Способ установки сенсора в датчике температуры и датчик температуры с установленным таким способом сенсором

Изобретение относится к термометрии, а именно к контактным датчикам температуры, и может использоваться при измерении температуры с минимальной глубиной погружения датчика в нефтяной, химической промышленности и коммунальном хозяйстве, в частности, в трубах малого диаметра. Способ заключается в размещении кварцевого сенсора в датчике температуры в защитной гильзе и последующем соединении его выводов с помощью проводов с генератором частоты. При этом кварцевый резонатор размещают выводами к дну гильзы. Устройство содержит закрепленный в трубопроводе с помощью установочной головки корпус, связанный с защитной гильзой, в которой закреплен термочувствительный элемент, представляющий собой кварцевый резонатор. Выводы резонатора посредством проводов включены в цепь генератора частоты, собранного на печатной плате, размещенной в корпусе. При этом кварцевый резонатор установлен в гильзе таким образом, что его выводы обращены к дну гильзы. Между кварцевым резонатором и стенкой гильзы пространство заполнено теплопроводящим материалом. Верхняя часть корпуса закрыта крышкой из материала с низкой теплопроводностью. Технический результат заключается в повышении точности измерений и уменьшении длины зонда, его погружной части. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретения относятся к термометрии, а именно к контактным датчикам температуры, и могут использоваться при измерении температуры с минимальной глубиной погружения датчика в нефтяной, химической промышленности и коммунальном хозяйстве, в частности, в трубах малого диаметра.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемым являются датчик температуры и использованный в нем способ установки сенсора, представленные в материалах, описанные в тематическом каталоге "Датчики температуры", 2002 г., №2, вып.2, стр.46, а также использованы в ЗАО ПГ «Метран» и представлены в техдокументации СПГК 7050.110.00 «Термопреобразователи «Метран-299» от 25.06.04.

Известный способ установки кварцевого резонатора заключается в том, что он размещен в защитной гильзе таким образом, что его выводы удалены от дна гильзы.

В этом случае точка съема тепла (выводы) удалена от термочувствительной точки - днища гильзы - и точность измерений снижается. Кроме того, основной тепловой поток к резонатору проходит не через зоновую поверхность металлической гильзы, а через выводы и точка съема тепла находится выше, чем термочувствительная точка, что сокращает действующую длину погружного зонда (датчика), что очень существенно при малой глубине погружения.

Известный датчик содержит закрепленную в трубопроводе с помощью установочной головки несущую трубку (корпус) с крышкой в верхней части, соединенную в нижней ее части резьбовым соединением с гильзой, в которой закреплен термочувствительный элемент, представляющий собой кварцевый резонатор, размещенный выводами в направлении, противоположном дну гильзы, и включенный выводами в цепь генератора частоты, собранного на печатной плате, размещенной в несущей трубке. При этом свободное пространство между кварцевым резонатором и внутренней стенкой гильзы заполнено теплопроводящим материалом, установочная головка и гильза выполнены из металла и имеют внутреннюю резьбу, а несущая трубка (корпус) имеет наружную резьбу и выполнена из пластмассы. Печатная плата соединена с внешними цепями посредством кабеля.

При указанном размещении кварцевого резонатора в гильзе основной тепловой поток проходит к резонатору не через зоновую поверхность металлической гильзы, а через выводы и термочувствительная точка (точка съема тепла) находится выше резонатора, т.е. достаточно далеко от точки замера, что сокращает действующую длину датчика, выполняющего роль погружного зонда, и снижает точность измерений.

Задачей заявляемого технического решения является уменьшение длины зонда (погружной части) и повышение точности измерений.

Поставленная задача решается тем, что:

- в способе установки чувствительного элемента, представляющего собой кварцевый резонатор, в датчике температуры, заключающийся в том, что кварцевый резонатор размещают в защитной гильзе, согласно изобретению кварцевый резонатор размещен в гильзе таким образом, что его выводы обращены к дну гильзы.

- в датчике температуры, содержащем закрепленный в трубопроводе с помощью установочной головки корпус с наружной резьбой, закрытый в верхней части крышкой и соединенный в нижней части с металлической защитной гильзой, в которой закреплен термочувствительный элемент, представляющий собой кварцевый резонатор, выводы которого посредством проводов включены в цепь генератора частоты, собранного на печатной плате, размещенной в корпусе, согласно изобретению кварцевый резонатор установлен в гильзе таким образом, что места крепления к нему выводов обращены к дну гильзы.

Размещение кварцевого сенсора выводами вниз к днищу гильзы как бы увеличивает длину погружаемой части на длину тела кварца без фактического увеличения длины зонда. Установка кварцевого резонатора выводами к дну гильзы позволяет уменьшить градиент температуры с измеряемой средой, т.е. температура выводов кварца приближается к температуре измеряемой среды и становится менее зависимой от потока тепла, уходящего по щупу (зонду) наружу, что повышает точность измерений. Максимально чувствительной зоной (как и во всех термометрах) становится "кончик" термометра, а не вся погружная часть. Вышесказанное является и техническим результатом. Заявляемый способ установки сенсора и датчик температуры с установленным таким образом сенсором обладают новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него расположением выводов кварца у днища гильзы, обеспечивающим достижение заданного результата - обеспечение меньшей длины погружного зонда и повышение точности измерений.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими достижение указанного результата, поэтому он считает, что заявляемая группа изобретений соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемые технические решения могут найти широкое применение в термометрии, а именно - в химической, нефтяной промышленности, в коммунальном хозяйстве при использовании их в датчиках с малой длиной погружной части для измерения температуры в трубах малого диаметра, а потому соответствуют критерию "промышленная применимость".

Заявляемые изобретения иллюстрируются чертежами, где показаны на:

- фиг.1 - конструкция датчика температуры в разрезе;

- фиг.2 - конструкция кварцевого резонатора в разрезе.

Заявляемый способ заключается в том, что кварцевый резонатор размещают в защитной гильзе выводами к дну гильзы и соединяют его выводы с помощью проводов с генератором частоты.

Датчик температуры (фиг.1) содержит выполненные, например, в виде единой цельнометаллической конструкции установочную головку 1, корпус 2 и защитную гильзу 3, в которой размещен термочувствительный элемент 4, представляющий собой кварцевый резонатор, подключенный выводами 5 в цепь генератора 6 частоты, размещенного на печатной плате 7. При этом кварцевый резонатор 4 размещен выводами 5 к днищу гильзы 3. Между кварцевым резонатором 4 и стенкой гильзы 3 пространство заполнено теплопроводящим материалом 8. Корпус 2 имеет наружную резьбу. Верхняя часть корпуса закрыта крышкой 9 из материала с низкой теплопроводностью.

При этом кварцевый резонатор 4 выполнен следующим образом (см. фиг.2). Он состоит из металлической гильзы-корпуса 10, внутри которой создан вакуум или находится инертный газ и размещен кварцевый элемент 11, выполненный, например, в виде пластины или в форме камертона. К верхней части кварцевого элемента 11 прикреплены контактные площадки 12, к которым припаяны выводы 5. Сверху металлическая гильза 10 закрыта стеклянной пробкой 13.

Датчик температуры работает следующим образом.

При размещении датчика в среде, температуру которой он должен измерить, защитная металлическая гильза 3 нагревается, при этом тепло снимается с выводов 5, размещенных у днища гильзы, в месте, температура которого максимально близка к измеряемой температуре среды. При этом в самом кварцевом резонаторе основной тепловой поток проходит к резонатору 11 не через металлическую гильзу-корпус 10, а через выводы 5 и термочувствительная точка находится в самом конце погружной части, увеличивая действующую ее длину.

Поскольку теплопроводности стеклянной пробки 13 и инертного газа на порядки ниже теплопроводностей металлических выводов (в случае вакуума теплопередача осуществляется за счет излучения стенок гильзы и теплопередача оказывается еще более низкой), то данным решением обеспечивается гораздо меньший в сравнении с прототипом температурный градиент с измеряемой средой и уменьшается влияние теплооттока по выводам в окружающую среду, что в совокупности позволяет увеличить точность измерения и уменьшить зависимость погрешности измерения от температуры окружающей среды.

В сравнении с прототипом заявляемые изобретения обеспечивают более точное измерение температуры при меньшей длине зонда.

1. Способ установки кварцевого сенсора в датчике температуры, заключающийся в том, что кварцевый резонатор размещают в защитной гильзе и соединяют его выводы с помощью проводов с генератором частоты, отличающийся тем, что кварцевый резонатор размещают выводами к дну гильзы.

2. Датчик температуры, содержащий закрепленный в трубопроводе с помощью установочной головки корпус, связанный с защитной гильзой, в которой закреплен термочувствительный элемент, представляющий собой кварцевый резонатор, выводы которого посредством проводов включены в цепь генератора частоты, собранного на печатной плате, размещенной в корпусе, отличающийся тем, что кварцевый резонатор установлен в гильзе таким образом, что его выводы обращены к дну гильзы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к термометрии, а именно к контактным датчикам температуры, и может использоваться в нефтяной, химической промышленности и коммунальном хозяйстве.

Изобретение относится к тепловым измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры с бесконтактной (дистанционной) передачей сигнала от измерительного датчика к регистрирующему устройству.

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано при построении цифровых термометров, работающих с термопреобразователями, имеющими частотный выходной сигнал, например пьезокварцевыми преобразователями.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к цифровым термометрам, работающим с термопреобразователями, представляющими измерительную информацию в импульсной форме

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для работы с термопреобразователями с частотным выходным сигналом и может быть использовано при измерениях температуры, например, в теплосчетчиках для повышения точности измерения температуры при одновременном упрощении устройства

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании и применении устройств и систем для измерения температуры поверхностей, находящихся под напряжением

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля окружающей среды и управления технологическими процессами. Согласно заявленному предложению осуществляют измерение частоты генератора, зависящей от параметров терморезисторов, располагаемых равномерно по объему исследуемого поля и соединенных с внешними конденсаторами фазирующей RC-цепочки, образующих совместно с усилителем генератор, соединенный через преобразователь частота-код и микроконтроллер, программу которого снабжают градуировочной характеристикой зависимости частоты от контролируемой температуры. Изобретение также предоставляет возможность коррекции инструментальной погрешности измерения во время тарировки после установки терморезисторов в контролируемой среде и установление значения частоты, соответствующей минимальной и максимальной средней температуры среды, при достижении которых включают дополнительный режим индикации. После обработки контроллером результат подают в канал регулирования или на индикатор температуры. Технический результат: повышение точности измерения температуры среды. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к термометрии и предназначено для работы с термопреобразователями с частотным выходным сигналом. Заявлен цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, генератор прямоугольных импульсов, реверсивный счетчик с прямыми динамическими входами, параллельный регистр с инверсным динамическим синхровходом, преобразователь код-частота (ПКЧ) и дополнительно введенное ПЗУ. Вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходом ПКЧ, частотный вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, а суммирующий вход счетчика подключен к выходу термопреобразователя и синхровходу параллельного регистра. Выходы реверсивного счетчика подключены к входам параллельного регистра, выходы которого соединены с кодовыми входами ПКЧ и с входами ПЗУ, выходы которого являются выходами устройства. Предлагаемое изобретение обеспечивает функциональное преобразование импульсной информации за счет использования частотно-импульсной следящей системы компенсационного типа, обеспечивающей непрерывное отказоустойчивое формирование результата в соответствии с температурной характеристикой термопреобразователя. Технический результат: повышение точности измерения температуры. 1 ил.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для работы с термопреобразователями с импульсным выходным сигналом. Цифровой термометр содержит термопреобразователь с импульсным выходом, генератор прямоугольных импульсов, реверсивный счетчик с прямыми динамическими входами, параллельный регистр с инверсным динамическим синхровходом, элемент И, элемент НЕ, преобразователь код-частота (ГТКЧ) и дополнительно введенное ПЗУ. При этом вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходом элемента И, первый вход которого подключен к выходу ПКЧ, частотный вход, которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, а второй вход элемента И связан с выходом элемента НЕ, соединенного с выходом термопреобразователя. Суммирующий вход реверсивного счетчика с весовым коэффициентом k подключен к выходу термопреобразователя и синхровходу параллельного регистра, выходы реверсивного счетчика подключены к входам параллельного регистра, выходы которого соединены с кодовыми входами ПКЧ и с входами ПЗУ, выходы которого являются выходами устройства. Технический результат: повышение точности измерения температуры и расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения и мониторинга малых изменений температуры. Заявлен способ измерения температуры объекта с помощью чувствительного элемента (ЧЭ), представляющего собой стандартный двухвходовой резонатор на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Измерения производятся следующим способом. При заданной температуре измеряется резонансная частота резонатора. Затем на этой частоте измеряется изменение фазы отраженного сигнала от преобразователя. Изменения фазы соответствуют изменениям температуры в окрестности заданной температуры. Количественное соответствие достигается при использовании соответствующей калибровки. При таком способе измерений (не используя усреднений) достигается более высокое разрешение по температуре (как минимум на два порядка величины) по сравнению с известными аналогами. Технический результат - повышение точности измерения температуры объекта в реальном масштабе времени. 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для мониторинга температуры электрического проводника. Предлагается система для мониторинга температуры электрического проводника (31), заключенного, по меньшей мере, в (полу) проводящий слой (13), содержащая пассивный индуктивный узел (20), узел (40) приемопередатчика и блок (50) управления. Пассивный индуктивный узел (20) включает по меньшей мере один термочувствительный компонент и выполнен так, что его резонансная частота и/или величина добротности Q изменяются в зависимости от температуры электрического проводника (31). Узел приемопередатчика (40) имеет электромагнитную связь с пассивным индуктивным узлом (20) и выполнен с возможностью излучения выходного сигнал, соответствующего резонансной частоте и/или величине добротности Q пассивного индуктивного узла (20). Кроме того, узел (40) приемопередатчика связан с блоком (50) управления, который регистрирует сигнал, соответствующий резонансной частоте и/или величине добротности Q, и который определяет значение температуры электрического проводника (31) на основе зарегистрированного сигнала, соответствующего резонансной частоте и/или величине добротности Q. Технический результат – повышение точности и достоверности получаемых данных. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 табл., 18 ил.

Изобретение относится к термометрии, а именно к способам измерения высокой температуры участков среды с неоднородным температурным полем, и может быть использовано в многоточечных измерительно-информационных системах при тепловых испытаниях конструкций для исследования температурных полей, в газодинамике и при построении систем автоматического регулирования высокотемпературными технологическими процессами. Предложен способ измерения высокой температуры неоднородной среды путем измерения частоты генератора, зависящей от параметров терморезисторов, располагаемых равномерно по объекту исследуемого поля и соединенных с внешними индуктивностями, изготовленными из высокотемпературных проводов, аналогичных проводам, из которых изготовлены соединительные линии, фазирующей RL-цепочки, образующей совместно с усилителем генератор, соединенный через функциональный преобразователь частота-код с индикатором температуры. При этом частота генератора преобразуется функциональным преобразователем частота-код в единицы измеряемой температуры и индицируется на индикаторе. Технический результат - упрощение измерения высокой температуры среды с неоднородным температурным полем, что обеспечит высокую надежность. 3 ил., 1 табл.
Наверх