RU2584316C1 - Polyfunctional sensor - Google Patents
Polyfunctional sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2584316C1 RU2584316C1 RU2014146415/02A RU2014146415A RU2584316C1 RU 2584316 C1 RU2584316 C1 RU 2584316C1 RU 2014146415/02 A RU2014146415/02 A RU 2014146415/02A RU 2014146415 A RU2014146415 A RU 2014146415A RU 2584316 C1 RU2584316 C1 RU 2584316C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- outer shell
- layers
- cable
- cable according
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/32—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for indicating defects, e.g. breaks or leaks
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах противопожарной безопасности для контроля и регулирования температуры в реакторах, сигнальных и противопожарных системах, а также в конструкциях катализаторов с автотермическим подогревом.The invention relates to measuring equipment and can be used in fire safety systems for temperature control and regulation in reactors, signal and fire systems, as well as in designs of catalysts with autothermal heating.
Из уровня техники [RU 2363053 C1 (ЖАНГ Вейше, ЛИ Гангджин) 27.07.2009] известны конструкции протяженных одноразовых противопожарных датчиков, содержащих две металлические жилы-электрода, изолированных полимерным материалом. При повышении температуры (аварийная ситуация) происходит плавление изоляции - полимера - и замыкание жил-электродов. Для повышения надежности (дублирования сигналов) добавляется слой полупроводникового материала, а фиксация аварийного нагрева осуществляется по сигналу короткого замыкания и изменению электросопротивления полупроводникового слоя. Недостатками конструкции являются однократное срабатывание, ограниченный температурный диапазон, низкая механическая прочность.The prior art [RU 2363053 C1 (ZhANG Weisha, LI Gangjin) 07/27/2009] the construction of long-term disposable fire sensors containing two metal conductors-electrodes isolated with a polymeric material are known. When the temperature rises (emergency), the insulation - polymer - melts and the core-electrodes are closed. To increase reliability (signal duplication), a layer of semiconductor material is added, and emergency heating is fixed by a short circuit signal and a change in the electrical resistance of the semiconductor layer. The design flaws are single operation, limited temperature range, low mechanical strength.
Известны также конструкции термочувствительных кабелей-датчиков для противопожарных систем с повышенной механической прочностью, сохраняющих работоспособность при неоднократных нагревах до 1000°C, содержащих металлические оболочки и жилы-электроды, разделенных полупроводниковым оксидным наполнителем [Сучков В.Ф., Светлова В.И., Финкель Э.Э. / Жаростойкие кабели с минеральной / Энергоатомиздат, 1984]. При повышении температуры общее электросопротивление кабеля-датчика уменьшается независимо от участка нагрева и по достижении заданных значений электросопротивления кабеля-датчика автоматически срабатывают противоаварийные системы сигнализации и тушения (Фиг. 1).Also known are the designs of thermosensitive sensor cables for fire systems with increased mechanical strength, which remain operational during repeated heating up to 1000 ° C, containing metal shells and core conductors separated by a semiconductor oxide filler [Suchkov V.F., Svetlova V.I., Finkel E.E. / Heat-resistant cables with mineral / Energoatomizdat, 1984]. As the temperature rises, the total electrical resistance of the sensor cable decreases regardless of the heating area, and when the specified values of the electrical resistance of the sensor cable are reached, emergency alarm and suppression systems are automatically triggered (Fig. 1).
В последующие годы проводились разработки наполнителей с целью расширения диапазона рабочих температур и повышения чувствительности кабеля-датчика [Кабель марки КТЧС-390 ТУ 16.505.431.1978 (73)].In subsequent years, the development of fillers was carried out with the aim of expanding the range of operating temperatures and increasing the sensitivity of the sensor cable [Cable brand KTCHS-390 TU 16.505.431.1978 (73)].
Термочувствительные кабели устанавливаются в труднодоступных отсеках самолетов, кораблей, в зонах взрывоопасных помещений и других объектах, где необходим контроль за температурным состоянием среды на значительном протяжении.Heat-sensitive cables are installed in hard-to-reach compartments of aircraft, ships, in areas of explosive areas and other facilities where monitoring of the temperature state of the medium over a considerable length is necessary.
Ближайшим аналогом настоящего изобретения является термочувствительный кабель, известный из [Авторское свидетельство №1166181 (В.Н. Цыганков, В.Т. Долголенко) 07.07.1985], в конструкции которого имеется ряд жил-электродов различной длины, разделенных полупроводниковым оксидным наполнителем с отрицательным или положительным температурным коэффициентом электросопротивления, что позволяет определить не только изменение температуры, но и зоны, в которых происходит нагрев.The closest analogue of the present invention is a heat-sensitive cable, known from [Author's certificate No. 1166181 (V.N. Tsygankov, V.T. Dolgolenko) 07.07.1985], in the design of which there are a number of core electrodes of various lengths separated by a semiconductor oxide filler with a negative or a positive temperature coefficient of electrical resistance, which allows us to determine not only the temperature change, but also the zones in which the heating occurs.
Существенным недостатком является фиксация заданной или аварийной температуры только по одному сигналу - при снижении или повышении электросопротивления до определенной величины. При этом кабель-датчик обладает ограниченной надежностью, так как в случае механического повреждения термочувствительного кабеля (например, смятие при взрыве или ударе), сильном изгибе, сопровождающемся касанием жил и оболочки кабеля-датчика, выдает ложный сигнал об аварийной температуре.A significant drawback is the fixation of a given or emergency temperature by only one signal - with a decrease or increase in electrical resistance to a certain value. At the same time, the sensor cable has limited reliability, since in the case of mechanical damage to the heat-sensitive cable (for example, crushing due to explosion or impact), severe bending, accompanied by touching the cores and the sheath of the sensor cable, gives a false signal about the emergency temperature.
Для повышения надежности фиксации сигнала в процессе аварийного нагрева предложена конструкция термочувствительного кабеля, повышающая надежность путем дублирования сигналов об аварийном нагреве, а в случае применения кабеля в регулировании температуры контролируемого объема (реактора или ректификационной колонны) фиксируется не только определенная температура, но и заданный интервал температур, при возможности одновременного выполнения функций катализатора и нагревателя.To increase the reliability of signal fixation during emergency heating, a thermosensitive cable design is proposed that increases reliability by duplicating emergency heating signals, and if the cable is used to control the temperature of the controlled volume (reactor or distillation column), not only a certain temperature is fixed, but also a given temperature range , if possible, simultaneously perform the functions of a catalyst and a heater.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности сигнала аварийного нагрева путем его дублирования, а при применении термочувствительного кабеля в системах контроля и регулировки температуры фиксирование температуры в заданном интервале.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of the emergency heating signal by duplicating it, and when using a heat-sensitive cable in temperature monitoring and control systems, fixing the temperature in a given interval.
Техническим результатом заявленного изобретения также является расширение функциональных возможностей термочувствительного кабеля-датчика, т.е. совмещение функций датчика, катализатора и нагревателя.The technical result of the claimed invention is also the expansion of the functionality of the thermosensitive sensor cable, i.e. combination of functions of the sensor, catalyst and heater.
Технический результат достигается тем, что конструкция термочувствительного кабеля дополнительно содержит между центральным электродом и внешней оболочкой по меньшей мере две внутренние оболочки, между которыми последовательно расположены слои полупроводниковых наполнителей с положительным и отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), обеспечивающие фиксирование заданной температуры или интервалов температур по температурным совпадениям электросопротивления слоев; и дополнительными возможностями поверхности кабеля проявлять каталитические свойства, а также быть нагревателем для поддержания заданного интервала температур.The technical result is achieved by the fact that the design of the heat-sensitive cable additionally contains between the central electrode and the outer shell at least two inner shells, between which layers of semiconductor fillers with a positive and negative temperature coefficient of resistance (TCR) are sequentially located, providing a fixed temperature or temperature intervals temperature coincidence of the electrical resistance of the layers; and additional capabilities of the cable surface to exhibit catalytic properties, as well as to be a heater to maintain a given temperature range.
На Фиг. 2 показана конструкция заявленного кабеля-датчика. Он содержит внешнюю оболочку (1), внутреннюю оболочку (1′) и центральный электрод (2), разделенные порошковым (поликристаллическим) полупроводниковым наполнителем с отрицательными (3) и положительными (4) температурными коэффициентами сопротивления.In FIG. 2 shows the design of the inventive sensor cable. It contains an outer shell (1), an inner shell (1 ′) and a central electrode (2), separated by a powder (polycrystalline) semiconductor filler with negative (3) and positive (4) temperature resistance coefficients.
Внешняя (1) и внутренние (1′) оболочки и электрод (2) выполняются из жаростойких металлов и сплавов.External (1) and internal (1 ′) shells and electrode (2) are made of heat-resistant metals and alloys.
Количество внутренних оболочек определяется числом зон контроля температур. Внутренние оболочки и центральный электрод, например, могут быть выполнены из жаростойкого сплава 1Х18Н10Т. Внешняя оболочка (когда она не выполняет роль катализатора) также может быть изготовлена из сплава 1Х18Н10Т.The number of inner shells is determined by the number of temperature control zones. The inner shells and the central electrode, for example, can be made of heat-resistant alloy 1X18H10T. The outer shell (when it does not play the role of a catalyst) can also be made of 1X18H10T alloy.
При изменении температуры (Т) электросопротивление (R) слоя с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (-ТКС) уменьшается, а с положительным (+ТКС) возрастает. В зависимости от выбранных наполнителей при определенной температуре, которая может являться контрольной в противопожарной системе или рабочей в химическом реакторе, их сопротивление сравнивается, что фиксируется блоком контроля противопожарной системы или регулятором температуры (Фиг. 3).As the temperature (T) changes, the electrical resistance (R) of the layer with a negative temperature coefficient of resistance (-TCS) decreases, and with a positive (+ TCS) it increases. Depending on the selected fillers at a certain temperature, which can be a control in the fire system or working in a chemical reactor, their resistance is compared, which is fixed by the control unit of the fire system or temperature controller (Fig. 3).
Например, если контрольная температура 80-100°С, то в качестве полупроводникового наполнителя с отрицательным ТКС используются твердые растворы на основе In2O3, а с положительным ТКС - твердые растворы на основе BaTiO3.For example, if the control temperature is 80-100 ° C, as a semiconductor filler NTC used solid solutions based on In 2 O 3, and PTC - solid solutions based on BaTiO 3.
На Фиг. 4 показана конструкция протяженного кабеля-датчика с внешней оболочкой (1), центральным электродом (2), двумя внутренними оболочками (1′) и тремя слоями наполнителей, например, первый с отрицательным ТКС (3), второй (4) и третий (4′) - с положительным ТКС и разными зависимостями электросопротивление-температура (наполнители отличаются составами). В этом случае появляется возможность фиксировать не только точку, но и заданный интервал температур (Фиг. 5).In FIG. Figure 4 shows the design of an extended sensor cable with an outer sheath (1), a central electrode (2), two inner sheaths (1 ′) and three layers of fillers, for example, the first with a negative TCR (3), the second (4) and the third (4 ′) - with a positive TCS and different dependences of the electrical resistance-temperature (fillers differ in composition). In this case, it becomes possible to fix not only a point, but also a given temperature range (Fig. 5).
Для конструкции, содержащей наполнители: первый - с отрицательным ТКС, второй - с положительным ТКС, третий - с отрицательным ТКС, изменение электросопротивления (R) слоев наполнителей от температуры (Т) имеет вид, представленный на Фиг. 6.For a structure containing fillers: the first with a negative TCS, the second with a positive TCS, the third with a negative TCS, the change in the electrical resistance (R) of the filler layers as a function of temperature (T) has the form shown in FIG. 6.
В обоих последних случаях фиксируются по две точки с одинаковыми значениями электросопротивления слоев, что позволяет контрольным системам или фиксировать аварийные температуры, или при достижении границ заданных интервалов температур производить регулировку температуры объекта (например, реактора).In both of the latter cases, two points are fixed with the same values of the electrical resistivity of the layers, which allows the control systems to either fix emergency temperatures or, when the boundaries of the specified temperature ranges are reached, adjust the temperature of the object (for example, the reactor).
Такая конструкция исключает сигнал об аварийной температуре при механическом повреждении кабеля-датчика, т.к. электросопротивление слоев резко упадет: будут фиксироваться близкие низкие значения, которые дублируются и могут выделяться регистрирующим и исполнительным устройствами как механические повреждения. В этом случае температурные зависимости электросопротивление (R) - температура (Т) не пересекаются; отсутствует точка с равными значениями электросопротивления слоев.This design eliminates the alarm temperature alarm during mechanical damage to the sensor cable, because the electrical resistance of the layers will drop sharply: close low values will be recorded, which are duplicated and can be distinguished by recording and actuating devices as mechanical damage. In this case, the temperature dependence of the electrical resistance (R) - temperature (T) do not intersect; there is no point with equal values of the electrical resistance of the layers.
При совмещении в термочувствительном кабеле-датчике функций датчика температуры и катализатора внешняя оболочка кабеля-датчика может быть выполнена из каталитически активного материала: платины, например, для процесса окисления аммиака при 700-800°С, или никеля - для процесса конверсии метана 750-850°С, или железа - для процесса синтеза аммиака при 400-500°С, или меди - для процессов дегидрирования и очистки газовых смесей от оксида углерода. В этом случае линейный кабель-датчик температуры входит в конструкцию катализатора в виде спирали или сетки.When combining the functions of a temperature sensor and a catalyst in a temperature-sensitive cable sensor, the outer shell of the sensor cable can be made of a catalytically active material: platinum, for example, for the oxidation of ammonia at 700-800 ° C, or nickel for the methane conversion process 750-850 ° С, or iron - for the process of ammonia synthesis at 400-500 ° С, or copper - for the processes of dehydrogenation and purification of gas mixtures from carbon monoxide. In this case, the linear cable-temperature sensor is included in the design of the catalyst in the form of a spiral or grid.
Внешняя оболочка кабеля-датчика катализатора может подвергаться специальному окислению с формированием на поверхности каталитически активного оксидного слоя, а для увеличения поверхности внешняя оболочка может быть перфорирована. Примером кабеля-датчика с нанесенным слоем каталитически активного материала является кабель с внешней оболочкой из никеля, которая подвергается окислению, а образующийся на поверхности оксид никеля проявляет каталитические свойства в процессах очистки газовых смесей от окиси углерода. Для еще большего увеличения каталитически активной поверхности первый слой может состоять из наполнителя-катализатора, которым могут служить полупроводниковые оксиды, композиционные составы или твердые растворы на их основе. В этом случае конструкция будет содержать четыре слоя разных наполнителей.The outer shell of the catalyst sensor cable can undergo special oxidation to form a catalytically active oxide layer on the surface, and the outer shell can be perforated to increase the surface. An example of a sensor cable coated with a layer of catalytically active material is a cable with an outer shell of nickel, which undergoes oxidation, and nickel oxide formed on the surface exhibits catalytic properties in the process of purification of gas mixtures from carbon monoxide. To further increase the catalytically active surface, the first layer may consist of a filler-catalyst, which can serve as semiconductor oxides, compositions or solid solutions based on them. In this case, the design will contain four layers of different fillers.
Если датчик-катализатор применяется для эндотермических процессов (например, конверсия метана), то одна из коаксиальных оболочек (или несколько) могут выполнять функции электрода и нагревателя при пропускании по ним тока (непрерывно или периодически).If the sensor-catalyst is used for endothermic processes (for example, methane conversion), then one of the coaxial shells (or several) can act as an electrode and a heater when current is passed through them (continuously or periodically).
Полупроводниковые наполнители подбирают с учетом контролируемого температурного интервала и температур аварийных перегревов или пожаров.Semiconductor fillers are selected taking into account the controlled temperature range and temperatures of emergency overheating or fires.
В качестве наполнителей с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления могут использоваться оксиды марганца (Mn), кобальта (Со), никеля (Ni), хрома (Cr), индия (In) или редкоземельных элементов или их твердые растворы.As fillers with a negative temperature coefficient of resistance, oxides of manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), chromium (Cr), indium (In) or rare-earth elements or their solid solutions can be used.
Наполнителями с положительными ТКС - твердые растворы на основе титаната бария, легированные лантаном (La), церием (Се), висмутом (Bi), сурьмой (Sb), танталом (Та), ниобием (Nb), или композиционные составы.Excipients with positive TCS are solid solutions based on barium titanate doped with lanthanum (La), cerium (Ce), bismuth (Bi), antimony (Sb), tantalum (Ta), niobium (Nb), or composite compositions.
В тех случаях, когда необходимо определить зону перегрева, кабель-датчик содержит внутренние коаксиальные (соосные) оболочки (1′) разных размеров (Фиг. 7). При этом пространство между торцами укороченных коаксиальных оболочек заполняются диэлектриком - оксидом магния (5).In those cases when it is necessary to determine the overheating zone, the sensor cable contains internal coaxial (coaxial) sheaths (1 ′) of different sizes (Fig. 7). In this case, the space between the ends of the shortened coaxial shells is filled with a dielectric - magnesium oxide (5).
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146415/02A RU2584316C9 (en) | 2014-11-19 | Polyfunctional sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146415/02A RU2584316C9 (en) | 2014-11-19 | Polyfunctional sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2584316C1 true RU2584316C1 (en) | 2016-05-20 |
RU2584316C9 RU2584316C9 (en) | 2016-06-27 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4277673A (en) * | 1979-03-26 | 1981-07-07 | E-B Industries, Inc. | Electrically conductive self-regulating article |
SU890444A1 (en) * | 1980-03-14 | 1981-12-15 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тонкой Химической Технологии Им. М.В.Ломоносова | Heat-sensitive cable |
SU1150496A1 (en) * | 1983-10-18 | 1985-04-15 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тонкой Химической Технологии Им.М.В.Ломоносова | Method of producing temperature pickup |
SU1166181A1 (en) * | 1982-01-08 | 1985-07-07 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тонкой Химической Технологии Им.М.В.Ломоносова | Temperature-sensitive cable |
US5541803A (en) * | 1994-03-07 | 1996-07-30 | Pope, Jr.; Ralph E. | Electrical safety device |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4277673A (en) * | 1979-03-26 | 1981-07-07 | E-B Industries, Inc. | Electrically conductive self-regulating article |
SU890444A1 (en) * | 1980-03-14 | 1981-12-15 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тонкой Химической Технологии Им. М.В.Ломоносова | Heat-sensitive cable |
SU1166181A1 (en) * | 1982-01-08 | 1985-07-07 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тонкой Химической Технологии Им.М.В.Ломоносова | Temperature-sensitive cable |
SU1150496A1 (en) * | 1983-10-18 | 1985-04-15 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тонкой Химической Технологии Им.М.В.Ломоносова | Method of producing temperature pickup |
US5541803A (en) * | 1994-03-07 | 1996-07-30 | Pope, Jr.; Ralph E. | Electrical safety device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10512122B2 (en) | Electrical cartridge type heater with temperature monitoring and electrical heater with temperature monitoring | |
JP5872582B2 (en) | Temperature sensors and equipment | |
RU2584316C1 (en) | Polyfunctional sensor | |
RU2584316C9 (en) | Polyfunctional sensor | |
US20170363556A1 (en) | Gas sensor | |
US9524841B2 (en) | Heat detector with shape metal alloy element | |
US3375477A (en) | Overheat detector for electric blankets and the like | |
US5975758A (en) | Method and sensor for detecting thermal history | |
US4365229A (en) | High temperature sensor | |
US4350968A (en) | Liquid level detector | |
RU2605548C1 (en) | Heat-sensitive pick-up cable | |
JP3177887U (en) | Sheath type temperature measuring device | |
JP5302130B2 (en) | Temperature sensor | |
JPS61274748A (en) | Combustion catalyst body with deterioration detecting function | |
US7365631B2 (en) | Overheat detection sensor | |
EP3761283B1 (en) | Shape memory alloy actuated fire and overheat detector | |
JPS6137577B2 (en) | ||
TW202121449A (en) | Thermal sensor wire, method of forming the same, and device comprising the same | |
JP2009099662A (en) | High-temperature sensor | |
SU773741A1 (en) | Thermosensitive cable | |
RU2626716C1 (en) | Method for fire or overheat detection, and device for its implementation | |
US2856368A (en) | Resistance material for fire detector element | |
RU2603555C1 (en) | Sensor cable | |
JP2005134165A (en) | Thin film gas sensor | |
JP6440641B2 (en) | Conductive oxide sintered body, thermistor element using the same, and temperature sensor using thermistor element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TH4A | Reissue of patent specification | ||
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 14-2016 FOR TAG: (72) |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191120 |