Датчик температуры

 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к датчикам для автоматического измерения, управления, регулирования и контроля тепловых процессов. Датчик содержит корпус, термочувствительный элемент, передаточную пластину, упругий элемент, передаточный шток, источник светового излучения, связанный с микрообъективом, приемное устройство, отражательный элемент и регистратор. Отражательный элемент связан с передаточным штоком. Приемное устройство содержит шкалу и анализатор, установленный перед шкалой. Анализатор выполнен в виде двух рядов линз, расположенных в шахматном порядке. Изобретение обеспечивает расширение области применения устройства, а также возможность использования датчика во взрывоопасной среде. 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроения, а именно к датчикам температуры, предназначенным для автоматического измерения, управления, регулирования и контроля различных тепловых процессов.

Известен датчик-реле температуры. Устройство содержит корпус, установленные на нем коммутирующие контакты, толкатель, мембрану в форме профилированного диска, соединенную с толкателем, и чувствительный к температуре силовой элемент, согласно изобретению в качестве одного из контактов использована мембрана или толкатель, а чувствительный к температуре силовой элемент выполнен из материала с памятью формы. Недостаток данного устройства - низкая узкая область производимых измерений и недостаточная чувствительность (Заявка на изобретение РФ 94043008, Н 01 Н 37/40, 1996.07.27).

Известен датчик температуры, принятый за прототип. Датчик температуры содержит корпус и размещенные в нем термочувствительный элемент, элемент памяти, исполнительный механизм; согласно изобретению термочувствительный элемент выполнен в виде полой циллиндрической детали из расширяющегося при температурах внутри измеряемого диапазона значений полимера, которая установлена коаксикально исполнительному механизму, выполненному в виде катушки индуктивности с усилителем, сердечник которой выполнен подвижным и взаимодействующим с термочувствительным элементом с возможностью поступательного перемещения внутри полости последнего совместно с передаточной пластиной, которая жестко зафиксирована на торце сердечника, противоположном катушке индуктивности, и с элементом памяти, выполненным в виде усеченного конуса, который имеет в полости меньшего основания, обращенного к термочувствительному элементу, шариковый фиксатор в качестве стопорного механизма, подпружиненный упругим элементом относительно передаточной пластины, при этом основание термочувствительного элемента, обращенное к исполнительному механизму, жестко зафиксировано на неподвижном ограничительном элементе, а элемент памяти - на передаточной пластине. Недостаток данного устройства - узкая область применения устройств данного типа из-за использования катушки индуктивности и невозможность использования во взрывоопасной среде (Патент РФ 2201634, 7 Н 01 Н 37/22, 2003.03.27).

Техническим результатом изобретения является расширение области применения устройств данного типа за счет применения оптического способа снятия показаний, а также возможность использования датчика температуры во взрывоопасной среде.

Технический результат достигается тем, что датчик температуры, содержащий корпус и размещенные в нем термочувствительный элемент, передаточную пластину, упругий элемент, передаточный шток, регистратор, согласно изобретению снабжен источником светового излучения, связанным с микрообъективом оптоволоконным кабелем, приемным устройством и отражательным элементом, закрепленным на опорной пластине, смонтированной в трубке, связанной зубчатой передачей с передаточным штоком, а приемное устройство содержит шкалу и анализатор, установленный перед шкалой и выполненный в виде двух рядов линз, расположенных в шахматном порядке, при этом между термочувствительным элементом и корпусом размещен заполнитель.

Применение предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет расширить область применения устройств данного типа за счет применения оптического способа снятия показаний, а также создать возможность использования датчика температуры во взрывоопасной среде.

Датчик температуры поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 изображен разрез А-А, на фиг.3 изображен разрез Б-Б, на фиг.4 изображен разрез В-В.

На чертежах представлены:

1 - корпус термочувствительного элемента;

2 - термочувствительный элемент;

3 - заполнитель (для исключения зазора между термочувствительным элементом и корпусом);

4 - передаточная пластина;

5 - упругий элемент (пружина);

6 - направляющий кожух;

7 - отражающий элемент (зеркало);

8 - трубка отражающего элемента;

9 - передаточный элемент, например рейка;

10 - передаточный шток;

11 - направляющая передаточного штока;

12 - зубчатое колесо;

13 - опорная пластина;

14 - подшипники;

15 - источник светового излучения (например лазер);

16 - оптоволоконный кабель;

17 - микрообъектив;

18 - анализатор;

19 - шкала;

20 - регистратор;

21 - два ряда линз, расположенных в шахматном порядке;

22 - корпус датчика.

Действие прибора основано на изменении плоскости вращения светового пучка, направленного в центр вращения отражающего элемента 7, при повороте отражающего элемента 7 вокруг своей оси. Угол падения света равен углу отражения, а величина смещения светового пучка пропорциональна величине поворота отражательного элемента 7 вокруг своей оси. Термочувствительный элемент 2 совместно с фиксирующим механизмом функционирует как измерительное устройство аналогового типа, однозначно фиксирующее фактическое состояние среды в разрешаемом диапазоне значений температур. Точность определения измеряемого параметра основана на выборе материала, чувствительного к воздействию критической температуры в заданном диапазоне значений.

Датчик температуры содержит корпус датчика 22, в котором размещают корпус 1 термочувствительного элемента 2. Внутри корпуса 1 термочувствительного элемента размещен термочувствительный элемент 2 (например из фторопласта). Между корпусом 1 термочувствительного элемента и термочувствительным элементом 2 помещают заполнитель 3, необходимый для исключения зазора между термочувствительным элементом 2 и корпусом 1. В верхней части корпуса термочувствительного элемента 1 помещают передаточную пластину 4. Для работы в зонах с перепадами температуры датчик снабжен упругим элементом 5 (например пружиной), который размещен между передаточной пластиной 4 и направляющим кожухом 6. На направляющем кожухе 6 закрепляют передаточный шток 10, снабженный передаточным элементом 9, например рейкой. Передаточный шток 10 имеет возможность совершать возвратно-поступательные движения в направляющей 11 передаточного штока. Датчик температуры также снабжен отражающим элементом 7, например зеркалом, закрепленным на опорной пластине 13, размещенной в трубке 8 отражающего элемента, которая вращается вокруг своей оси в подшипниках 14. На внешнем периметре трубки 8 отражающего элемента закрепляют зубчатое колесо 12. В корпусе датчика 22 помещают источник светового излучения 15 (например лазер), оптоволоконный кабель 16, микрообъектив 17, анализатор 18 с двумя рядами линз 21, расположенных в шахматном порядке, расположенный перед шкалой 19, и регистратор 20.

Датчик температуры работает следующим образом.

Термочувствительный элемент 2 отделен от корпуса 1 по боковому периметру заполнителем 3, таким образом зазор относительно всех сопрягаемых с ним элементов исключается, что вызывает появление только одной степени свободы перемещения - только в направлении движения передаточного штока 10, за счет чего минимизируется погрешность измерения температуры среды. Усилие от расширения термочувствительного элемента 2 передается с помощью передаточной пластины 4 на передаточный шток 10, который поступательно движется в направляющей 11. При снижении температуры среды термочувствительный элемент 2 уменьшается в объеме, при этом упругий элемент 5 (например пружина) вызывает движение штока 10 в обратном направлении. Для исключения перемещения штока в направлении, не совпадающем с осевым перемещением штока 10, установлен направляющий кожух 6, закрепленный на передаточном штоке 10. Передаточный элемент 9, например рейка, передает движение через зубчатое колесо 12 на трубку 8 отражающего элемента 7, которая поворачивается вокруг своей оси в подшипниках 14. При перемещении штока 10 отражающий элемент 7, например зеркало, закрепленное на пластинке 13, начинает поворачиваться. Поток света, создаваемый источником светового излучения 15 (например лазером) и направленный по оптоволоконному кабелю 16 на микрообъектив 17 попадает на центр вращения отражательного элемента 7. При вращении отражательного элемента 7 происходит отклонение светового пучка, фиксируемое анализатором 18 с помощью двух рядов линз 21, установленных в шахматном порядке. Далее сигнал передается на шкалу 19 и от нее на регистратор 20, по показаниям которого получают значения температуры.

Применение датчика температуры обеспечивает следующие преимущества:

расширение области применения данного вида устройств;

возможность работы во взрывоопасной среде;

повышение точности, оперативности и достоверности измерений;

дистанционное снятие сигнала с устройства;

возможность осуществления автоматизированного непрерывного контроля.

Формула изобретения

Датчик температуры, содержащий корпус и размещенные в нем термочувствительный элемент, передаточную пластину, упругий элемент, передаточный шток, регистратор, отличающийся тем, что он снабжен источником светового излучения, связанным с микрообъективом оптоволоконным кабелем, приемным устройством и отражательным элементом, закрепленным на опорной пластине, смонтированной в трубке, связанной зубчатой передачей с передаточным штоком, а приемное устройство содержит шкалу и анализатор, установленный перед шкалой и выполненный в виде двух рядов линз, расположенных в шахматном порядке, при этом между термочувствительным элементом и корпусом размещен заполнитель.

РИСУНКИ