RU2607338C1

RU2607338C1 - Temperature sensor

Info

Publication number: RU2607338C1
Application number: RU2015150506A
Authority: RU
Inventors: Андрей Викторович Каржавин; Владимир Андреевич Каржавин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Производственная компания "ТЕСЕЙ"
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2017-01-10
Also published as: EA031036B1; EA201692147A3; EA201692147A2

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to measuring equipment and can be used for measurement of temperature of gaseous, liquid and solid media. Disclosed is a temperature sensor, including a sensitive element, in form of a cable thermoelectric converter, and a protective cover, consisting of a pipe section and a plug. Distinctive feature of proposed sensor is that plug has length equal to or greater than its diameter, and a blind hole intended for arrangement of part of sensitive element from side of working end, wherein end of plug extends beyond pipe by a protrusion value K, in a range 0.5 A ≤ K ≤ 2.0 A, where A is diameter of sensitive element.

EFFECT: technical result is reduction of thermal inertia while maintaining a block-modular design that allows to preserve all advantages inherent thereto.

9 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения температуры, и может быть использовано при измерении температуры газообразных, жидких и твердых сред.The invention relates to measuring equipment, in particular to means for measuring temperature, and can be used to measure the temperature of gaseous, liquid and solid media.

Известен датчик температуры, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде кабельного термоэлектрического преобразователя, и защитный чехол, состоящий из отрезка трубы и пробки. При этом в пробке выполнено глухое отверстие, предназначенное для размещения части чувствительного элемента со стороны рабочего спая. Причем оболочка элемента приварена к пробке, а пробка - к трубе, образуя единый узел /Производственная компания «ТЕСЕЙ» КАТАЛОГ ПРОДУКЦИИ 2016, ТАФАРЕТ, 2015, с. 2-27/. A known temperature sensor containing a sensing element, made in the form of a cable thermoelectric converter, and a protective cover, consisting of a piece of pipe and cork. At the same time, a blind hole is made in the cork, designed to accommodate part of the sensitive element from the side of the working junction. Moreover, the shell of the element is welded to the cork, and the cork to the pipe, forming a single unit / Production company "TESEY" PRODUCT CATALOG 2016, TAFARET, 2015, p. 2-27 /.

Известный датчик температуры обладает малой инерционностью. Так показатель тепловой инерции (τ0,63), определяемый по ГОСТ 6616-94, составляет 12 сек для датчика наружным диаметром 10 мм. Однако его ремонтопригодность является низкой, поскольку бездефектное извлечение чувствительного элемента невозможно. Поверка и(или) калибровка датчика осуществляется без демонтажа чувствительного элемента, что ограничивает количество одновременно поверяемых и(или) калибруемых датчиков из-за их габаритных размеров.The known temperature sensor has a low inertia. Thus, the thermal inertia index (τ0.63), determined according to GOST 6616-94, is 12 seconds for a sensor with an outer diameter of 10 mm. However, its maintainability is low, since defect-free extraction of the sensing element is impossible. Verification and (or) calibration of the sensor is carried out without dismantling the sensing element, which limits the number of simultaneously calibrated and (or) calibrated sensors due to their overall dimensions.

Известен датчик температуры, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде кабельного термоэлектрического преобразователя, и защитный чехол, состоящий из отрезка трубы и пробки. При этом в пробке выполнено глухое отверстие, предназначенное для размещения части чувствительного элемента со стороны рабочего спая. Причем оболочка элемента приварена к пробке, а пробка - к трубе. Основная часть пробки длиной не менее 10 мм размещена снаружи защитного чехла и имеет диаметр меньше, чем диаметр трубы /Производственная компания «ТЕСЕЙ» КАТАЛОГ ПРОДУКЦИИ 2016, ТАФАРЕТ, 2015, с. 2-64/. Данный датчик обладает еще лучшими показателями по инерционности, чем предыдущий. Так показатель тепловой инерции (τ0,63), определяемый по ГОСТ 6616-94, составляет 5 сек для датчиков наружным диаметром 10 мм при диаметре пробки 5 мм и 8 сек при диаметре пробки 7 мм. Однако ремонтопригодность указанного датчика температуры также является низкой, поскольку бездефектное извлечение чувствительного элемента невозможно. Поверка и(или) калибровка датчика осуществляется без демонтажа чувствительного элемента, что ограничивает количество одновременно поверяемых и(или) калибруемых датчиков из-за их габаритных размеров. Кроме того, изготовление такой пробки требует значительных затрат времени, что ведет к удорожанию датчика.A known temperature sensor containing a sensing element, made in the form of a cable thermoelectric converter, and a protective cover, consisting of a piece of pipe and cork. At the same time, a blind hole is made in the cork, designed to accommodate part of the sensitive element from the side of the working junction. Moreover, the shell of the element is welded to the cork, and the cork to the pipe. The main part of the cork with a length of at least 10 mm is placed outside the protective cover and has a diameter less than the diameter of the pipe / TESEY Production Company PRODUCT CATALOG 2016, TAFARET, 2015, p. 2-64 /. This sensor has even better indicators of inertia than the previous one. Thus, the thermal inertia index (τ0.63), determined according to GOST 6616-94, is 5 seconds for sensors with an outer diameter of 10 mm with a tube diameter of 5 mm and 8 sec with a tube diameter of 7 mm. However, the maintainability of the indicated temperature sensor is also low, since a defect-free extraction of the sensor element is not possible. Verification and (or) calibration of the sensor is carried out without dismantling the sensing element, which limits the number of simultaneously calibrated and (or) calibrated sensors due to their overall dimensions. In addition, the manufacture of such a cork requires a significant investment of time, which leads to an increase in the cost of the sensor.

Наиболее близким к заявляемому датчику по технической сути является датчик температуры, включающий в себя чувствительный элемент, выполненный в виде кабельного термоэлектрического преобразователя, и защитный чехол, состоящий из отрезка трубы и пробки. Чувствительный элемент просто контактирует с пробкой в районе рабочего спая / Термоэлектрические преобразователи температуры, Теория, практика, развитие, ПК «Тесей», 2004, с. 47/. Данное техническое решение выбрано за прототип. Конструкция прототипа относится к блочно-модульному типу исполнения датчиков и позволяет осуществлять при необходимости замену чувствительного элемента или замену чехла. Такая конструкция также позволяет осуществлять поверку и(или) калибровку большого числа датчиков одновременно, т.к. поверяются только чувствительные элементы, имеющие существенно меньший диаметр, чем датчик с чехлом (диаметр чувствительного элемента 3 мм). Однако прототип имеет недостаточный показатель по тепловой инерционности - всего лишь 20 сек для датчика с наружным диаметром 10 мм.The closest to the claimed sensor in technical essence is a temperature sensor, which includes a sensing element made in the form of a cable thermoelectric converter, and a protective cover, consisting of a piece of pipe and plug. The sensitive element simply contacts the plug in the area of the working junction / Thermoelectric Temperature Transmitters, Theory, Practice, Development, PC "Theseus", 2004, p. 47 /. This technical solution is selected as a prototype. The design of the prototype refers to the block-modular type of sensors and allows, if necessary, to replace the sensitive element or replace the cover. This design also allows verification and (or) calibration of a large number of sensors simultaneously, because only sensitive elements having a significantly smaller diameter are verified than a sensor with a cover (diameter of the sensitive element 3 mm). However, the prototype has an insufficient indicator of thermal inertia - only 20 seconds for a sensor with an outer diameter of 10 mm

Авторы решали задачу по созданию датчика температуры, лишенного указанных недостатков. Технический результат заключается в снижении показателя тепловой инерции при сохранении блочно-модульного типа исполнения, что позволяет сохранить все достоинства, присущие ему.The authors solved the problem of creating a temperature sensor devoid of these drawbacks. The technical result is to reduce the rate of thermal inertia while maintaining the block-modular type of execution, which allows you to save all the advantages inherent in it.

Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается датчик температуры, включающий в себя чувствительный элемент, выполненный в виде кабельного термоэлектрического преобразователя, и защитный чехол, состоящий из отрезка трубы и пробки. Отличительной особенностью предлагаемого датчика является то, что пробка имеет длину, равную или превышающую свой диаметр, и глухое отверстие, предназначенное для размещения части чувствительного элемента со стороны рабочего спая, при этом торец пробки выступает за трубу на величину выступа К, находящуюся в диапазоне 0,5А ≤ К ≤ 2,0А, где А - диаметр чувствительного элемента.To solve the problem, as well as to achieve the claimed technical result, a temperature sensor is proposed that includes a sensing element made in the form of a cable thermoelectric converter and a protective cover, consisting of a pipe section and a tube. A distinctive feature of the proposed sensor is that the tube has a length equal to or greater than its diameter, and a blind hole designed to accommodate part of the sensing element on the side of the working junction, while the end face of the tube extends beyond the pipe by a protrusion value K in the range 0, 5A ≤ K ≤ 2.0A, where A is the diameter of the sensing element.

Дополнительно предлагается выполнить торец пробки выступающим за край трубы на величину К = (1,2 ± 0,1) А. It is additionally proposed that the end face of the plug protrudes beyond the edge of the pipe by K = (1.2 ± 0.1) A.

Дополнительно предлагается часть чувствительного элемента вставить в глухое отверстие пробки с возможностью его бездефектного извлечения.Additionally, it is proposed to insert a part of the sensing element into the blind hole of the plug with the possibility of its defect-free extraction.

Дополнительно предлагается часть чувствительного элемента вставить в глухое отверстие пробки до упора торца оболочки в дно глухого отверстия пробки. In addition, it is proposed to insert a part of the sensing element into the blind hole of the plug until the end of the shell stops in the bottom of the blind hole of the plug.

Дополнительно предлагается глухое отверстие выполнить с конусным участком. Additionally, it is proposed that a blind hole be made with a conical section.

Дополнительно предлагается глухое отверстие выполнить таким образом, чтобы минимальная толщина пробки была больше или равна толщине стенки трубы.Additionally, it is proposed that the blind hole be made so that the minimum thickness of the plug is greater than or equal to the thickness of the pipe wall.

Также дополнительно предлагается наружную поверхность пробки выполнить цилиндрической переменного диаметра. It is also additionally proposed that the outer surface of the tube be cylindrical of variable diameter.

При этом кабельный термоэлектрический преобразователь может быть выполнен как с изолированным от оболочки рабочим спаем, так и с неизолированным. In this case, the cable thermoelectric converter can be made both with a working junction isolated from the shell, and with non-insulated.

Выполнение пробки длиной, равной или превышающей свой диаметр с глухим отверстием, предназначенным для размещения части чувствительного элемента со стороны рабочего спая, так что торец пробки выступает за трубу на величину выступа К, находящуюся в диапазоне 0,5А ≤ К ≤ 2,0А, позволяет значительно сократить показатель тепловой инерции датчика температуры при сохранении блочно-модульного исполнения. Так для датчика с наружным диаметром 10 мм показатель тепловой инерции составляет 8 сек. The implementation of the plug with a length equal to or greater than its diameter with a blind hole designed to accommodate part of the sensing element on the side of the working junction, so that the end face of the plug protrudes beyond the pipe by the amount of the protrusion K, which is in the range 0.5A ≤ K ≤ 2.0A, allows significantly reduce the thermal inertia of the temperature sensor while maintaining the block-modular design. So for a sensor with an outer diameter of 10 mm, the thermal inertia index is 8 seconds.

Выполнение условия выхода торца пробки за край трубы на величину К = (1,2 ± 0,1)А наиболее точно приближает показатель тепловой инерции к оптимальной величине. The fulfillment of the condition for the tube end to go beyond the pipe edge by the value K = (1.2 ± 0.1) A most accurately approximates the thermal inertia index to the optimal value.

Дополнительные предложения по пп. 3 – 5 формулы позволяют осуществлять демонтаж чувствительного элемента из защитного чехла. Additional suggestions for paragraphs. 3-5 formulas allow the dismantling of the sensitive element from the protective cover.

Исполнение глухого отверстие таким образом, чтобы минимальная толщина пробки была больше или равна толщине стенки трубы, позволяет не снижать ресурс эксплуатации в условиях агрессивной среды.The design of the blind hole so that the minimum thickness of the plug is greater than or equal to the thickness of the pipe wall, allows not to reduce the service life in aggressive environments.

Выполнение наружной цилиндрической поверхности пробки переменного диаметра позволяет вставлять пробку в трубу на заданную величину. The implementation of the outer cylindrical surface of the tube of variable diameter allows you to insert the tube into the pipe by a predetermined amount.

Варианты исполнения чувствительного элемента в виде кабельного термоэлектрического преобразователя с изолированным от оболочки рабочим спаем и с неизолированным позволяют расширить область применения датчика. Variants of a sensitive element in the form of a cable thermoelectric converter with a working junction insulated from the shell and with non-insulated one expand the scope of the sensor.

На фиг. 1 представлено заявляемое устройство с гладкой цилиндрической пробкой и с изолированным рабочим спаем, на фиг. 2 представлен датчик с неизолированным от оболочки рабочим спаем и пробкой, у которой наружная цилиндрическая поверхность выполнена с переменным диаметром, где 1 - чувствительный элемент, выполненный в виде кабельного термоэлектрического преобразователя, 2 – труба, 3 - пробка, 4 – рабочий спай. Размер L означает длину пробки, размер D означает диаметр пробки, размер А означает диаметр чувствительного элемента, размер К – выступ пробки за край трубы, а размер S означает минимальную толщину пробки, которая равна толщине стенки чехла. In FIG. 1 presents the inventive device with a smooth cylindrical tube and with an isolated working junction, in FIG. Figure 2 shows a sensor with a working junction not plugged from the shell and a plug, in which the outer cylindrical surface is made with a variable diameter, where 1 is a sensitive element made in the form of a cable thermoelectric converter, 2 is a pipe, 3 is a plug, 4 is a working junction. Size L means the length of the tube, size D means the diameter of the tube, size A means the diameter of the sensing element, size K is the protrusion of the tube beyond the edge of the pipe, and size S means the minimum thickness of the tube, which is equal to the wall thickness of the cover.

Во время работы датчика, при его нагреве, тепловой поток быстро достигает рабочего спая 4, проходя через чехол 2 и пробку 3. During operation of the sensor, when it is heated, the heat flux quickly reaches the working junction 4, passing through the cover 2 and the plug 3.

Эффект быстрой теплопередачи достигается за счет того, что пробка 3, имеющая высокий коэффициент теплопроводности, быстро принимает температуру среды, а существенное увеличения площади контакта между пробкой 3 и поверхностью оболочки чувствительного элемента 1 в зоне рабочего спая 4 позволяет теплу быстро разогреть рабочий спай 4.The effect of rapid heat transfer is achieved due to the fact that the plug 3, having a high coefficient of thermal conductivity, quickly takes the temperature of the medium, and a significant increase in the contact area between the plug 3 and the shell surface of the sensing element 1 in the zone of the working junction 4 allows the heat to quickly warm up the working junction 4.

Claims

1. The temperature sensor, which includes a sensing element made in the form of a cable thermoelectric converter, and a protective cover, consisting of a length of pipe and tube, characterized in that the tube has a length equal to or greater than its diameter, and a blind hole designed to accommodate part of the sensitive element from the side of the working junction, while the end face of the tube protrudes beyond the pipe by the magnitude of the protrusion K, which is in the range 0.5A ≤ K ≤ 2.0A, where A is the diameter of the sensitive element.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that the end face of the tube extends beyond the edge of the pipe by K = (1.2 ± 0.1) A.

3. The sensor according to claim 1, characterized in that a part of the sensitive element is inserted into the blind hole of the plug with the possibility of its defect-free extraction.

4. The sensor according to claim 1, characterized in that a part of the sensing element is inserted into the blind hole of the plug until the end of the shell stops in the bottom of the blind hole of the plug.

5. The sensor according to claim 1, characterized in that the blind hole is made with a conical section.

6. The sensor according to claim 1, characterized in that the blind hole is designed so that the minimum thickness of the plug is greater than or equal to the thickness of the pipe wall.

7. The sensor according to claim 1, characterized in that the outer surface of the tube is made of a cylindrical variable diameter.

8. The sensor according to claim 1, characterized in that the cable thermoelectric converter is made with a working junction insulated from the shell.

9. The sensor according to claim 1, characterized in that the cable thermoelectric converter is made with a working junction not insulated from the shell.