Датчик температуры

 

ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий корпус с крышкой, цилиндрический диэлектрический каркас с размещенными на нем компенсационным и измерительным электромагнитными преобразователями перемещений, в зонах действия электромагнитного, поля которых соосно размещены соответственно компенсационньш элемент, вьтолненный в виде металлической пластины, и измерительный элемент, выполненный в виде биметаллической пластины, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, датчик снабжен стержнем, установленным в отверстии вдоль оси каркаса и жестко соединенным торцами с корпусом и крышкой-, а также с измерительным элементом, при этом стержень выполнен изматериала с температурньм коэффициентом линейного расширения большим, чем температурный коэффициент линейного расширения материала каркаса, а измерительныйбиметаллический элемент обращен к измерительному преобразователю стороной, вьшолненной из материала с большим температурным коэффициентом линейного расширения. Од 4 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1167447 A (5l)< G01 К 7 0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -..:.,„. З/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,/ (21) 3667784/24-10 (22) 29.11.83 (46) 15.07.85. Бюл. В 26 (72) В.Г. Запускалов, А.К. Легкобыт, В.К. Рябцев и Ю.А. Кондратьев (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (53) 536.531(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 393621, кл. g 01 К 7/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

У 972259, кл. Ч 01 К 7/00, 1980 (прототип). (54) (57) ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий корпус с крышкой,, цилиндрический диэлектрический каркас с размещенными на нем компенсационным и измерительным электромагнитнымипреобразователями перемещений, в зонах действия . электромагнитного поля которых соосно

L размещены соответственно компенсационный элемент, выполненный в виде металлической пластины, и измерительный элемент, выполненный в виде биметаллической пластины, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, датчик снабжен стержнем, установленным в отверстии вдоль оси каркаса и жестко соединенным торцами с корпусом и крышкой; а также с измерительным элементом, при этом стержень выполнен из материала с температурным коэффициентом линейного расширения большим, чем температурный коэффициент линейного расширения материала каркаса, а изме-рительный биметаллический элемент обращен к измерительному преобразователю стороной, выполненной из материала с большим температурным коэффициентом линейного расширения.

1 167447

Изобретение относится к контрольно.измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры окружающей среды (воздуха, газа, жидкости) в различных областях народ- 5 ного хозяйства.

Известны датчики температуры, содержащие корпус, диэлектрический каркас с компенсационной и измерительной катушками индуктивности, тер-10 мочувствительный элемент в виде меуаллической пластины, расположенный в магнитном поле измерительной катушки, и диэлектрическую прокладку, размещенную между элементом и изме- 15 рительной катушкой (1 .

Точность таких термометров низкая, что обусловлено недокомпенсацией температурной погрешности, вызванной неравенством значений соб- 20 ственного начального (беэ элемента) комплексного сопротивления компенсационной катушки и полного (с элементом) начального комплексного сопротивления измерительной катушки при начальной температуре 20 С. Чувствительность таких термометров также ограничена.

Известен также датчик температуры, содержащий корпус с крышкой, цилиндрический диэлектрический каркас с компенсационным и измерительным электромагнитным преобразователями перемещений, в зонах действия электромагнитного поля которых соосно размещены соответственно компенсационный элемент, выполненный в виде металлической пластины, и измерительный элемент, выполненный в виде биметаллической пластины f2).

Точность данного термометра удовлетворительна и зависит от степени идентичности параметров преобразователей, а также геометрических размеров и электрофизических свойств материалов компенсационного эле мента и измерительного со стороны, обращенной к измерительному преобразователю. Однако чувствительность, которая определяется только деформа- 50 цией периферийной части измерительного элемента, остается недостаточной.

Цель изобретения — повышение чувствительности, Цель достигается тем, что в дат-. 55 чике температуры, содержащем корпус с крышкой, цилиндрический диэлектрический каркас с компенсационным и измерительным электромагнитными преобразователями перемещений, в зонах действия электромагнитного поля которых соосно размещены соответственно компенсационный элемент, выполненный в виде металлической пластины, и измерительный элемент, выполненный в виде биметаллической пластины, датчик снабжен стержнем, установленI ньгм в отверстии вдоль оси каркаса и жестко соединенным торцами с корпусом и крышкой, а также с измерительным элементом, при этом стержень выполнен с температурным коэффициентом линейного расширения большим, чем температурный коэффициент линейного расширения материала каркаса, а измерительный биметаллический элемент обращен к измерительному преобразователю стороной, выполненной из материала с большим температурным коэффициентом линейного расширения.

На чертеже показана конструкция предлагаемого датчика температуры.

Датчик содержит корпус 1, цилиндрический диэлектрический каркас 2 с компенсационным 3 и измерительным

4 электромагнитными преобразователя- ми перемещений, в зонах электромагнитного поля которых размещены компенсационный 5 и измерительный 6 элементы, отстоящие от преобразователей 3,4 на равные зазоры с "и с, кры1 шку 7, стержень 8 и отверстие 9. Измерительный элемент 6 выполнен в виде биметаллической пластины, отделенной от преобразователя 4 воздушным промежутком, обеспечивающим возмбжность осевого перемещения как периферийной части, так и срединного сечения элемента 6 относительно своего нейтрального положения, а компенсационный элемент 5 выполнен в виде металлической пластины из однородного материала, аналогичного по свой ствам материалу измерительного элемента 6, обращенного к измерительному преобразователю 4, В конструкции датчика вдоль его центральной оси симметрии выполнено сквозное отверстие

9, в которое введен аналогичный по профилю отверстия 9 стержень 8, жестко связанный с измерительным элементом 6, корпусом 1 и крышкой 7, а каркас 2 и корпус 1 также жестко связаны между собой. Размер профиля отверстия 9 (площадь поперечного сечения) в каркасе 2 и элементе

11674 ции

Е F

С

Р (1) где Š— модуль продольной упругости материала детали;

F — площадь поперечного сечения

20 детали; продольная длина детали, Из (1) следует, что условие обес25 печения заданной жесткости С т C> v C корпуса 1, стержня 8 и крышки 7 можно достичь либо выбором материалов этих деталей с соответствующими значениями Е, либо выбором их геометричес30 ких размеров, что в свою очередь позволит стержню 8 свободно перемещаться от температуры относительно корпуса 1 вдоль оси симметрии термометра. Одновременно дополнительное условие обеспечения неравенства qL<7

)Ы материалов стержня 8 и каркаса 2 приводит к тому, что при изменении температуры поперечное сечение стержня 8, в котором связаны элемент 6 со стержнем 8, переместится относи- 40 тельно корпуса 1 на величину

a(=Ы O,д, (2) а поперечное сечение каркаса 2, в котором размещен преобразователь

4, переместится относительно корпуса 1 на величину 2 .г 2 с где Р2, Р— длина каркаса 2 и стержня 8 от их места закрепления с корпусом 1 до сечений, в которых размещены преобразователь

4 и элемент 6 соответственно;

Й вЂ” абсолютное изменение тем- пературы;

1 — абсолютное изменение длины.

5 выполнен величиной, обеспечивающей широкую посадку стержня 8, устраняющей эаклинивание стержня 8 в отверстии 9 при больших перепадах температур, Материал стержня 8 выбран таким образом, что его механическая жесткость С меньше механической жесткости С„ материала корпуса 1, но больше механической жесткости С материала крышки 7, а величина температурного 10 коэффициента линейного расширения о(4 больше величины температурного коэффициента линейного расширения о 2 материала каркаса 2. Под механической жесткостью С понимается отношение величины силы к предельной деформа47 4

Следовательно, при изменении температуры зазор d2 будет изменяться как за счет "биметаллического эффекта" т е вследствие перемещения 6Ь(1) периферийной части элемента 6, так и дополнительно за счет разности деформаций d материалов стержня 8(2) и

2(2 каркаса (3), т.е. на величину

Величина зазора К„ независимо от вариации температуры будет постоянна. В качестве материалов деталей конструкции датчика могут быть, например, для каркаса — керамика, для корпуса, крышки, стержня — металл.

В качестве преобразователей перемещений могут быть индуктивные, емкостные. Для компенсации температурной погрешности датчика преобразователи включены дифференциально.

Датчик работает следующим образом.

Измерительный 4 и компенсационный

3 преобразователи запитывают током переменной частоты. При нормальной (20 С) температуре среди зазора „ и

d а следовательно, и комплексные. сопротивления преобразователей 3,4 равны„ поэтому сигнал с датчика равен нулю. При изменении температуры среды измерительный элемент 6 переместится от своего нейтрального положения, например, в сторону измерительного преобразователя 4 при отрицательной температуре и в противоположную от преобразователя 4 сторону при положительной температуре на величину, обусловленную деформацией элемента 6 и разностью деформации материалов стержня 8 и каркаса 2. В результате иэменится величина зазора с (4), что вызовет изменение комплексных сопротивлений преобразователей,3,4 и, как следствие, появление на выходе датчика сигнала, значение которого пропорционально величине перемещения

d2 элемента 6. По изменению сигнала судят о температуре среды.

Чувствительность предлагаемого датчика в сравнении с прототипом больше примерно в 2 раза.

Предлагаемое изобретение позволяет измерять как положительную, так и отрицательную температуру окружающих воздуха, газа, жидкости как в нейтральных, так и в химически агрессивных средах.