RU94336U1

RU94336U1 - THERMOELECTRIC CONVERTER

Info

Publication number: RU94336U1
Application number: RU2008151390/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Шамсутдинович Магдеев; Анатолий Алексеевич Исаев; Владимир Анатольевич Воробьев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственная компания "Эталон"
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2010-05-20

Abstract

1. Термоэлектрический преобразователь, содержащий одну или несколько термопар, представленных термоэлектродами с рабочим спаем, помещенными в защитный чехол, внутреннее пространство которого заполнено минеральной изоляцией, и круглый продольный канал, ось которого параллельна оси защитного чехла, отличающийся тем, что продольный канал расположен в центре защитного чехла и выполнен герметичным по отношению к внутреннему объему защитного чехла на давление измеряемой среды на длине не менее длины погружаемой части защитного чехла, а пространство между внутренней поверхностью защитного чехла и продольным каналом на участке, превышающем длину погружаемой части защитного чехла, герметизировано на давление измеряемой среды. ! 2. Термоэлектрический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что поперечное сечение термоэлектродов выполнено в виде части кольца, соосного с защитным чехлом. 1. A thermoelectric converter containing one or more thermocouples, represented by thermoelectrodes with a working junction, placed in a protective case, the interior of which is filled with mineral insulation, and a round longitudinal channel, the axis of which is parallel to the axis of the protective case, characterized in that the longitudinal channel is located in the center of the protective cover and is made tight with respect to the internal volume of the protective cover to the pressure of the measured medium over a length not less than the length of the immersed part of the protective cover, and the space between the inner surface of the protective cover and the longitudinal channel in the area exceeding the length of the immersed part of the protective cover is sealed to the pressure of the measured environment. ! 2. Thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that the cross section of the thermoelectrodes is made in the form of a part of a ring coaxial with the protective cover.

Description

Заявляемый для защиты в качестве полезной модели термоэлектрический преобразователь относится к области измерительной техники, в частности, к датчикам температуры, которые используются непосредственно для измерения температуры или в качестве сменной термовставки в термометрах с дополнительной защитной арматурой и клемной колодкой, предназначенных для измерения температуры ответственных объектов (например, температуры сред атомных корабельных энергетических установок).The thermoelectric converter, which is claimed to be a useful model, relates to the field of measurement technology, in particular, to temperature sensors that are used directly for measuring temperature or as a replaceable thermal insert in thermometers with additional protective fittings and a terminal block designed to measure the temperature of critical objects ( for example, the temperature of the environments of nuclear ship power plants).

Известен термоэлектрический преобразователь, содержащий одну или несколько термопар, представленных термоэлектродами круглого сечения, помещенными в круглый защитный чехол, внутреннее пространство которого заполнено минеральной изоляцией, а рабочие спаи термопар обращены к торцу защитного чехла [1] (ГОСТ 23847-79, чертеж 4).Known thermoelectric converter containing one or more thermocouples represented by circular thermoelectrodes placed in a round protective cover, the inner space of which is filled with mineral insulation, and the working junctions of the thermocouples are facing the end of the protective cover [1] (GOST 23847-79, drawing 4).

Недостатком данной конструкции является ограниченная возможность применения такого термоэлектрического преобразователя в качестве термовставки для создания термометров с дополнительным наружным защитным корпусом круглого сечения и малого диаметра, в котором должен быть расположен еще дополнительный внутренний круглый канал для ввода в него, в процессе эксплуатации, круглого контрольного (образцового или эталонного) датчика температуры. Ввод контрольного датчика температуры в штатный термометр необходим для контроля его метрологических характеристик в процессе эксплуатации и без его демонтажа с объекта контроля, например, способом по изобретению №2299408. [2]. Снять термометр с объекта контроля для его метрологической поверки, например, по ГОСТ 8.338-2002 «Преобразователи термоэлектрические. Методика поверки», не всегда возможно, например, при эксплуатации корабельной энергетической установки, так как требуется ее остановка и разгрузка от избыточного давления, что не всегда допустимо во время рейса.The disadvantage of this design is the limited possibility of using such a thermoelectric converter as a thermal insert for creating thermometers with an additional external protective case of circular cross section and small diameter, in which an additional internal round channel must be located to enter, during operation, a round control (standard or reference) temperature sensor. The introduction of a control temperature sensor into a standard thermometer is necessary to control its metrological characteristics during operation and without removing it from the control object, for example, by the method according to the invention No. 2299408. [2]. Remove the thermometer from the test object for its metrological verification, for example, according to GOST 8.338-2002 “Thermoelectric converters. Verification technique ”is not always possible, for example, during the operation of a ship’s power plant, since it requires stopping and unloading from overpressure, which is not always permissible during a voyage.

Наличие во внутреннем круглом пространстве дополнительного корпуса еще двух круглых тел: термоэлектрического преобразователя и дополнительного контрольного канала ведет к увеличению диаметра корпуса термометра и, как следствие, к увеличению его массы и снижению быстродействия (увеличению показателя тепловой инерции) всего термометра. Это отрицательно сказывается на работе энергетической установки (особенно атомной) за счет процессов перерегулирования. Простое уменьшение диаметра термоэлектрического преобразователя ведет к уменьшению площади поперечного сечения жил термопар и, как следствие, к снижению их срока службы и надежности. Уменьшение диаметра дополнительного канала ограничивается диаметром контрольного датчика и необходимым зазором между ним и каналом, который должен быть тем больше, чем длиннее термометр из-за кривизны канала и датчика.The presence in the inner circular space of an additional body of two more round bodies: a thermoelectric transducer and an additional control channel leads to an increase in the diameter of the thermometer body and, as a result, to an increase in its mass and a decrease in speed (increase in thermal inertia) of the entire thermometer. This negatively affects the operation of the power plant (especially nuclear) due to overshoot processes. A simple reduction in the diameter of the thermoelectric converter leads to a decrease in the cross-sectional area of the thermocouple cores and, as a result, to a decrease in their service life and reliability. The reduction in the diameter of the additional channel is limited by the diameter of the control sensor and the necessary gap between it and the channel, which should be the larger, the longer the thermometer due to the curvature of the channel and the sensor.

Известен термоэлектрический преобразователь, содержащий одну или несколько термопар, представленных термоэлектродами круглого сечения с рабочим спаем, помещенными в защитный чехол, внутреннее пространство которого заполнено минеральной изоляцией, на наружной поверхности защитного чехла выполнен один или несколько продольных каналов параллельных оси защитного чехла, а каналы могут быть выполнены различных поперечных сечений: круглого, в виде угловой канавки или плоской лыски [3] (Патент на полезную модель №69238).Known thermoelectric converter containing one or more thermocouples represented by circular thermoelectrodes with a working junction, placed in a protective cover, the inner space of which is filled with mineral insulation, on the outer surface of the protective cover is made one or more longitudinal channels parallel to the axis of the protective cover, and the channels can be made of various cross sections: round, in the form of an angular groove or flat flat [3] (Utility Model Patent No. 69238).

Недостатком этой конструкции является ограниченная возможность использования такого термоэлектрического преобразователя при создании на его основе малоинерционного надежного термометра с возможностью бездемонтажного контроля его метрологических характеристик. При контроле температуры агрессивных сред, которые находятся под избыточным давлением, его необходимо помещать в дополнительный защитный корпус, что ведет к увеличению диаметра термометра и его массы, а следовательно, к снижению быстродействия (повышению показателя тепловой инерции). Кроме того, продольный канал выполнен не герметичным, что при разрушении наружного дополнительного корпуса (арматуры термометра) ведет к невозможности установки в канал негерметичного, или не выдерживающего давление измеряемой среды объекта контроля, контрольного датчика температуры, а при разрушении и защитного чехла самого термоэлектрического преобразователя весь термометр становится полностью неработоспособным. Это ведет к потере информации о температуре части объема объекта контроля и возможным авариям.The disadvantage of this design is the limited ability to use such a thermoelectric transducer when creating on its basis a low-inertia reliable thermometer with the ability to dismount control its metrological characteristics. When controlling the temperature of aggressive media that are under overpressure, it must be placed in an additional protective case, which leads to an increase in the diameter of the thermometer and its mass, and therefore to a decrease in speed (increase in thermal inertia). In addition, the longitudinal channel is not leakproof, which, when the external additional housing (thermometer valves) is destroyed, leads to the impossibility of installing a control object, a temperature control sensor, which is not tight or does not withstand the pressure of the measured medium, and if the protective cover of the thermoelectric converter itself is destroyed, the thermometer becomes completely inoperative. This leads to loss of information about the temperature of part of the volume of the object of control and possible accidents.

Техническим результатом от использования полезной модели является уменьшение диаметра термометра, создаваемого на основе предлагаемого термоэлектрического преобразователя, при повышении его быстродействия и надежности.The technical result of using the utility model is to reduce the diameter of the thermometer created on the basis of the proposed thermoelectric converter, while increasing its speed and reliability.

Указанный результат достигается тем, что в термоэлектрическом преобразователе, содержащем одну или несколько термопар, представленных термоэлектродами с рабочим спаем, помещенными в защитный чехол, внутреннее пространство которого заполнено минеральной изоляцией, и круглый продольный канал, ось которого параллельна оси защитного чехла, согласно полезной модели продольный канал расположен в центре защитного чехла и выполнен герметичным по отношению к внутреннему объему защитного чехла на давление измеряемой среды на длине, больше длины погружаемой в измерительную среду части защитного чехла, и пространство между внутренней поверхностью защитного чехла и наружной поверхностью продольного канала, на участке, свыше длины погружаемой части защитного чехла герметизировано на давление измеряемой среды, при этом, термоэлектроды выполнены с сечением в виде части кольца (полого цилиндра), наружная поверхность которого параллельна поверхности защитного чехла, а внутренняя - поверхности продольного канала.This result is achieved by the fact that in a thermoelectric converter containing one or more thermocouples represented by thermoelectrodes with a working junction, placed in a protective cover, the inner space of which is filled with mineral insulation, and a round longitudinal channel, the axis of which is parallel to the axis of the protective cover, according to the utility model, the longitudinal the channel is located in the center of the protective cover and is sealed with respect to the internal volume of the protective cover for the pressure of the medium to be measured over a length greater than other parts of the protective cover immersed in the measuring medium, and the space between the inner surface of the protective cover and the outer surface of the longitudinal channel, on a section above the length of the immersed part of the protective cover, is sealed to the pressure of the measured medium, while the thermoelectrodes are made with a section in the form of a part of a ring (hollow cylinder), the outer surface of which is parallel to the surface of the protective cover, and the inner surface of the longitudinal channel.

Размещение продольного канала в центре защитного корпуса позволяет производить бездемонтажный контроль показаний термоэлектрического преобразователя негерметичным контрольным датчиком и тем самым не помещать его в дополнительный корпус. Так как защитный чехол берет на себя функцию дополнительного защитного корпуса, то уменьшается диаметр термоэлектрического преобразователя и повышается его быстродействие с сохранением возможности контроля его метрологических характеристик в процессе эксплуатации.Placing the longitudinal channel in the center of the protective housing allows dismounting the readings of the thermoelectric converter with an unpressurized control sensor and thus does not place it in an additional housing. Since the protective cover assumes the function of an additional protective case, the diameter of the thermoelectric converter decreases and its speed increases while maintaining the ability to control its metrological characteristics during operation.

Выполнение продольного канала герметичным по отношению к внутреннему объему защитного чехла на длине, которая больше длины погружаемой в измерительную среду части защитного чехла, повышает надежность эксплуатации предлагаемого термоэлектрического преобразователя, так как, при разрушении защитного чехла, например, вследствие коррозии от агрессивного воздействия теплоносителя объекта контроля, и выходе из строя штатных термопар из-за падения сопротивления изоляции и как следствие, неверности их показаний, остается возможность восстановить получение информации о температуре объекта контроля, посредством введения в герметичный, по отношению к внутреннему объему защитного чехла, продольный канал контрольного датчика температуры и подключения его к штатным измерительным и регулирующим устройствам. Так как продольный канал герметичен на длине не менее длины погружаемой части защитного чехла и выдерживает давление среды объекта контроля, то негерметичный контрольный датчик остается работоспособным, и по данным, получаемым с контрольного датчика, можно вести эксплуатацию объекта контроля (энергетической установки) определенное время (например, на судовой энергетической установке - до прибытия в порт). Герметизация на давление измерительной среды пространства между внутренней поверхностью защитного чехла и наружной поверхностью продольного канала на участке, свыше длины погружаемой части защитного чехла, обеспечивает невозможность поступления агрессивной (радиоактивной) измерительной среды за пределы термоэлектрического преобразователя и объекта контроля при разрушении защитного чехла и позволяет персоналу произвести установку контрольного датчика в аварийных ситуациях в продольный канал. Выполнение термоэлектродов термопреобразователя в поперечном сечении в виде части кольца, соосного с защитным корпусом, позволяет повысить надежность термоэлектрического преобразователя за счет увеличения площади и массы термоэлектрода (см. ГОСТ 1790-77, приложение 2), и повысить точность измерения температуры за счет снижения омического сопротивления термопары и предъявления меньших требований к входному сопротивлению вторичного прибора (вольтметра).The longitudinal channel being made airtight with respect to the internal volume of the protective cover over a length greater than the length of the part of the protective cover immersed in the measuring medium, it increases the reliability of operation of the proposed thermoelectric transducer, since when the protective cover is destroyed, for example, due to corrosion from the aggressive influence of the coolant , and the failure of standard thermocouples due to a drop in insulation resistance and, as a result, the incorrectness of their readings, there remains the possibility of restoration to start receiving information about the temperature of the monitoring object by introducing into the sealed, relative to the internal volume of the protective cover, longitudinal channel of the temperature control sensor and connecting it to standard measuring and control devices. Since the longitudinal channel is sealed for a length not less than the length of the immersed part of the protective cover and withstands the pressure of the medium of the control object, the leaky control sensor remains operational, and according to the data obtained from the control sensor, it is possible to operate the control object (power plant) for a certain time (for example , on a ship power plant - before arriving at the port). The pressure sealing of the measuring medium of the space between the inner surface of the protective cover and the outer surface of the longitudinal channel in the section, more than the length of the immersed part of the protective cover, makes it impossible for the aggressive (radioactive) measuring medium to flow outside the thermoelectric transducer and the test object when the protective cover is destroyed and allows personnel to make installation of a control sensor in emergency situations in the longitudinal channel. The implementation of the thermocouple thermoelectrodes in cross section in the form of a part of the ring, coaxial with the protective casing, allows to increase the reliability of the thermoelectric transducer by increasing the area and mass of the thermoelectrode (see GOST 1790-77, Appendix 2), and to improve the accuracy of temperature measurement by reducing the ohmic resistance thermocouples and the presentation of lower requirements for the input resistance of the secondary device (voltmeter).

Пример выполнения заявленного термоэлектрического преобразователя приведен на чертежах.An example implementation of the claimed thermoelectric converter is shown in the drawings.

На фиг.1 показан общий вид возможного исполнения предлагаемого термоэлектрического преобразователя при выполнении его с одной термопарой.Figure 1 shows a General view of a possible implementation of the proposed thermoelectric converter when performing it with one thermocouple.

На фиг.2 представлено сечение А-А фиг.1.Figure 2 presents a section aa of figure 1.

На фиг.3 представлено сечение В-В фиг.1.Figure 3 presents a section bb In figure 1.

Термоэлектрический преобразователь содержит защитный чехол 1, выполненный например, из нержавеющей стали, торец 2 защитного чехла 1 герметично завальцован и оплавлен, круглый продольный канал 3, состоящий из трубки 4 и донышка 5, скрепленных, например, сваркой, размещенный в центре защитного чехла 1, термопару из термоэлектродов 6 и 7, например, из сплавов хромель и алюмель по ГОСТ 1790-77с рабочим спаем 8, размещенных между внутренней поверхностью защитного чехла 1 и наружной поверхностью продольного канала 3. Защитный чехол 1 установлен на объект контроля 9 и герметично закреплен на нем например, сварным швом 10.Часть защитного чехла 1 от стенки 9 объекта контроля до его торца, образует его погружную (монтажную) часть 11, которая находится под давлением измеряемой среды. Пространство между внутренней поверхностью защитного чехла 1 и наружной поверхностью продольного канала 3, на длине, не менее длины погружной части 11 защитного чехла 1, засыпано минеральной изоляцией 12, например, окисью магния или алюминия, а на оставшемся участке защитного чехла 1, между ним и продольным каналом 3, герметизировано, например, компаундом 13 (возможны другие виды герметизации, например, сальником). Состав компаунда 13 и технология его нанесения обеспечивают защиту от проникновения агрессивной измеряемой среды под давлением (на чертеже не показана) через него. Материал, размеры (диаметр, толщина стенок) и технология изготовления продольного канала 3 обеспечивают защиту его внутренней полости от воздействия максимально возможного давления измеряемой среды (на чертеже не показана). Термоэлектроды 6 и 7 выполнены с сечением в виде полуколец, соосных защитному чехлу 1, а рабочий спай 8 между ними выполнен сваркой и обращен к образующей защитного чехла 1 (могут быть выполнены один или два спая).The thermoelectric converter contains a protective cover 1, made of stainless steel, for example, the end 2 of the protective cover 1 is hermetically rolled and melted, a round longitudinal channel 3, consisting of a tube 4 and a bottom 5, fastened, for example, by welding, located in the center of the protective cover 1, a thermocouple of thermoelectrodes 6 and 7, for example, of chromel and alumel alloys according to GOST 1790-77 with a working junction 8, located between the inner surface of the protective cover 1 and the outer surface of the longitudinal channel 3. The protective cover 1 is mounted on the object 9 warning light and is sealed on it such as a weld 10.Chast protective cover 1 from wall 9 of the control object to its end, it forms a submersible (mounting) portion 11, which is under pressure of the medium. The space between the inner surface of the protective cover 1 and the outer surface of the longitudinal channel 3, at a length not less than the length of the immersion part 11 of the protective cover 1, is covered with mineral insulation 12, for example, magnesium or aluminum oxide, and in the remaining section of the protective cover 1, between it and longitudinal channel 3, sealed, for example, by compound 13 (other types of sealing are possible, for example, with an oil seal). The composition of compound 13 and the technology of its application provide protection against the penetration of an aggressive measured medium under pressure (not shown in the drawing) through it. The material, dimensions (diameter, wall thickness) and manufacturing technology of the longitudinal channel 3 provide protection of its internal cavity from the influence of the maximum possible pressure of the measured medium (not shown in the drawing). Thermoelectrodes 6 and 7 are made with a section in the form of half rings coaxial to the protective cover 1, and the working junction 8 between them is made by welding and faces the generatrix of the protective cover 1 (one or two junctions can be made).

Термопреобразователь используется следующим образом. Термоэлектроды 6 и 7 подключаются непосредственно, или через компенсационные провода, к вторичным приборам (на чертеже не показаны) для преобразования термоэлектродвижущей силы термопары в электрический сигнал, которые используется для измерения и регулирования температуры объекта контроля.Thermal Converter is used as follows. Thermoelectrodes 6 and 7 are connected directly, or through compensation wires, to secondary devices (not shown in the drawing) to convert the thermoelectromotive force of the thermocouple into an electrical signal, which is used to measure and control the temperature of the control object.

В процессе эксплуатации термоэлектрического преобразователя под действием внешних воздействующих факторов (температуры, вибрации, радиации и т.п.) достоверность измерения им температуры снижается, а заменить его оперативно нельзя по технологическим причинам. Тогда в продольный канал 3 вводят контрольный (образцовый или эталонный) датчик температуры (на чертеже не показан) и по его показаниям судят о погрешности измерения, вводят поправки в соответствующие вторичные приборы.During operation of the thermoelectric converter under the influence of external factors (temperature, vibration, radiation, etc.), the reliability of measuring the temperature decreases, and it is impossible to replace it promptly for technological reasons. Then, a control (exemplary or reference) temperature sensor (not shown in the drawing) is introduced into the longitudinal channel 3 and its measurement is judged by the measurement error, corrections are introduced into the corresponding secondary devices.

При разрушении защитного чехла 1 от агрессивного воздействия контролируемой среды, нарушении изоляционных свойств минеральной изоляции 12, или обрыве термоэлектродов 6 и 7, вводят контрольный датчик (на чертеже не показан) в полость продольного канала 3, подключают его выводы непосредственно, или через согласующие устройства, к вторичным приборам измерения или регулирования температуры и ведут контроль температуры объекта до его возможной остановки, например, до прибытия в порт. Герметичность продольного канала 3 на длине, равной или большей длине погружной части 11 защитного чехла 1, заданной на максимальное давление измеряемой среды, в сочетании с герметизацией выводов термоэлектродов 6 и 7 компаундом 13, обеспечивает безопасный ввод негерметичного контрольного датчика (на чертеже не показан) во внутреннюю полость продольного канала 3 и предотвращение выхода измеряемой среды за пределы объекта контроля, тем самым повышается надежность контроля температуры объекта контроля в аварийных ситуациях. Эксплуатация предлагаемого термопреобразователя без дополнительного защитного корпуса, уменьшает его диаметр и повышает быстродействие, с сохранением возможности бездемонтажного контроля его метрологических характеристик в процессе эксплуатации. Увеличение сечения термоэлетродов 6 и 7 позволяет продлить срок их службы и снизить требования к техническим характеристикам вторичных приборов.When the protective cover 1 is destroyed from the aggressive influence of the controlled environment, the insulation properties of the mineral insulation 12 are violated, or the thermoelectrodes 6 and 7 are broken, a control sensor (not shown) is inserted into the cavity of the longitudinal channel 3, its leads are connected directly, or through matching devices, to secondary devices for measuring or controlling temperature and monitor the temperature of the object until it can stop, for example, before arriving at the port. The tightness of the longitudinal channel 3 at a length equal to or greater than the immersion part 11 of the protective cover 1, set to the maximum pressure of the medium to be measured, in combination with sealing the terminals of the thermoelectrodes 6 and 7 by the compound 13, ensures the safe entry of an unpressurized control sensor (not shown) in the internal cavity of the longitudinal channel 3 and preventing the measured medium from going beyond the limits of the control object, thereby increasing the reliability of monitoring the temperature of the control object in emergency situations. The operation of the proposed thermal converter without an additional protective housing, reduces its diameter and improves performance, while maintaining the possibility of dismounting control of its metrological characteristics during operation. The increase in the cross section of thermoelectric rods 6 and 7 allows to extend their service life and reduce the requirements for the technical characteristics of secondary devices.

Использование заявляемого термоэлектрического преобразователя обеспечивает возможность контроля температуры контролируемого объекта контрольным датчиком при отказе термоэлектрического преобразователя в аварийных ситуациях.The use of the inventive thermoelectric converter provides the ability to control the temperature of the controlled object with a control sensor in case of failure of the thermoelectric converter in emergency situations.

Источники информации, принятые во внимание при оценки уровня техники:Sources of information taken into account when assessing the prior art:

1. ГОСТ 23847-7 «Термопреобразователи термоэлектрические кабельные типов КТХАС, КТХАСп, КТХКС», чертеж 4 (Копия прилагается)1. GOST 23847-7 "Thermocouples thermoelectric cable types KTHAS, KTHASp, KTHKS", drawing 4 (Copy attached)

2. Описание к патенту РФ №2299408 по кл. G01K 13/12, G01K 13/12, заявка №2006109703/28 от 28.03.2006 г., опубликовано 20.05.2007 г2. Description to the patent of the Russian Federation No. 2299408 by class. G01K 13/12, G01K 13/12, application No. 2006109703/28 dated 03/28/2006, published on 05/20/2007

3. Патент на полезную модель №69238 «Термоэлектрический преобразователь. (Прототип).3. Patent for utility model No. 69238 "Thermoelectric Converter. (Prototype).

Claims

1. A thermoelectric converter containing one or more thermocouples represented by thermocouples with a working junction, placed in a protective cover, the inner space of which is filled with mineral insulation, and a round longitudinal channel, the axis of which is parallel to the axis of the protective cover, characterized in that the longitudinal channel is located in the center a protective cover and is sealed with respect to the internal volume of the protective cover on the pressure of the measured medium at a length not less than the length of the immersed part of the protective cover, and about the space between the inner surface of the protective cover and the longitudinal channel in the section exceeding the length of the immersed part of the protective cover is sealed to the pressure of the measured medium.

2. The thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that the cross section of the thermoelectrodes is made in the form of a part of the ring, coaxial with the protective cover.