Диффузионный преобразователь температуры в электрический сигнал

 

Использование: измерение температуры газов и жидкостей. Сущность изобретения: поеобразователь содержит герметичный корпус 1 с электролитом 2, биметаллическими (активный слой 3, пассивный 4 ) и кардам (активный слой 5, пассивный 6), вспомогательный анод Ь и вспомогательный катод 11 Анод и катод установлены активными слоями 3 и 5 напротив друг друга на расстоянии с образованием плоскощелевого капилляра, а пассивные слои б и 4 образуют с корпусом 1 заполненные электролитом вспомогательные отсеки 10, соединенные с плоскощелевым капилляром 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ЙЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРЙ ГКЙТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

» (51 )5 G 01 К 7/26.«»»»»«»»«»:«:* »»» «««»»»»»«»«»».»Ф»««»»»» »»», 2 ( (Л

ЬЭ

".ч:ига»1Ффу @» л+мм е=» у» у««- . »» ",; », м;«»»»;.« «« (21) 4852942/10 (22) 27.07.90 (46) 30,09,92, бюл, К 36 (71) Специальное конструкторское бюро

Прибой (72) С,П.Короп, Ю.И.Нечаев и В,B.×Móò (56) 1, Лапидес Л,M. Химотроника, М„Военйое издательство Министерства обороны

СССР, 1968, с,40 — 41.

2. Сборник "Приборостроение", N- 11, Киев, "Техника", 1971, с.93. (54) ДИФФУЗИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

СИГНАЛ

Изобретение относится к технике преобразования неэлектрических величин в электрические, в частности к измерительным преобразователям температуры в электрический сигнал, и может быть использовано в различных измерительных устройствах, системах контроля, управления и регулирования сложных технологических процессов, где возникает необходимость измерения температуры воздуха, газов и жидкостей в инфранизкочастотном диапазоне.

Известны преобразователи аналогичного назначения, представляющие собой герметичный корпус, заполненный электролитом обратимой окислител ьно-восстановительной системы, в котором размещены анод и катод измерительной цепи. К электродам подключается постоянное напряжение, соответствующее режиму предельного диффузионного тока. Так как коэффициент (57) Использование: измерение температуры газов и жидкостей. Сущность изобретения: поеобразователь содержит герметичный корпус 1 с электролитом 2, биметаллическими анодом (активный слой 3, пассивный 4 ) и ка очом (активный слой 5, пассивный 6), вспомогательный анод 8 и вспомогательный катод 11, Анод и катод установлены активными слоями

3 и 5 напротив друг друга на расстоянии с образованием плоскощелевого капилляра, а пассивные слои 6 и 4 образуют с корпусом 1 заполненные электролитом вспомогательные отсеки 10, соединенные с плоскощелевым капилляром, 1 ил, диффузии и вязкость электролита изменяются при изменении температуры, то выходной ток является функцией измеряемой температуры (см, Лапидес Л,M. Химотроника, Москва: Военное издательство Министерства обороны СССР, 1968, с.40, 41).

Существенный недостаток таких преобразователей состоит в сравнительно малой величине коэффициента передачи, так как выходной ток преобразователя определяется влиянием контролируемой температуры только на коэффициент диффузии и вязкость электролита. Преобразователь обладает низкой стабильностью коэффициента передачи, так как параметры возникающих в электролите конвективных потоков зависят от расположения электродов в пространстве относительно вектора силы тяжести.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является преобразо1765720

55 ватель, содержащий герметично закрытый корпус, внутри которого расположены измерительный отсек с электролитом, в котором размещены анод и катод, включенные в измерительную цепь, компенсационный отсек и вспомогательный катод (см. Сб. "Приборостроение", М 11, Киев: Техн!ка, 1971, с.93, рис. 4).

Основные существенные его недостатки состоят в низкой точности измерений из-за нестабильности и низкой величины коэффициента передачи и ограниченных функциональных возможностях, Это обусловлено тем, что при изменении температуры приращение выходного тока определяется только зависимостью коэффициента диффузии и вязкости электролита оттемпературы, а также изменением средней концентрации реагента, При этом чувствительность прототипа достигает 2 мкА/ С.

Непосредственный контакт ртути с электролитом вызывает с течением времени изменение собственно параметров электролита из-за растворения ртути в последнем, что отрицательно скажется на стабильности параметров преобразователя во времени, Цель изобретения — повышение точности измерения за счет повышения величины и стабильности коэффициента передачи при одновременном расширении функциональных возможностей за счет измерения скорости увеличения температуры.

Эта цель достигается тем, что в известном диффузионном преобразователе температуры закрытый корпус, внутри которого расположены измерительный отсек с электролитом, в котором размещены анод и катод, включенные в измерительную цепь, компенсационный отсек и вспомогательный катод, в него введен вспомогательный анод, размещенный на внешней поверхности измерительного отсека, анод и катод выполнены в виде термобиметаллических пластин, активные слои которых обращены друг к другу с образованием плоскощелевого капилляра, а между пассивными слоями и корпусом, в котором выполнены капилляры, образованы вспомогательные отсеки, соединенные между собой и с измерительным отсеком с помощью капилляров, в одном из которых, примыкающем к измерительному отсеку, размещен вспомогательный катод, при этом один из вспомогательных отсеков соединен капилляром с компенсационным отсеком, заполненным инертным газом, В предложенной конструкции преобразователя исключен объем ртути, непосредственно соприкасающийся с объемом

40 электролита, что существенно способствует стабилизации параметров электролита и, следовательно, повышению стабильности коэффициента передачи преобразователя.

Одновременно повышается и величина коэффициента передачи, так как анод и катод выполнены в виде термобиметаллических пластин и установлены так, что при увеличении температуры они деформируются в направлении уменьшения расстояния между ними с одновременным увеличением площади электродов, Это в значительной степени способствует увеличению выходного тока, Таким образом, помимо общих с про тотипом факторов, определяющих увеличение выходного тока при возрастании температуры, в предложенном преобразователе существенно проявляются эффекты уменьшения межэлектродного расстояния и увеличения площади электродов, определяющиеся деформацией обоих электродов измерительной цепи, Наоборот, при уменьшении температуры все указанные факторы способствуют уменьшению величины выходного тока, Размещение в общей части капилляров, соединяющих вспомогательные и измерительный отсеки, вспомогательного катода расширяет функциональные возможности преобразователя, так как этот катод работает в режиме полного поглощения реагента, поэтому ток в его цепи пропорционален скорости нарастания температуры. Анализ заявленной совокупности признаков позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен диффузионный преобразователь температуры в разрезе и схема его включения при начальной температуре; на фиг, 2 — тот же преобразователь при возрастании температуры на величину ЛТ, Преобразователь включает в себя герметичный корпус 1, внутри которого находится электролит 2 с биметаллическим анодом (активный слой 3, пассивный слой 4) и катодом (активный слой 5, пассивный слой 6).

На цилиндрической части измерительного отсека 7 расположен вспомогательный анод 8; а в капилляре 9, соединяющем вспомогательные отсеки 10 между собой и с измерительным отсеком 7, расположен вспомогательный катод 11, Компенсационный отсек 12, заполненный инертным газом, с помощью капилляра соединен со.вспомогательным отсеком 10, С помощью переключателей П1 и П2 схема приводится в рабочее состояние или же в состояние подготовки к

1765720

40

50 работе. Источник напряжения U обеспечивает режим предельного диффузионного тока., Работа преобразователя по схеме, изо"браженной на фиг. 2, протекает в следую щей последовательности, Перед измеренйем переключатели П1 и П2 перево"дится" в положение П (подготовка). При этом вспомогательный анод 8 подключается к плюсовой клемме источника питания, а все другие электроды — к минусовой клемме. В результате этого по истечении некоторого времени вспомогательные отсеки 10 и капилляр 9 очищаются от реагента, который переносится в измерительный отсек 7. После этого преобразователь готов K работе, и переключатели П1 и П2 переводят в положение l (измерение). При неизменной температуре окружающей среды в выходной цепи устанавливается ток 4ц», пропорциональный температуре. При возрастании температуры на величину ЛТ > 0 увеличивается коэффициент диффузии реагента. Одновременно происходит деформация анода и катода в нап равлении уменьшения расстояния между противолежащими точками электродов и увеличения площадйсамих электродов. Электролит из измерительного отсека вытесняется во вспомогательные огсеки, обтекая при этом катод 11, Однако благодаря тому,что катод 11 работает в режиме полного поглощения, во вспомогательные отсеки поступает чистый от реагента электролит, а в измерительном отсеке концентрация реагента возрастает.

Все указанные факторы действуют согласно и способствуют увеличению тока Ьы», являющегося мерой контролируемой температуры. Так как катод 11 работает в режиме полного поглощения, то ток этого катода!» пропорционален скорости нарастания внешнего воздействия, т.е. скорости нарастания температуры, Наоборот, при понижении температуры уменьшаются коэффициент диффузии и средняя концентрация реагента. Деформация электродов (анода и катода) в этом случае вызывает увеличение межэлектродного расстояния и уменьшение площади электродов. Поэтому из вспомогательных отсеков в измерительный будет поступать очищенный от реагента электролит. Следовательно, выходной ток l»i» будет уменьшаться, С увеличением температуры возрастает объем электролита, который через капилляр вытесняется в компенсационный объем 12.

Таким образом, в предложенном преобразователе обеспечивается повышение точности измерения за счет повышения величины и стабильности коэффициента передачи при одновременном расширении функциональ,.1 ных возможностей преобразователя, так как ток I» в цепи вспомогательного катода

11 пропорционален скорости нарастания температуры.

Изготовлен и испытан опытный образец предложенного преобразователя, в котором цилиндрический корпус выполнен из стекла с диаметром основания 30 мм. Анод и катод изготовлены в виде круглых пластин из термобиметалла ТБ 1423 толщиной h =

0,20 мм и диаметром токоопределяющей поверхности электродов, равным 10 мм, Межэлектродное расстояние в исходном состоянии 100 мКм. Для обеспечения химической инертности электродов они с обеих сторон покрывались платиновой пленкой толщиной 4...5 мкм. Вспомогательные анод

8 и катод 11 выполнены из платиновой проволоки в виде соединенных накоротко между собой колец и прямого стержня. Объемы вспомогательных и измерительного отсеков и исходная концентрация реагента выбраны так, что после завершения стадии "Подготовка" в измерительном отсеке образуется водный раствор 2NKl + 0,002 NI2. При указанных параметрах в диапазоне температур

5...25OC чувствительность преобразователя оказалась 60 мкА/ С, что значительно превы шает чувствител ь ность и рототипа 2 о мкА/ С), При выбранных расстояниях между электродами измерительной цепи, когда в исходном состоянии электролит находится ir йлоскощелевом капилляре, практически не"возникают конвективйые пбтоки, что обеспечивает стабильность выходного сигнала независимо от положения преобразователя в пространстве. При этом расширяются функциональные возможности преобразователя, так как ток I» в цепи вспомогательного катода пропорционален скорости нарастания температуры, Как следует из изложенного, предлагаемый преобразователь свободен от отмеченных недостатков, присущих прототипу, Технико-экономическая эффективность предложения состоит в повышении точности измерений за счет повышения величины и стабильности коэффициента передачи и расширении функциональных возможностей, что позволяет увеличить область его практического применения при преобразовании температуры инфранизкочастотного диапазона в электрический сигнал.

Формула изобретения

Диффузионный преобразователь температуры в электрический сигнал, содержащий герметичный корпус, внутри которого расположены измерительный отсек с электролитом, в котором размещены анод и катод, включенные в измерительную цепь, .

1765720

55 компенсационный отсек и вспомогательный катод, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет повышения величины и стабильности коэффициента передачи при одновременном расширении функциональных возможностей за счет измерения скорости увеличения температуры, в него введен вспомогательный анод, размещенный на внешней поверхности измерительного отсека, анод и катод выполнены в виде термобиметаллических пластин, активные слои которых обращены друг к другу с образованием плоскощелевого капилляра, а между пассивными слоями и корпусом, в котором выполнены капилляры, образованы вспомогательные отсеки, сое5 диненные между собой и с измерительным отсеком с помощью капилляров, в одном из которых, примыкающем к измерительному отсеку, размещен вспомогательный катод, при этом один из вспомогательных отсеков

10 соединен капилляром с компенсационным отсеком, заполненным инертным газом.

17657720

° б г ,б.

Составитель В,Чмут

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор О,Юрковецкая

Редактор Т.Орловская

Заказ 3380 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

t 11111 ° (11 1

I у

1