section.

Изготовление и сборка датчика температуры осуществляются следующим образом. Корпус 1, крышка 2 основание 3 изготавливаются из никелевого сплава, например, 12Х18Н10Т. Кассета 4 изготавливается из высокотеплопроводного материала, например, алюминиевого сплава Д16.The manufacture and assembly of the temperature sensor are as follows. Case 1, cover 2 base 3 are made of a nickel alloy, for example, 12X18H10T. Cassette 4 is made of highly conductive material, for example, aluminum alloy D16.

Основание 3 образовано за счет установленных с двух сторон снизу корпуса 1 двух пластин 12 прямоугольного сечения с отверстиями 13 (по два на каждой пластине см. фиг.1) и нижней поверхности корпуса 1, образующих снизу одну горизонтальную плоскость.The base 3 is formed by two rectangular plates 12 mounted on two sides from the bottom of the housing 1 and have holes 13 (two on each plate, see FIG. 1) and the lower surface of the housing 1, forming one horizontal plane from the bottom.

Корпус 1 был изготовлен из прутка высокотеплопроводного материала прямоугольного сечения 25×25 мм и длиной 81.5 мм, два смежных угла которых могут быть закруглены или скошены. С одной стороны торца вдоль продольной осевой линии высверливается отверстие 9 диаметром Ф=10.0 мм и наружной проточкой делается буртик диаметром Ф=14.0 мм и длиной 1,5 мм под установку и крепление кабельного вывода 6. Затем с другой стороны высверливается отверстие диаметром Ф=19.5 мм и длиной 75.0 мм, получая тем самым сквозное отверстие вдоль единой продольной осевой линии. Потом с этой стороны отверстие диаметром Ф=19.5 мм растачивают под диаметр Ф=20.7 мм длиной 63.5 мм с образованием буртика 10 для установки до упора кассеты 4. Затем делается проточка диаметром Ф=23.0 мм и длиной 4.5 мм, под установку крышки 2 и отверстие под нарезание резьбы М22×1 для крепления кассеты 4 и фиксации ее в корпусе 1 гайкой 7. После с двух сторон снизу корпуса 1 к двум смежным углам при помощи сварки устанавливают пластины прямоугольного сечения 6×10 мм и длиной 50.0 мм, образуя снизу одну горизонтальную плоскость. Противоположные смежные углы могут быть скошены или выполнены по радиусу.Case 1 was made of a rod of highly heat-conducting material of rectangular cross section 25 × 25 mm and a length of 81.5 mm, two adjacent corners of which can be rounded or chamfered. On one side of the end along the longitudinal axial line, a hole 9 with a diameter of Ф = 10.0 mm is drilled and an outer groove is made a shoulder with a diameter of Ф = 14.0 mm and a length of 1.5 mm for installation and fastening of cable outlet 6. Then, on the other side, a hole with a diameter of Ф = 19.5 is drilled mm and a length of 75.0 mm, thereby obtaining a through hole along a single longitudinal center line. Then, from this side, a hole with a diameter of F = 19.5 mm is bored to a diameter of F = 20.7 mm with a length of 63.5 mm to form a shoulder 10 for installation until the cartridge 4 stops. Then a groove is made with a diameter of F = 23.0 mm and a length of 4.5 mm, for installing cover 2 and a hole for threading M22 × 1 for mounting the cassette 4 and fixing it in the housing 1 with a nut 7. Then, on two sides from the bottom of the housing 1, two plates with a rectangular cross section of 6 × 10 mm and a length of 50.0 mm are formed by welding, forming one horizontal bottom plane. Opposite adjacent angles may be beveled or radially formed.

Кассета 4 имеет сквозные продольные отверстия 8 для установки в нее чувствительных элементов 5 и она имеет еще одно дополнительное сквозное отверстие 8, образующее общую воздушную полость внутри корпуса 1 со стороны гайки 7. Поэтому гайка 7 с наружной резьбой М22×1 имеет сквозное отверстие с диаметром, превышающее расстояние между двумя отверстиями 8, расположенными по разные стороны продольной оси сквозного отверстия корпуса 1. При этом кассета 4 устанавливается таким образом, что бы один или два чувствительных элемента располагались как можно ближе к нижней горизонтальной плоскости основания 3. Крепление кассеты 4 и фиксации ее в корпусе 1 гайкой 7 производится после установки в нее чувствительных элементов 5.The cassette 4 has through longitudinal holes 8 for installing sensitive elements 5 in it and it has another additional through hole 8, forming a common air cavity inside the housing 1 from the side of the nut 7. Therefore, the nut 7 with an external thread M22 × 1 has a through hole with a diameter exceeding the distance between two holes 8 located on opposite sides of the longitudinal axis of the through hole of the housing 1. In this case, the cartridge 4 is installed so that one or two sensing elements are located as far as possible closer to the bottom of the horizontal plane of the base 3. Fastening tape 4 and fixing it in the housing 1 the nut 7 is made after installation therein of sensing elements 5.

Чувствительный элемент 5 или несколько чувствительных элементов 5 оборачивают изоляционной пленкой внахлест, обмазывают клеем и вставляют их в отверстия 8 кассеты. Гайкой 7 производится ее крепление и фиксация в корпусе 1. После чего корпус 1 закрывается крышкой 2.The sensing element 5 or several sensing elements 5 are wrapped with an insulating film with an overlap, coated with glue and inserted into the holes 8 of the cassette. The nut 7 is its fastening and fixing in the housing 1. After that, the housing 1 is closed by a cover 2.

При установке датчика температуры на трубы разного диаметра используются специальные подкладки 14 (см. фиг.2) с разным диаметром кривизны, соответствующим диаметру конкретной трубы. Подкладка 14 устанавливается к основанию 3 при помощи винтов, проходящих через отверстия 13 с блокировкой электрического контакта с помощью изоляционных втулок и прокладки между ними и основанием 3, т.к. трубы, как правило, находятся под небольшим электрическим потенциалом для предотвращения электрохимической коррозии трубы.When installing the temperature sensor on pipes of different diameters, special linings 14 (see figure 2) with different diameters of curvature corresponding to the diameter of a particular pipe are used. The lining 14 is installed to the base 3 with screws passing through the holes 13 with the electrical contact blocked by means of insulating sleeves and gaskets between them and the base 3, because pipes are generally under a small electrical potential to prevent electrochemical corrosion of the pipe.

Датчик температуры работает следующим образом. Тепло от трубы через прокладку 14 (если труба круглого сечения), основание 3, кассету 4 поступает к чувствительным элементам 5. Изменение температуры трубы от 0 до 50°C приводит к изменению сопротивления чувствительного элемента ≈21.0 Ом. Указанная мера измерения сопротивления служит мерой измерения температуры трубы и регистрируется на поверхности вторичным преобразователем.The temperature sensor operates as follows. Heat from the pipe through the gasket 14 (if the pipe is round), base 3, cassette 4 is supplied to the sensing elements 5. Changing the temperature of the pipe from 0 to 50 ° C leads to a change in the resistance of the sensitive element ≈21.0 Ohms. The indicated measure of resistance serves as a measure of the temperature of the pipe and is recorded on the surface by a secondary transducer.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить точность измерения и регистрации температуры наружной поверхности трубы, а также надежность работы датчика температуры. Увеличить срок его службы.Thus, the present invention improves the accuracy of measuring and recording the temperature of the outer surface of the pipe, as well as the reliability of the temperature sensor. Increase its lifespan.

Позволят использовать их на трубах малого диаметра с высоким быстродействием и малой статической погрешностью измерения и регистрации температуры, а также с меньшими массогабаритными характеристиками.They will allow to use them on pipes of small diameter with high speed and small static error of measurement and registration of temperature, as well as with smaller weight and size characteristics.

Claims

Temperature sensor, consisting of a housing with a cover and a hole for cable outlet, between which inside is a cartridge in the form of a solid cylinder with several through holes for sensitive elements, pressed by a nut, characterized in that one of the outer sides of the housing is made rectangular and is an integral part of a flat base, longitudinally to which are coincident longitudinal axes of the internal working diameter of the casing and the full-bodied cylinder of the cartridge, and which are installed and measured enes parallel to the longitudinal center line of the pipeline, wherein the housing and the cartridge are made of highly conducting materials.