Термопреобразователь сопротивления (варианты) и способ его изготовления

Группа изобретений относится к измерительной технике и в частности к термоизмерительным преобразователям. Термопреобразователь сопротивления содержит многослойную трубку, состоящую из внешнего металлического слоя, внутреннего диэлектрического слоя, на который намотана катушка чувствительного элемента из изолированного провода. Трубка также содержит электроизолирующий слой, нанесенный поверх катушки чувствительного элемента и внутреннего диэлектрического слоя. Диэлектрическая трубка выполнена из полимера и имеет наружный диаметр, равный или больший внутреннего диаметра металлической трубки, образующей внешний слой термопреобразователя. Способ изготовления термопреобразователя сопротивления предполагает намотку катушки провода на диэлектрическую трубку. При этом перед намоткой катушки диэлектрическую трубку удлиняют путем вытягивания вдоль продольной оси до диаметра, меньшего внутреннего диаметра металлической трубки. После намотки производят защиту провода катушки электроизолирующим слоем, диэлектрическую трубку помещают внутрь металлической трубки и производят нагрев всей конструкции до момента сжатия диэлектрической трубки до образования единого многослойного элемента. Технический результат - повышение точности измерений и надежности измерителя. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры газообразных, жидких и сыпучих сред.

Известна конструкция термопреобразователя сопротивления по патенту РФ №58703 от 19.05.2006 г., содержащая корпус в виде трубки и помещенные в него чувствительный элемент в виде катушки провода с каркасом, изолятор и электрические выводы термопреобразователя. Теплопроводящий наконечник корпуса находится в тепловом контакте с каркасом, при этом катушка намотана на каркас в несколько слоев, изолятор присоединен к каркасу через переходный цилиндр и выполнен в виде пластины с контактными площадками, на которых выводы катушки провода чувствительного элемента электрически соединены с выводами термопреобразователя сопротивления. Наконечник корпуса выполнен как единое целое с каркасом.

Недостатками конструкции являются низкая надежность вследствие электрического замыкания витков катушки на корпус в условиях вибрации и большая погрешность измерения температуры, обусловленная саморазгревом чувствительного элемента под действием измерительного тока за счет большого термического сопротивления между верхними слоями катушки и корпусом.

Известна конструкция термопреобразователя сопротивления по патенту РФ №105442 от 12.01.2011, которая содержит корпус в виде трубки с теплопроводящим наконечником корпуса, помещенные в него чувствительный элемент в виде катушки провода с каркасом, изолятор с контактными площадками, электрические выводы термопреобразователя и диэлектрическую теплопроводящую трубку.

Недостатками конструкции являются низкая точность измерения температуры вследствие саморазогрева чувствительного элемента измерительным током и большое время установления температуры термопреобразователя ввиду большой общей теплоемкости, а также низкая надежность термопреобразователя, обусловленная перемещениями витков катушки и электрическим замыканием между ними в условиях вибраций.

Способ изготовления данной конструкции осуществляют намоткой катушки провода чувствительного элемента на каркас, при этом изолятор с контактными площадками присоединяют к каркасу. Контактные площадки изолятора электрически соединяют с выводами катушки провода чувствительного элемента и с выводами термопреобразователя сопротивления. Дополнительно устанавливают диэлектрическую теплопроводящую трубку, например, из фторопласта, которую располагают между корпусом и катушкой чувствительного элемента.

Недостатком способа является высокая трудоемкость изготовления термопреобразователя из-за большого количества технологических операций, что также снижает надежность его конструкции.

Задачей изобретения является повышение точности измерения и снижение времени установления температуры, а также повышение надежности термопреобразователя.

Технический результат достигается за счет уменьшения термического сопротивления между катушкой чувствительного элемента и корпусом термопреобразователя, ведущего к снижению саморазогрева чувствительного элемента измерительным током. Технический результат достигается также за счет уменьшения общей теплоемкости термопреобразователя ввиду отсутствия металлического каркаса катушки чувствительного элемента и фиксации положения витков катушки при изготовлении.

Поставленная задача достигается тем, что термопреобразователь сопротивления выполнен в виде многослойной трубки, состоящей из прилегающих друг к другу наружного металлического слоя и двух внутренних диэлектрических слоев. На ограниченном по длине участке трубки между диэлектрическими слоями расположена однослойная катушка провода чувствительного элемента, концы которой выведены через отверстия во внутреннем диэлектрическом слое внутрь трубки для присоединения к выводам термопреобразователя.

Поставленная задача достигается тем, что термопреобразователь сопротивления выполнен в виде многослойной трубки, состоящей из прилегающих друг к другу наружного металлического слоя и двух внутренних диэлектрических слоев. На ограниченном по длине участке трубки между диэлектрическими слоями расположена однослойная катушка провода чувствительного элемента, концы которой выведены через отверстия в металлическом и внешнем диэлектрическом слоях наружу для присоединения к выводам термопреобразователя.

Поставленная задача достигается также тем, что термопреобразователь сопротивления изготавливают намоткой катушки провода на диэлектрическую трубку, перед намоткой катушки диэлектрическую трубку удлиняют путем вытягивания вдоль продольной оси до диаметра, меньшего внутреннего диаметра металлической трубки, после намотки производят защиту провода катушки электроизолирующим слоем, диэлектрическую трубку помещают внутрь металлической трубки и производят нагрев всей конструкции до момента сжатия диэлектрической трубки вдоль оси и образования единого многослойного элемента.

При сжатии диэлектрической трубки при нагреве происходит увеличение ее диаметра, и она вместе с катушкой и электроизолирующим слоем плотно прилегает к металлической трубке, образуя единую многослойную трубку.

Варианты конструкции термопреобразователя сопротивления поясняются чертежами, где на фигуре 1 схематично изображен разрез термопреобразователя, предназначенного для измерения температуры газообразных, жидких и сыпучих сред путем погружения, а на фигуре 2 - разрез термопреобразователя, предназначенного для измерения температуры жидкости в транспортном трубопроводе.

Термопреобразователь сопротивления содержит многослойную трубку, состоящую из внешнего металлического слоя 1, внутреннего диэлектрического слоя 2, на который намотана катушка чувствительного элемента 3 из изолированного провода с концами 4, и электроизолирующего слоя 5, нанесенного поверх катушки чувствительного элемента 3 и внутреннего диэлектрического слоя 2.

Способ изготовления термопреобразователя сопротивления

Диэлектрическую трубку 2 из полимера, например, фторопласта с наружным диаметром, равным или большим внутреннему диаметру металлической трубки 1, образующей внешний слой термопреобразователя, вытягивают вдоль оси до диаметра, меньшего внутреннего диаметра металлической трубки 1. На поверхность диэлектрической трубки 2 наматывают однослойную катушку 3 изолированного провода, например, из меди. Поверх катушки 3 чувствительного элемента наносят слой электроизоляции 5, например, в виде диэлектрической полимерной пленки из фторопласта. Концы катушки 3 через отверстия в диэлектрической трубке 2 или в слое 5 электроизоляции и металлической трубке 1 выводят соответственно внутрь диэлектрической трубки 2 или наружу для подключения к выводам термопреобразователя. Диэлектрическую трубку 2 с чувствительным элементом 3 и слоем диэлектрика 5 помещают внутрь металлической трубки 1.

Термопреобразователь сопротивления с установленными внутрь металлической трубки 1 диэлектричекой трубкой 2, катушкой 3 и слоем диэлектрика 5 нагревают до температуры размягчения диэлектрической трубки 2. После сжатия диэлектрической трубки в осевом направлении конструкцию термопреобразователя охлаждают до температуры окружающей среды.

При сжатии диэлектрической трубки в осевом направлении диаметр ее увеличивается, что обеспечивает вытягивание витков катушки 3 и электроизолирующего слоя 5 и плотное прилегание электроизолирующего слоя 5 к металлическому слою 1, катушки 3 - к электроизолирующему слою 5 и слоя диэлектрика 2 - к катушке 3 и электроизолирующему слою 5. Также за счет нагревания снимаются внутренние механические напряжения в катушке 3 чувствительного элемента, что обеспечивает стабильность градуировочной характеристики термопреобразователя в процессе эксплуатации.

Термопреобразователь сопротивления работает следующим образом.

Путем погружения теромпреобразователь сопротивления вводится в исследуемую среду. Через катушку 3 чувствительного элемента пропускается измерительный ток. За счет мощности тока происходит выделение тепла в катушке. От катушки чувствительного элемента тепло отводится в радиальном направлении через электроизолирующий слой 5 и металлический слой 1 в среду. Тепло также отводится в среду через внутренний диэлектрический слой 2 в обход катушки 3, который за пределами катушки плотно прилегает к электроизолирующему 2 и металлическому 1 слоям. Благодаря малому термическому сопротивлению между катушкой 3 и металлическим слоем 1 термопреобразователя и малой его общей теплоемкости обеспечиваются снижение погрешности измерений температуры за счет саморазогрева измерительным током и времени установления его температуры. Конструкция термопреобразователя обеспечивает фиксацию витков катушки 3 чувствительного элемента между диэлектрическим 2 и электроизолирующим 5 слоями, что ограничивает перемещение витков и исключает межвитковые электрические замыкания в условиях вибраций и, в свою очередь, обеспечивает повышение надежности термопреобразователя.

В варианте конструкции на фигуре 2 термопреобразователь сопротивления предназначен для измерения температуры жидкости, транспортируемой по трубопроводу. При этом многослойная трубка термопреобразователя с катушкой 3 чувствительного элемента устанавливается в разрыв трубопровода, и транспортируемая жидкость пропускается через нее. Выделяющаяся при протекании измерительного в катушке 3 в виде тепла мощность тока отводится через внутренний диэлектрический слой 2 в транспортируемую жидкость и через изолирующий 5 и металлический 1 слои за пределы трубки в окружающую среду.

Исследования опытного образца предлагаемой конструкции термопреобразователя с катушкой из медного провода диаметром 40 мкм и способа его изготовления показали, что способ изготовления обеспечивает выход годных термопреобразователей не менее 95%; термопреобразователи сопротивления имеют в 3-5 раз меньшее термическое сопротивление по сравнению с прототипом и соответственно меньший саморазогрев измерительным током, а также меньшее время установления температуры. Постоянная времени тепловой инерции, измеренная в нулевом термостате по уровню 0,63, составляет не более 2 секунд.

1. Термопреобразователь сопротивления, выполненный в виде многослойной трубки, состоящей из прилегающих друг к другу наружного металлического слоя и двух внутренних диэлектрических слоев, отличающийся тем, что на ограниченном по длине участке трубки между диэлектрическими слоями расположена однослойная катушка провода чувствительного элемента, концы которой выведены через отверстия во внутреннем диэлектрическом слое внутрь трубки для присоединения к выводам термопреобразователя.

2. Термопреобразователь сопротивления, выполненный в виде многослойной трубки, состоящей из прилегающих друг к другу наружного металлического слоя и двух внутренних диэлектрических слоев, отличающийся тем, что на ограниченном по длине участке трубки между диэлектрическими слоями расположена однослойная катушка провода чувствительного элемента, концы которой выведены через отверстия в металлическом и внешнем диэлектрическом слоях наружу для присоединения к выводам термопреобразователя.

3. Способ изготовления термопреобразователя сопротивления, включающий намотку катушки провода на диэлектрическую трубку, отличающийся тем, что перед намоткой катушки диэлектрическую трубку удлиняют путем вытягивания вдоль продольной оси до диаметра, меньшего внутреннего диаметра металлической трубки, после намотки производят защиту провода катушки электроизолирующим слоем, диэлектрическую трубку помещают внутрь металлической трубки и производят нагрев всей конструкции до момента сжатия диэлектрической трубки до образования единого многослойного элемента.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерителям уровня путем измерения емкости конденсаторов, и предназначено для измерения температуры и уровня продукта, заполняющего хранилище.

Изобретение относится к области машиностроения и касается обеспечения контроля температуры подшипников скольжения с самоустанавливающимися колодками или цельной втулкой различного динамического оборудования, например центробежных компрессоров.

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано для измерения скорости изменения температуры в автоматизированных системах управления нагревом изделий, а также колодцев и печей в металлургической промышленности.

Изобретение относится к винодельческой промышленности и может быть использовано, в частности, при производстве шампанских вин. Регулирование распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с виноматериалом, имеющем снаружи "рубашку" с циркулирующим в ней хладоносителем по замкнутому контуру, включающем вентиль, управляемый электроприводом, компрессор и соединяющие их и "рубашку" трубопроводы, осуществляют путем измерения в центре резервуара температуры виноматериала.

Изобретение относится к винодельческой промышленности и может быть использовано, в частности, при производстве шампанских вин. Регулирование распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с виноматериалом, имеющем снаружи "рубашку" с циркулирующим в ней хладоносителем по замкнутому контуру, включающем вентиль, управляемый электроприводом, компрессор и соединяющие их и "рубашку" трубопроводы, осуществляют путем задания требуемой температуры хладоносителя в «рубашке» резервуара, для чего измеряют в центре резервуара температуру виноматериала.

Изобретение относится к устройствам контроля температуры сыпучих материалов при их длительном хранении и может быть использовано в устройствах, контролирующих температурный режим в складах силосного типа.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для измерения параметров потока флюида (нефть, вода, газ и их смеси), таких как температура, скорость и фазовый состав, и может быть использовано при проведении геофизических исследований скважин, а также при контроле за транспортировкой жидких углеводородов по трубопроводной системе.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в медицинских целях для измерения температуры тела пациентов. Заявлен электронный термометр, в котором состояние контакта с человеческим телом может подтверждаться с помощью простой, удобной для сборки конфигурации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при производстве графитированных углеродных конструкционных материалов и графитированных электродов для электрометаллургических печей.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической, пищевой промышленности, а также в других областях техники. .

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, а именно к методам измерения эксплуатационных параметров полупроводниковых источников света, и может быть использовано в их производстве, как для отбраковки потенциально ненадежных источников света, так и для контроля соблюдения режимов выполнения сборочных операций. Для обеспечения конкурентоспособности с люминесцентными источниками света полупроводниковые источники света должны иметь высокую долговечность, не менее 100000 часов. Это достигается за счет совершенствования конструкции и обеспечения оптимального теплового режима кристалла и люминофорного покрытия. Поэтому важной становится задача определения не только средней температуры кристалла, но и неравномерности распределения температуры в конструкции. Для этой цели предлагается способ бесконтактного определения неравномерности температурного поля в полупроводниковых источниках света, заключающийся в измерении температуры в контролируемых точках конструкции источника, причем функции датчиков температуры выполняют сами элементы конструкции источника: p-n-переход кристалла и люминофорное покрытие, а в качестве термочувствительного параметра используюется ширина спектра излучения на уровне 0,5 от их максимального значения. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к термометрии. Устройство содержит термопреобразователь 1, выход которого соединен с индикатором 2 температуры и через последовательно соединенные первый вход первого блока вычитания 3, усилитель 4, масштабирующий элемент 5, первый вход второго блока вычитания 6 с входами индикатора 7 скорости изменения температуры и сигнализатором 8 опасного нарастания температуры. Устройство снабжено также апериодическим фильтром 9, вход которого связан с выходом усилителя 4, а выход подключен ко вторым входам блоков вычитания 3 и 6. Технический результат - повышение быстродействия и помехозащищенности устройства. 1 ил.

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в качестве датчика температуры биологических и физических объектов. Цифровой измеритель температуры содержит датчик температуры, терморезистор и цифровой индикатор температуры. В устройство введена мостовая измерительная схема, в плечи которой включены датчик температуры и терморезистор, охваченная петлей отрицательной обратной связи, своим входом связанной с измерительной диагональю моста, а выходом - с диагональю питания моста и состоящей из последовательно соединенных усилителя и генератора управляемой частоты. Вход цифрового индикатора температуры соединен с выходом генератора управляемой частоты. Введение в схему цифрового измерителя температуры отрицательной обратной связи позволяет повысить быстродействие и точность его работы. Технический результат - повышение быстродействия работы цифрового измерителя температуры. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения температуры среды в различных областях техники. Преобразователь (100) температуры включает корпус (112) с двумя отделениями и электронный модуль (120) преобразователя температуры с установкой на головке. Корпус (112) с двумя отделениями имеет первое отделение (114) и второе отделение (110). Первое отделение (114) выполнено с возможностью приема внешней проводки в клеммном блоке по одной трубке. Первое (114) и второе отделения (116) разделены, за исключением прохода электропроводки между ними. Электронный модуль (120) преобразователя температуры с установкой на головке расположен во втором отделении (116) и функционально соединен с клеммным блоком в первом отделении (114). Технический результат - повышение точности получаемых данных. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх