RU2737604C1 - Термопарный первичный преобразователь - Google Patents
Термопарный первичный преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2737604C1 RU2737604C1 RU2020113964A RU2020113964A RU2737604C1 RU 2737604 C1 RU2737604 C1 RU 2737604C1 RU 2020113964 A RU2020113964 A RU 2020113964A RU 2020113964 A RU2020113964 A RU 2020113964A RU 2737604 C1 RU2737604 C1 RU 2737604C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- thermocouple
- insulating sleeve
- disc
- electrodes
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
- G01K7/04—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples the object to be measured not forming one of the thermoelectric materials
- G01K7/06—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples the object to be measured not forming one of the thermoelectric materials the thermoelectric materials being arranged one within the other with the junction at one end exposed to the object, e.g. sheathed type
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники, преимущественно предназначено для измерения высоких температур и может быть использовано при исследованиях высокотемпературных потоков, расплавов и газовых сред. Предложен термопарный первичный преобразователь, который состоит из двух коаксиально расположенных электродов, диска и электроизоляционной втулки, у которого первый электрод выполнен в форме полого цилиндра, второй электрод расположен коаксиально внутри первого электрода, диск и электроизоляционная втулка размещены внутри полого цилиндра первого электрода и закреплены на его противоположных торцах, один из концов второго электрода закреплен в центре диска, а его другой конец вставлен внутрь электроизоляционной втулки и имеет возможность свободного перемещения в ней, при этом первый и второй электроды выполнены из пирографита, плоскость осаждения которого параллельна продольной оси первого электрода, а диск выполнен из графита. Технический результат - повышение точности измерения температуры с одновременным увеличением верхнего предела измеряемых температур и повышением надежности термопары. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и, преимущественно, предназначено для измерения высоких температур, вплоть до температуры 3200°С и может быть использовано при исследованиях высокотемпературных потоков, расплавов и газовых сред.
В данном классе измерений на современном уровне развития науки и техники применяются или известны следующие технические решения.
Известны термопары, образованные спаем из двух разнородных термоэлектродных материалов, например, таких как хромель-алюмель, медь-константан, вольфрам-рений, платина-платинородий и др. В основу работы таких термопар положен общий принцип - термоэлектрический эффект Зеебека. Конструкции всех термопар также подчинены общему принципу: концы разнородных термоэлектродных материалов соединяются (спаиваются, свариваются) между собой в одной точке, образуя рабочий спай термопары, при этом при измерении температур выше 1300°С для сохранности термопары ее электроды, как правило, помещают в охранные трубки, выполненные из окиси алюминия, магния, бериллия, тория и двуокиси циркония (Никонов Н. Термопары. Типы. Характеристики. Производство. - М.: ООО «МТК «Метотехника», 2015 - 62 с; Геращенко О.А., Гордов А.Н., Лах В.И. и др. Температурные измерения. Справочник. - Киев: Наукова Думка, 1984 - 495 с). Верхний предел измеряемых температур ограничен значением 2200°С при длительном измерении и значением 2500°С - при кратковременном измерении.
Недостаток традиционно применяемых известных термопар -ограничение верхнего предела измеряемой температуры значением 2500°С, а также - существенное снижение точности измерений при высоких температурах, которое вызвано неконтролируемым изменением номинальной статической характеристики термопары, которое, в свою очередь, связано с также неконтролируемым изменением сопротивления электрической изоляции между термоэлектродами термопары из-за изменения проводимости газовой среды или электроизоляционного материала (например, керамики), заполняющими пространство между термоэлектродами.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой термопаре является высокотемпературная термопара (прототип), которая содержит два высокотемпературных электрода, соприкасающиеся друг с другом по всей их длине, один из электродов которой выполнен из тугоплавкого металла, например, вольфрама, а другой - из пиролитического графита (пирографита), плоскость осаждения которого параллельна длине электрода (Авт. свид. СССР №265491, МПК G01K, опубл. 09.03.1970, БИ №10).
Недостаток термопары-прототипа заключается в том, что она не обеспечивает требуемую высокую точность измерений и может применяться только до температур, не выше 3000°С. Относительно невысокая точность термопары обусловлена следующим. Так как свободные концы, или т.н. холодный спай термопары-прототипа при реальных измерениях всегда закреплен, поэтому вследствие различия температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) пирографита и вольфрама (Фиалков А.С., Бавер А.И., Сидоров Н.М. и др. Пирографит: получение, структура свойства. // Успехи химии, т. 34. №1. 1965. С. 132-153) при размещении горячего спая указанной термопары в среду с высокой температурой, в электродах возникают существенные термонапряжения, которые:
во-первых, могут привести к повреждению электродов и выходу из строя всей термопары;
во-вторых, появляется неконтролируемое изменение статической характеристики термопары, которое, в свою очередь, напрямую связано с энергетическим состоянием пирографитового электрода, т.е. с его термонапряжением. Это приводит к существенному снижению достоверности и точности получаемых результатов.
Второй указанный недостаток термопары обусловлен ограничением по предельной рабочей температуре (3000°С), которое накладывается температурой плавления электрода из тугоплавкого металла. Вследствие данных недостатков указанная термопара не нашла широкого применения в науке и в промышленности.
Цель изобретения - повышение точности измерения температуры с одновременным увеличением верхнего предела измеряемых температур и повышением надежности термопары.
Указанная цель достигается тем, что термопарный первичный преобразователь состоит из двух коаксиально расположенных электродов, диска и электроизоляционной втулки, у которого первый электрод выполнен в форме полого цилиндра, второй электрод расположен коаксиально внутри первого электрода, диск и электроизоляционная втулка размещены внутри полого цилиндра первого электрода и закреплены на его противоположных торцах, один из концов второго электрода закреплен в центре диска, а его другой конец вставлен внутрь электроизоляционной втулки и имеет возможность свободного перемещения в ней, при этом первый и второй электроды выполнены из пирографита, плоскость осаждения которого параллельна продольной оси первого электрода, а диск выполнен из графита.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой представлен эскиз заявленного термопарного первичного преобразователя, у которого: 1 - первый электрод, 2 - второй электрод, 3 - диск, 4 - электроизоляционная втулка. Закрепление одного из концов второго электрода 2 в диске 3, диска 3 и изолирующей втулки 4 в полом цилиндре первого электрода 1 осуществляется, например, при помощи резьбового соединения.
В предлагаемом термопарном первичном преобразователе недостатки прототипа устранены как за счет самой конструкции, так и за счет применения наиболее тугоплавких материалов конструктивных элементов (первый и второй электрод, диск), таких как графит и анизотропный пирографит, обладающих высокой температурой плавления, которая, по данным разных исследователей составляет 4530-5080 К (см. например: Савватимский А.И. Плавление графита и свойства жидкого углерода. М.: Физматкнига, 2013. - 257 с). В частности, конструкция термопарного первичного преобразователя полностью исключает влияние термонапряжений на статическую характеристику преобразователя, что обеспечивается возможностью свободного перемещения конца второго электрода 2 (стержня) внутри электроизоляционной втулки 4. Это устраняет первый указанный выше недостаток прототипа. Второй из указанных недостатков прототипа устраняется за счет использования графита и анизотропного пирографита в качестве электродных материалов, что повышает верхний предел измеряемой температуры вплоть до 3200°С.
Кроме того, с одновременным устранением недостатков заявленный термопарный первичный преобразователь в сравнении с прототипом обладает более высоким коэффициентом преобразования разницы температур в термоэдс, т.е. - более высокой чувствительностью. Это обеспечивается тем, что в результате использования трех конструктивных элементов - первого электрода 1, второго электрода 2 и диска 3, образуется термопарный первичный преобразователь, представляющий собой т.н. термостолбик - систему, состоящую из 2-х последовательно соединенных термопар. При этом, рабочий спай первой термопары образуется первым электродом 1 и диском 3, а рабочий спай второй термопары образуется диском 3 и вторым электродом 2. В результате этого заявленный термопарный первичный преобразователь при помещении его рабочих спаев в нагретую среду генерирует две термоэдс, суммарная от которых UΣ равна:
UΣ=2U23=2U13, (U13=U23).
При разработке заявленного термопарного первичного преобразователя использован известный факт того, что анизотропный пирографит, который имеет слоистую структуру и явно выраженную анизотропию тепловых и электрических свойств, в паре с обычным графитом создает регистрируемую величину термоэдс. Кроме этого, использован факт, который экспериментально установлен автором изобретения, и он заключается в том, что термическая пара из двух анизотропных пирографитов, ориентированных друг к другу перпендикулярно плоскостями их осаждения, создает также регистрируемую величину термоэдс.
Теромопарный первичный преобразователь работает следующим образом. Рабочие спаи преобразователя, образованные диском 3, первым 1 и вторым 2 электродами, помещаются в измеряемую среду, при этом противоположный торец преобразователя с электроизолирующей втулкой 4 находится при температуре окружающей среды и имеет, например, комнатную температуру. При выходе термопарного первичного преобразователя на стационарный тепловой режим на его выходе генерируется стационарная термоэдс UΣ, прямо пропорциональная температуре измеряемой среды. Указанная термоэдс измеряется соответствующим заданной точности вольтметром, затем, по заранее известной номинальной статической характеристике данного термопарного первичного преобразователя, определяется искомое значение температуры измеряемой среды.
Заявленный термопарный первичный преобразователь обладает высокой надежностью, точностью и может использоваться вплоть до температур 3200°С.
Claims (1)
- Термопарный первичный преобразователь, состоящий из двух коаксиально расположенных электродов, диска и электроизоляционной втулки, у которого первый электрод выполнен в форме полого цилиндра, второй электрод расположен коаксиально внутри первого электрода, диск и электроизоляционная втулка размещены внутри полого цилиндра первого электрода и закреплены на его противоположных торцах, один из концов второго электрода закреплен в центре диска, а его другой конец вставлен внутрь электроизоляционной втулки и имеет возможность свободного перемещения в ней, при этом первый и второй электроды выполнены из пирографита, плоскость осаждения которого параллельна продольной оси первого электрода, а диск выполнен из графита.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020113964A RU2737604C1 (ru) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Термопарный первичный преобразователь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020113964A RU2737604C1 (ru) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Термопарный первичный преобразователь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2737604C1 true RU2737604C1 (ru) | 2020-12-01 |
Family
ID=73792456
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020113964A RU2737604C1 (ru) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Термопарный первичный преобразователь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2737604C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU265491A1 (ru) * | ||||
SU461317A1 (ru) * | 1973-03-19 | 1975-02-25 | Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт | Среднетемпературна термопара коаксиального типа |
SU564546A1 (ru) * | 1976-03-10 | 1977-07-05 | Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт | Термопара коаксиального типа |
SU794400A1 (ru) * | 1978-09-11 | 1981-01-07 | Предприятие П/Я А-7843 | Термопара |
DE3235838A1 (de) * | 1982-09-28 | 1984-03-29 | Elektroschmelzwerk Kempten GmbH, 8000 München | Thermoelement aus dem thermopaar graphit/borcarbid |
-
2020
- 2020-04-03 RU RU2020113964A patent/RU2737604C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU265491A1 (ru) * | ||||
SU220563A1 (ru) * | В. Н. Малышев | Высокотемпературная термопара | ||
SU461317A1 (ru) * | 1973-03-19 | 1975-02-25 | Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт | Среднетемпературна термопара коаксиального типа |
SU564546A1 (ru) * | 1976-03-10 | 1977-07-05 | Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт | Термопара коаксиального типа |
SU794400A1 (ru) * | 1978-09-11 | 1981-01-07 | Предприятие П/Я А-7843 | Термопара |
DE3235838A1 (de) * | 1982-09-28 | 1984-03-29 | Elektroschmelzwerk Kempten GmbH, 8000 München | Thermoelement aus dem thermopaar graphit/borcarbid |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Agarwal et al. | Experimental techniques for thermal product determination of coaxial surface junction thermocouples during short duration transient measurements | |
US4313792A (en) | Miniature gamma thermometer slideable through bore for measuring linear heat generation rate | |
JP2018518658A (ja) | 原子炉における核加熱を測定するためのサンプルホルダ、および少なくとも1つのそのようなサンプルホルダを含む熱量測定セル | |
US9182364B1 (en) | Hot wire needle probe for thermal conductivity detection | |
Jensen et al. | Design and validation of a high-temperature comparative thermal-conductivity measurement system | |
US2677772A (en) | Neutron thermometer | |
Kallaher et al. | An apparatus for concurrent measurement of thermoelectric material parameters | |
JP5650538B2 (ja) | パイプの内面温度を計測するための方法および関連デバイス | |
Gifford et al. | Durable heat flux sensor for extreme temperature and heat flux environments | |
Tritt et al. | Measurement techniques and considerations for determining thermal conductivity of bulk materials | |
Blackwell et al. | Design and construction of a low-velocity boundary-layer temperatureprobe | |
JPS58795A (ja) | 半径方向熱流路を有するガンマ線センサ | |
Rout et al. | Effectiveness of coaxial surface junction thermal probe for transient measurements through laser based heat flux assessment | |
RU2737604C1 (ru) | Термопарный первичный преобразователь | |
Codrington et al. | Induction heating apparatus for high temperature testing of thermo-mechanical properties | |
Yazdani et al. | A high temperature instrument for consecutive measurements of thermal conductivity, electrical conductivity, and Seebeck coefficient | |
Heremans et al. | Thermoelectric measurements | |
Failleau et al. | Miniature Fixed-Point Cell Approaches for In\, Situ I n S itu Monitoring of Thermocouple Stability | |
Sapozhnikov et al. | Bismuth-based gradient heat-flux sensors in thermal experiment | |
Zabirov et al. | Concerning the methods of thermocouple embedding in experimental studies of cooling the high-temperature bodies in subcooled and saturated liquids | |
Pichler et al. | Thermal conductivity of liquid metals | |
Snead et al. | In situ thermal conductivity measurement of ceramics in a fast neutron environment | |
Freud et al. | Method for measuring pressure dependence of thermal conductivity of gases | |
Kavei et al. | Tentative design for measurements of absolute value of thermal conductivity of semi-conducting thermoelectric elements | |
HSU et al. | On thermal contact resistance in compound cylinders |