RU41864U1

RU41864U1 - THERMOELECTRIC CONVERTER

Info

Publication number: RU41864U1
Application number: RU2004125729/22U
Authority: RU
Inventors: С.И. Подлесных; А.Ф. Толшин; С.А. Домрачева
Original assignee: Открытое акционерное общество "Челябинский завод "ТЕПЛОПРИБОР"
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2004-11-10

Abstract

1. Термоэлектрический преобразователь, содержащий защитную арматуру, состоящую из наружной и внутренней оболочек, керамический изолятор, внутри которого размещены термоэлектроды, соединенные попарно горячими спаями, отличающийся тем, что основной термоэлектрический преобразователь имеет возможность периодической установки в него проверочного преобразователя, помещаемого в общий для всех термоэлектродов изолятор, термоэлектроды основного преобразователя и проверочный преобразователь размещены в сквозных каналах изолятора, расположенного по длине основного преобразователя, спаи термоэлектродов основного преобразователя расположены в пазах, выполненных в торцевой части изолятора, внутренняя оболочка выполнена в виде керамического колпачка, надетого на торцевую часть изолятора, или в виде намотки из огнеупорной керамической нити, закрывающих горячие спаи термоэлектродов.2. Термоэлектрический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в изоляторе установлены две электрически независимые пары термоэлектродов, а их горячие спаи расположены в симметричных пазах торцевой части изолятора.3. Термоэлектрический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что наружная оболочка выполнена жаростойкой металлической.4. Термоэлектрический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что канал для поверочного преобразователя расположен по оси изолятора.5. Термоэлектрический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что горячие спаи основных термоэлектродов и проверочного преобразователя находятся в одной зоне.1. A thermoelectric converter containing protective fittings consisting of outer and inner shells, a ceramic insulator, inside which thermoelectrodes are placed, connected in pairs by hot junctions, characterized in that the main thermoelectric converter has the ability to periodically install a test converter in it, placed in a common for all thermoelectrode insulator, the thermoelectrodes of the main converter and the test converter are placed in the through channels of the insulator located along the length of the main converter, the junctions of the thermoelectrodes of the main converter are located in the grooves made in the end part of the insulator, the inner shell is made in the form of a ceramic cap put on the end part of the insulator, or in the form of a winding of refractory ceramic thread covering hot junctions of thermoelectrodes.2. Thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that two electrically independent pairs of thermoelectrodes are installed in the insulator, and their hot junctions are located in symmetrical grooves in the end part of the insulator. Thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that the outer shell is made of heat-resistant metal. Thermoelectric transducer according to claim 1, characterized in that the channel for the calibration transducer is located along the axis of the insulator. Thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that the hot junctions of the main thermoelectrodes and the test converter are in the same zone.

Description

Заявляемая полезная модель относится к области термометрии, а именно к устройствам для измерения температуры и может быть использована в различных областях промышленности для контроля температуры в высокотемпературных технологических процессах и предназначена для стационарной установки при длительном времени работы и периодического контроля на месте установки.The inventive utility model relates to the field of thermometry, namely to devices for measuring temperature and can be used in various industries for temperature control in high-temperature technological processes and is intended for stationary installation with a long operating time and periodic monitoring at the installation site.

Известно устройство для непрерывного термоэлектрического измерения температуры в агрессивных средах, например в жидком металле. Устройство содержит металлокерамическую защитную арматуру и несколько горячих спаев, которые закреплены в арматуре на разных расстояниях от разрушающейся поверхности арматуры, погруженной в агрессивную среду (см. авторское свидетельство СССР №252957, МПК G 01 K 7/02, публикация 22.09.69). Однако металлокерамическая арматура устройства не обладает герметичностью. Испарение металлов с электродов, диффузия компонентов сплавов в материал электродов и их деформация снижают точность измерения температуры и не позволяет длительно проводить измерения с высокой точностью и надежностью. Отсутствует периодический контроль показаний температуры на месте установки стационарного термоэлектрического преобразователя из-за отсутствия возможности установки проверочного датчика.A device is known for continuous thermoelectric temperature measurement in aggressive environments, for example in liquid metal. The device contains a ceramic-metal protective reinforcement and several hot junctions that are fixed in the reinforcement at different distances from the collapsing surface of the reinforcement immersed in an aggressive environment (see USSR author's certificate No. 252957, IPC G 01 K 7/02, publication September 22, 69). However, the ceramic-metal fittings of the device are not leakproof. The evaporation of metals from the electrodes, the diffusion of alloy components into the material of the electrodes and their deformation reduce the accuracy of temperature measurement and does not allow long-term measurements with high accuracy and reliability. There is no periodic monitoring of temperature readings at the installation site of a stationary thermoelectric converter due to the inability to install a test sensor.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является термоэлектрический преобразователь, The closest in technical essence and the achieved result to the proposed solution is a thermoelectric converter,

содержащий защитную арматуру, состоящую из наружной и внутренней керамических оболочек, изолятор, выполненный в виде одноканальной керамической соломки, нанизанной на каждый термоэлектрод так, что стыки соломки, нанизанной на один термоэлектрод, совпадают с телом соломки, нанизанной на другой термоэлектрод. Пространство между керамическими оболочками заполнено минеральной изоляцией (см. полезная модель России, МПК: Н 01 L 35/00, публикация 16.09.99). Различия в коэффициентах линейного термического расширения (КЛТР) составных частей термоэлектрического преобразователя ведет к механической деформации термоэлектродов при их эксплуатации в режиме теплосмен. Возникающие при этом остаточные напряжения вызывают изменения термо-ЭДС, что снижает надежность и качество работы устройства. Через стыки в соломке возможно загрязнение термоэлектродов, что ведет к изменению термо-ЭДС. Отсутствует периодический контроль показаний температуры на месте установки стационарного термоэлектрического преобразователя из-за отсутствия возможности установки проверочного датчика.containing protective reinforcement consisting of outer and inner ceramic shells, an insulator made in the form of a single-channel ceramic straw strung on each thermoelectrode so that the joints of the straw strung on one thermoelectrode coincide with the body of the straw strung on another thermoelectrode. The space between the ceramic shells is filled with mineral insulation (see utility model of Russia, IPC: H 01 L 35/00, publication September 16, 1999). Differences in the coefficients of linear thermal expansion (CTE) of the components of the thermoelectric converter leads to mechanical deformation of the thermoelectrodes during their operation in the heat exchange mode. Residual stresses arising at the same time cause changes in thermo-EMF, which reduces the reliability and quality of the device. Through joints in the straw, contamination of thermoelectrodes is possible, which leads to a change in thermo-EMF. There is no periodic monitoring of temperature readings at the installation site of a stationary thermoelectric converter due to the inability to install a test sensor.

Предлагаемая полезная модель решает задачу создания термоэлектрического преобразователя, обеспечивающего стабильный и надежный контроль температуры и позволяющего производить периодический контроль показаний непосредственно на объекте посредством сверки с проверочным термоэлектрическим преобразователем, имеющим более точные характеристики.The proposed utility model solves the problem of creating a thermoelectric converter that provides stable and reliable temperature control and allows periodic monitoring of readings directly at the facility by means of reconciliation with a test thermoelectric converter having more accurate characteristics.

Для достижения указанного технического результата в термоэлектрическом преобразователе, содержащем защитную арматуру, состоящую из наружной и внутренней оболочек, изолятор, внутри которого размещены термоэлектроды, соединенные попарно горячими спаями, имеется возможность периодической установки в основной преобразователь проверочного преобразователя, помещаемого в общий для всех термоэлектродов изолятор. Термоэлектроды основного преобразователя и проверочный преобразователь размещены в сквозных каналах изолятора, расположенного по длине основного преобразователя и образуют две электрически независимые пары термоэлектродов. Горячие спаи термоэлектродов основного преобразователя расположены в пазах, выполненных в торцевой части изолятора. Внутренняя оболочка выполнена в виде керамического колпачка, надетого на торцевую часть изолятора или в виде намотки из огнеупорной керамической нити, закрывающих горячие спаи термоэлектродов. Кроме того, наружная оболочка выполнена жаростойкой металлической, канал для проверочного преобразователя расположен по оси изолятора, а горячие спаи основных термоэлектродов и проверочного преобразователя находятся в одной зоне.To achieve this technical result, in a thermoelectric converter containing protective fittings consisting of outer and inner shells, an insulator inside which thermoelectrodes are placed, connected in pairs by hot junctions, it is possible to periodically install a test transducer in the main converter, placed in an insulator common to all thermoelectrodes. The thermoelectrodes of the main transducer and the test transducer are placed in the through channels of the insulator located along the length of the main transducer and form two electrically independent pairs of thermoelectrodes. Hot junctions of thermoelectrodes of the main transducer are located in grooves made in the end part of the insulator. The inner shell is made in the form of a ceramic cap worn on the end part of the insulator or in the form of a winding made of refractory ceramic thread that covers the hot junctions of thermoelectrodes. In addition, the outer shell is made of heat-resistant metal, the channel for the test transducer is located along the axis of the insulator, and the hot junctions of the main thermoelectrodes and the test transducer are in the same zone.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше прототипа являются наличие общего для всех термоэлектродов изолятора, расположенного по длине основного преобразователя, а также возможность периодической установки в основной преобразователь проверочного преобразователя. Термоэлектроды основного преобразователя и Distinctive features of the proposed device from the above prototype are the presence of a common insulator for all thermoelectrodes located along the length of the main transducer, as well as the possibility of periodically installing a test transducer in the main transducer. Thermoelectrodes of the main converter and

проверочный преобразователь размещены в сквозных каналах изолятора и образуют две электрически независимые пары термоэлектродов. Горячие спаи термоэлектродов основного преобразователя расположены в пазах, выполненных в торцевой части изолятора. Внутренняя оболочка выполнена в виде керамического колпачка, надетого на торцевую часть изолятора или в виде намотки из огнеупорной керамической нити, закрывающих горячие спаи термоэлектродов. Кроме того, наружная оболочка выполнена жаростойкой металлической, канал для проверочного преобразователя расположен по оси изолятора, а горячие спаи основных термоэлектродов и проверочного преобразователя находятся в одной зоне.a test transducer is placed in the through channels of the insulator and form two electrically independent pairs of thermoelectrodes. Hot junctions of thermoelectrodes of the main transducer are located in grooves made in the end part of the insulator. The inner shell is made in the form of a ceramic cap worn on the end part of the insulator or in the form of a winding made of refractory ceramic thread that covers the hot junctions of thermoelectrodes. In addition, the outer shell is made of heat-resistant metal, the channel for the test transducer is located along the axis of the insulator, and the hot junctions of the main thermoelectrodes and the test transducer are in the same zone.

Благодаря наличию этих признаков обеспечивается стабильный и надежный контроль температуры посредством сверки непосредственно на объекте с проверочным преобразователем, имеющим более точные характеристики. Изоляция термоэлектродов цельным длинномерным четырехканальным изолятором, керамическим колпачком либо намоткой из керамической огнеупорной нити снижает их загрязнение. Спаи стационарных термопар расположены в пазах длинномерного изолятора, что исключает закорачивание их друг на друга и на защитную арматуру проверочного термопреобразователя при увеличении их длины за счет КЛТР. Установка спаев основных термоэлектродов и спая проверочного преобразователя в одной зоне, т.е. преимущественно в одной плоскости и с минимально возможным расстоянием между ними, позволяет максимально точно контролировать температуру рабочего процесса в агрегатах.Due to the presence of these features, stable and reliable temperature control is ensured by means of reconciliation directly at the facility with a test transducer having more accurate characteristics. Insulation of thermoelectrodes with a one-piece long four-channel insulator, a ceramic cap or winding from a ceramic refractory thread reduces their pollution. The junctions of stationary thermocouples are located in the grooves of a long insulator, which eliminates their shorting to each other and to the protective fittings of the test thermocouple with an increase in their length due to KLTR. Installation of junctions of the main thermoelectrodes and junction of the test transducer in one zone, i.e. mainly in one plane and with the smallest possible distance between them, it allows you to control the temperature of the working process in units as accurately as possible.

Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».The presence of distinctive features from the prototype features allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."

Критерий «промышленная применимость» может быть подтвержден тем, что созданы опытные образцы заявляемой конструкции и проведено их испытание, подтвердившее обеспечение конструкцией заявляемых технических характеристик.The criterion of "industrial applicability" can be confirmed by the fact that prototypes of the claimed design are created and their test is carried out, which confirmed the design of the claimed technical characteristics.

Предлагаемый термоэлектрический преобразователь иллюстрируется чертежами.The proposed thermoelectric converter is illustrated by drawings.

На фиг.1 показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе; на фиг.2 показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе - первый вариант выполнения пазов на торце изолятора в виде проточки по хорде; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3; на фиг 5 показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе -второй вариант выполнения пазов на торце изолятора в виде кольцевой проточки; на фиг.6 - сечение В-В на фиг.5; на фиг.7 - сечение Г-Г на фиг.6; на фиг.8 - показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе -третий вариант выполнения пазов на боковой поверхности изолятора в виде проточек по хорде; на фиг.9 - сечение Д-Д на фиг.8; на фиг.10 - сечение Е-Е на фиг.9; на фиг.11 - показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе - четвертый вариант выполнения пазов на торце и боковой поверхности изолятора в виде проточки по хорде; на фиг.12 - сечение Ж-Ж на фиг.11; на фиг.13 - сечение И-И на фиг.12; на фиг.14 - показан вид термоэлектрического преобразователя в разрезе - вариант выполнения Figure 1 shows a sectional view of a thermoelectric converter; figure 2 shows a sectional view of a thermoelectric converter - a first embodiment of grooves at the end of the insulator in the form of a groove along a chord; figure 3 is a section aa in figure 2; figure 4 is a section bB in figure 3; Fig. 5 shows a cross-sectional view of a thermoelectric converter — a second embodiment of grooves at the end of the insulator in the form of an annular groove; figure 6 - section bb in figure 5; in Fig.7 is a section GG in Fig.6; on Fig - shows a view of a thermoelectric converter in the context of a third embodiment of the grooves on the side surface of the insulator in the form of grooves along the chord; Fig.9 is a section DD in Fig.8; figure 10 is a cross-section EE in figure 9; figure 11 shows a sectional view of a thermoelectric converter — a fourth embodiment of grooves at the end face and side surface of the insulator in the form of a groove along a chord; in Fig.12 is a section FJ in Fig.11; on Fig - section II in Fig; on Fig - shows a view of a thermoelectric transducer in section - an embodiment

внутренней оболочки в виде намотки из огнеупорной керамической нити в пазах на боковой поверхности изолятора; на фиг.15 - сечение К-К на фиг.14; на фиг.16- сечение Л-Л на фиг.15.the inner shell in the form of a winding of refractory ceramic thread in the grooves on the side surface of the insulator; on Fig - section KK on Fig; in Fig.16 is a cross-section LL in Fig.15.

Термоэлектрический преобразователь содержит защитную арматуру, имеющую наружную жаростойкую металлическую оболочку 1 и внутреннюю оболочку, которая может быть выполнена в виде керамического колпачка 2 (см. фиг.2...13) или в виде намотки из огнеупорной керамической нити 2 (см. фиг.14...16). Керамический колпачок 2 в нахлест без зазора надет на торец цельного длинномерного керамического изолятора 3. Для достижения лучшей изоляции место соединения торца изолятора 3 и колпачка 2 обработано керамическим клеем и подвергнуто термообработке. Внутренняя оболочка Т из спирально намотанной огнеупорной керамической нити для достижения лучшей герметичности обработана керамическим клеем и подвергнута термообработке. В четырех каналах изолятора 3 размещены и изолированы друг от друга и окружающей атмосферы две независимые пары термоэлектродов 4 и 5, Термоэлектроды 4 и 5 соединены попарно горячими спаями 6 и 7. В торцевой части изолятора 3 выполнены пазы 8 или 9 для горячих спаев 6 и 7. Пазы могут быть выполнены на торце изолятора 3 симметрично относительно его оси в виде двух проточек 8′ по хорде (см. фиг.2...4) или в виде кольцевой проточки 8′′ (см. фиг.5...7). Пазы могут быть также выполнены на боковой поверхности изолятора 3 в виде двух симметричных относительно оси изолятора проточек 9′ (см. фиг.8...10; 14...16) или 9″ (см. фиг.11...13). Проверочный преобразователь 10 по мере необходимости может быть размещен в канале 11, The thermoelectric converter contains protective fittings having an external heat-resistant metal shell 1 and an inner shell, which can be made in the form of a ceramic cap 2 (see Fig. 2 ... 13) or in the form of a winding of refractory ceramic thread 2 (see. 14 ... 16). Ceramic cap 2 is overlapped without a gap on the end of a one-piece long ceramic insulator 3. To achieve better insulation, the junction of the end face of insulator 3 and cap 2 is treated with ceramic glue and heat-treated. The inner shell T of a spirally wound refractory ceramic thread is treated with ceramic glue and subjected to heat treatment to achieve better tightness. Two independent pairs of thermoelectrodes 4 and 5 are placed and isolated from each other and the surrounding atmosphere in four channels of insulator 3, Thermoelectrodes 4 and 5 are connected in pairs by hot junctions 6 and 7. In the end part of insulator 3, grooves 8 or 9 are made for hot junctions 6 and 7 The grooves can be made on the end face of the insulator 3 symmetrically about its axis in the form of two grooves 8 ′ along the chord (see Fig. 2 ... 4) or in the form of an annular groove 8 ″ (see Fig. 5 ... 7 ) The grooves can also be made on the side surface of the insulator 3 in the form of two grooves 9 ′ symmetrical with respect to the axis of the insulator (see Figs. 8 ... 10; 14 ... 16) or 9 ″ (see Figs. 11 ... 13 ) The test transducer 10, as necessary, can be placed in the channel 11,

выполненном по оси изолятора 3. Горячие спаи 6 и 7 основных термоэлектродов 4 и 5 и спая 12 проверочного преобразователя 10 размещены преимущественно в одной плоскости и с минимально возможным расстоянием между ними.made along the axis of the insulator 3. Hot junctions 6 and 7 of the main thermoelectrodes 4 and 5 and junction 12 of the test transducer 10 are placed mainly in the same plane and with the smallest possible distance between them.

Устройство работает следующим образом. Термоэлектрический преобразователь помещают в технологическое отверстие корпуса агрегата, например, металлургического (на фиг. не показан). Две стационарные пары термоэлектродов 4 и 5 установлены в длинномерный четырехканальный изолятор 3, при этом одна из них, например 4, задатчик температуры, подключена к устройству, которое задает уровень температуры необходимый для проведения процесса. Вторая пара термоэлектродов 5 является независимой и контролирует работу первой пары 4. Пара термоэлектродов 4 измеряет температуру и дает сигнал на регулятор, который подает на исполнительный орган сигнал на нагрев или охлаждение. Вторая пара термоэлектродов 5 показывает значение температуры в агрегате. Для контроля стационарных пар термоэлектродов в центральное отверстие изолятора 3 устанавливается проверочный преобразователь 10 периодического действия. С его помощью определяется, какая из пар термоэлектродов имеет погрешность, превышающую допустимые нормы и соответственно должна быть демонтирована и отправлена на поверку и замену. Проверочный преобразователь 10 повышенной точности устанавливается через определенные интервалы времени, определяемые технологическим процессом.The device operates as follows. The thermoelectric converter is placed in the technological hole of the unit body, for example, metallurgical (not shown in Fig.). Two stationary pairs of thermoelectrodes 4 and 5 are installed in a long four-channel insulator 3, while one of them, for example 4, a temperature controller, is connected to a device that sets the temperature level necessary for the process. The second pair of thermoelectrodes 5 is independent and controls the operation of the first pair 4. A pair of thermoelectrodes 4 measures the temperature and gives a signal to the controller, which sends a signal to the actuator for heating or cooling. The second pair of thermoelectrodes 5 shows the temperature value in the unit. To control stationary pairs of thermoelectrodes in the Central hole of the insulator 3 is installed test transducer 10 of periodic action. With its help it is determined which of the pairs of thermoelectrodes has an error that exceeds the permissible norms and, accordingly, must be dismantled and sent for verification and replacement. Test transducer 10 high accuracy is installed at certain intervals determined by the process.

Устройство обеспечивает стабильный и надежный контроль температуры при помощи двух независимых пар стационарных термоэлектродов и позволяет проводить периодический контроль их показаний при помощи проверочного преобразователя без демонтажа, непосредственно на объекте.The device provides stable and reliable temperature control using two independent pairs of stationary thermoelectrodes and allows periodic monitoring of their readings using a test transducer without dismantling, directly at the facility.

Claims

1. Thermoelectric converter containing protective fittings consisting of outer and inner shells, a ceramic insulator inside which thermoelectrodes are placed, connected in pairs by hot junctions, characterized in that the main thermoelectric converter has the ability to periodically install a test transducer in it, placed in a common for all thermoelectrodes insulator, thermoelectrodes of the main transducer and test transducer are placed in the through channels of the insulator, shortened along the length of the main transducer, the junctions of the thermoelectrodes of the main transducer are located in grooves made in the end part of the insulator, the inner shell is made in the form of a ceramic cap worn on the end part of the insulator, or in the form of a winding made of refractory ceramic thread covering the hot junctions of thermoelectrodes.

2. The thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that two electrically independent pairs of thermoelectrodes are installed in the insulator, and their hot junctions are located in the symmetrical grooves of the end part of the insulator.

3. The thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that the outer shell is made of heat-resistant metal.

4. The thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that the channel for the calibration transducer is located along the axis of the insulator.

5. The thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that the hot junctions of the main thermoelectrodes and the test transducer are in the same zone.