Способ крепления термопар

Авторы патента:

G01K7/02 - с использованием термоэлектрических элементов, например термопар (термоэлектрические или термомагнитные устройства как таковые H01L 35/00,H01L 37/00)

G01K1/146 - Элементы конструкции термометров, не приспособленные специально для особых типов термометров (схемы для уменьшения тепловой инерции G01K 7/42)

G01K1/14 - опоры; крепежные устройства; устройства для установки термометров в определенных положениях

Владельцы патента RU 2663277:

Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (RU)

Изобретение относится к области измерения температуры с использованием термопар, а именно к способам крепления термопар к объектам, подверженным деформациям вследствие линейных расширений при высоких температурах и вибрационным воздействиям, например к корпусам летательных аппаратов. Гибкий корпус термопары жестко крепят вблизи точки измерения к неподвижным окружающим конструкциям, в теле испытуемого объекта в точке измерения выполняют глухое отверстие с фаской и дренажным каналом для отвода горячего воздуха из глухой полости точки измерения, горячий спай термопары вводят в указанное глухое отверстие, при этом размеры глухого отверстия и корпуса термопары в зоне горячего спая должны одновременно обеспечивать их касание и возможность взаимного перемещения при воздействии высокой температуры, вибрации, ударных и линейных нагрузок, а также при каких-либо смещениях тела испытуемого объекта относительно места крепления термопары. Технический результат - обеспечение измерения температуры динамически подвижных объектов. 3 ил.

Условия, которые необходимо соблюдать при измерении температуры подобных объектов, следующие:

- максимальный тепловой контакт горячего спая с образцом;

- сохранение целостности и прочности образца;

- сохранение целостности и электрических характеристик термопары в процессе измерений.

Требуемые условия для закрепления термопар достигаются двумя путями. Первый путь - это механическое прижатие термопары к поверхности образца [1. Авт. св. SU №49379, кл. G01K 7/02. Прибор для измерения температуры поверхностей / Брюханов Ф.С. (12.12.1935). Опубл. 31.08.1936 г.]. Такой способ не обеспечивает надежное контактирование горячего спая и испытуемого образца в широком диапазоне измеряемых температур. Возможно механическое повреждение термопары из-за соударений с испытуемым образцом при вибрации. При нарушении механического контакта термопары и испытуемого образца результаты измерений становятся недостоверными, резко увеличивается инерционность измерений. Второй путь - это вдавливание горячего спая термопары в расплавленный металл в точке измерений [2. Патент RU №2034246. МПК⁶ G01K 7/02. Способ крепления термопар / Мугалев А.П. (23.07.1982). Опубл. 30.04.1995]. Наряду с достоинствами метода - хороший контакт термопары и образца, хорошие метрологические характеристики - он не может использоваться для динамически подвижных объектов в связи с риском поломки термопар.

Известен способ крепления по авторскому свидетельству SU №180382 [3. Авт. св. SU №180382. МПК⁶ G01K. Способ установки термопары для контроля температуры продукта в процессе сублимационной сушки / Яушева Э.Ф., Камовников Б.П. (13.11.1965). Опубл. 21.03.1966. Бюл. №7.] По этому способу в образце выполняется отверстие, термопара вводится в тело испытуемого образца в отверстие и жестко фиксируется в таком положении. Такой способ, создавая механическую прочность крепления термопары к образцу, не обеспечивает надежность контактирования при деформациях образца вследствие линейных температурных расширений при высоких температурах и воздействии вибрации. Более того, при жестком креплении термопары к испытуемому объекту при перемещении объекта возможны повреждения термопары и невозможность выполнения измерений.

Известен способ крепления термопар путем их размещения в теле испытуемого объекта, характеризующегося температурными деформациями и воздействием вибрационных нагрузок, причем гибкий корпус термопары жестко крепят вблизи точки измерения к неподвижным окружающим конструкциям [4. CN 1936525 А. МПК⁶G01K 1/14, G01K 7/02, G01K 3/08. Carbon-fiber composite material highspeed air-craft rectifying cover surface transient temperature measuring apparatus (BEIJING AERONAUTICAL & SPACE U) 28.03.2007, описание с. 6, абз. 4-5, фиг. 1-3.]

В данном решении в теле испытуемого объекта в точке измерения отсутствует глухое отверстие с фаской и дренажным каналом для отвода горячего воздуха из глухой полости точки измерения, тем самым не обеспечено касание корпуса термопары и испытуемого объекта в процессе измерений.

Наиболее близкой к изобретению является методика температурных измерений, предусматривающая выполнение в теле испытуемого объекта в точке измерения глухого отверстия с фаской, причем горячий спай термопары вводят в указанное глухое отверстие, при этом размеры глухого отверстия и корпуса термопары в зоне горячего спая должны одновременно обеспечивать их касание и возможность взаимного перемещения, что позволяет повысить точность получаемых результатов измерений за счет компенсации перемещения испытуемого объекта возможностью взаимного перемещения копуса термопары в зоне горячего спая и испытуемого объекта в процессе измерений [5. FR №3030731 А1 МПК⁶ G01K 1/146. Tool and method of installation of a thermocouple (ELECTRICITE DE FRANCE SA) 24.06.2016, описание с. 3, ст. 16 - с. 6 ст. 34, фиг. 3].

Данный способ снятия измерений является ненадежным при применении в изделиях, подвергающихся внешним воздействиям, таким как высокая температура, вибрации, ударные и линейные нагрузки, а также при каких-либо смещениях тела испытуемого объекта относительно места крепления термопары. Такие воздействия и смещения могут вызвать большие механические напряжения в сварном шве, которые приведут к его разрушению и прекращению контакта термопары и тела испытуемого объекта.

Целью изобретения является обеспечение измерения температуры динамически подвижных объектов и исключение недостатков, выявленных в прототипе и аналогах. Эта цель достигается компенсацией перемещения испытуемого объекта возможностью взаимного перемещения корпуса термопары в зоне горячего спая и испытуемого объекта в процессе измерений.

Для этого гибкий корпус термопары жестко крепят к неподвижным окружающим конструкциям вблизи точки измерений. В теле испытуемого объекта в точке измерений выполняют глухое отверстие с фаской для облегчения возможности введения горячего спая термопары в указанное отверстие «вслепую» и дренажным каналом для отвода горячего воздуха из полости глухого отверстия. Горячий спай термопары вводят в указанное отверстие, при этом размеры глухого отверстия и корпуса термопары в зоне горячего спая должны одновременно обеспечивать касание горячего спая термопары и испытуемого образца и возможность их взаимного перемещения при воздействии высокой температуры, вибрации, ударных и линейных нагрузок, а также при каких-либо смещениях тела испытуемого объекта относительно места крепления термопары.

Заявляемое изобретение отличается от способа по прототипу тем, что по предлагаемому способу возможно перемещение корпуса термопары в зоне горячего спая в теле испытуемого объекта, обеспечивается постоянный контакт с телом испытуемого объекта по стенкам отверстия благодаря жесткой посадке, а не определенной точкой с применением сварки, которая подвержена разрушению при воздействии высокой температуры, вибрации, ударных и линейных нагрузок, а также при каких-либо смещениях тела испытуемого объекта относительно места крепления термопары.

Изобретение поясняется чертежами:

На фиг. 1 показана схема выполнения предлагаемого способа, где 1 - испытуемый образец, 2 - горячий спай термопары, 3 - корпус термопары.

На фиг. 2 показан разрез в месте ввода термопары в отверстие испытуемого образца, где 4 - глухое отверстие, включающее фаску и дренажный канал.

На фиг. 3 показано место жесткого крепления корпуса термопары к неподвижным окружающим конструкциям.

При деформации испытуемого объекта в любой из трех плоскостей, либо во всех направлениях одновременно, происходит перемещение его относительно корпуса термопары в зоне горячего спая при сохранении их контактирования. Такие перемещения испытуемого объекта не приводят к поломке термопары, т.к. ее гибкая конструкция позволяет осуществить термокомпенсацию перемещений.

Техническим результатом является обеспечение измерения температуры динамически подвижных объектов.

Предлагаемый способ повышает качество и надежность крепления термопар и может быть осуществлен с помощью стандартного оборудования и материалов отечественного производства. Таким образом, заявленный способ соответствует критерию «промышленная применимость».

Источники, принятые во внимание

1. Авт. св. SU №49379, кл. G01K 7/02. Прибор для измерения температуры поверхностей / Брюханов Ф.С. (12.12.1935). Опубл. 31.08.1936 г.

2. Патент RU №2034246. МПК⁶ G01K 7/02. Способ крепления термопар / Мугалев А.П. (23.07.1982). Опубл. 30.04.1995.

3. Патент RU №180382. МПК⁶ G01K. Способ установки термопары для контроля температуры продукта в процессе сублимационной сушки / Яушева Э.Ф., Камовников Б.П. (13.11.1965). Опубл. 21.03.1966. Бюл.№7.

4. Патент CN 1936525 А. МПК⁶ G01K 1/14, G01K 7/02, G01K 3/08. Carbon-fiber composite material high-speed air-craft rectifying cover surface transient temperature measuring apparatus (BEIJING AERONAUTICAL & SPACE U) 28.03.2007, описание с. 6, абз. 4-5, фиг. 1-3.

5. Патент FR №3030731 А1 МПК⁶ G01K 1/146. Tool and method of installation of a thermocouple (ELECTRICITE DE FRANCE SA) 24.06.2016, описание с. 3, ст. 16 - с. 6 ст. 34, фиг. 3.

6. Патент RU №2114403 МПК⁶ G01K 1/14, G01K 7/02. Устройство для измерения температуры внутренней цилиндрической поверхности / Дикарев И.М., Сережкин Н.И., Серокуров А.Н., Федоров В.А. (31.05.1995). Опубл. 27.06.1998.

7. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 1. 8-е изд. / Под ред. И.Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - С. 457-466.

Способ крепления термопар путем их размещения в теле испытуемого объекта, характеризующегося температурными деформациями и воздействием вибрационных нагрузок, отличающийся тем, что гибкий корпус термопары жестко крепят вблизи точки измерения к неподвижным окружающим конструкциям, в теле испытуемого объекта в точке измерения выполняют глухое отверстие с фаской и дренажным каналом для отвода горячего воздуха из глухой полости точки измерения, горячий спай термопары вводят в указанное глухое отверстие, при этом размеры глухого отверстия и корпуса термопары в зоне горячего спая должны одновременно обеспечивать их касание и возможность взаимного перемещения при воздействии высокой температуры, вибрации, ударных и линейных нагрузок, а также при каких-либо смещениях тела испытуемого объекта относительно места крепления термопары.

Изобретение относится к устройствам для изготовления микротермопар с рабочим спаем, образованным сваркой встык, и может быть использовано для оперативного изготовления в лабораторных условиях единичных или мелкосерийных партий микротермопар различного типа из проволоки с диаметрами от 200 мк и менее при подготовке и проведении теплофизических и тепловых испытаний в условиях быстропротекающих процессов теплообмена при значительных градиентах температуры, характерных для конструкций аэрокосмической техники, ядерной энергетики и металлургии.

Устройство для изготовления микротермопар // 2660323

Термочувствительный элемент // 2657367

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры технологической среды. Предложен термочувствительный элемент (10), содержащий зависимый от температуры измерительный элемент (МЕ), который может контактировать через по меньшей мере одну первую соединительную линию (1) и по меньшей мере одну вторую соединительную линию (2), причем первая соединительная линия (1) содержит первый и второй участки (Т1, Т2), состоящие из различных материалов.

Способ экспериментального определения неравномерности полей температур газового потока теплоизолированного трубопровода высокого давления и датчик температуры // 2657319

Изобретение относится к области термометрии и направлено на исследование различных теплозащитных и эрозионно стойких материалов, обеспечивающих защиту трубопроводов высокого давления, работающих на продуктах сгорания, имеющих высокую температуру от 1000°С.

Устройство индикации относительного перемещения объектов // 2657130

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для одновременной регистрации температуры и взаимного предельного перемещения составных частей изделия в условиях высокой температуры.

Устройство индикации относительного перемещения объектов // 2657130

Многозонный термопреобразователь // 2655734

Изобретение относится к области газовой динамики и может быть использовано для измерения поля температуры газового потока, движущегося с большой скоростью, в частности, в газотурбинных установках и в стендовых системах.

Измерительное устройство температуры поверхности трубопроводов с установочным устройством // 2652661

Группа изобретений предназначена для непрерывного измерения и регистрации температуры наружной поверхности трубопроводов с большой точностью и быстрой заменой датчиков температуры аттестованными датчиками, транспортирующих рабочие жидкие среды или сырье и другие различные текучие агенты.

Средство контроля высокотемпературного устройства высокого давления // 2652534

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для обнаружения дефектов на начальном этапе эксплуатации в высокотемпературных устройствах высокого давления, используемых в химических установках, таких как высокотемпературные системы и резервуары высокого давления.

Устройство для измерения температуры резца естественной термопарой // 2650827

Изобретение относится к области измерения температур, в частности, измерения температуры резания при точении. Исследование процессов резания предполагает измерение и фиксирование различных явлений, протекающих в технологической системе.

Устройство для измерения температуры наружного воздуха // 2661544

Устройство для измерения температуры наружного воздуха относится к контрольно-измерительной технике и служит для измерения температуры наружного воздуха и отображения ее текущего значения на экране компьютера.

Измерительное устройство температуры поверхности трубопроводов с установочным устройством // 2652661

Устройство и система контроля параметров состояния оборудования // 2608790

Многофункциональное устройство для контроля параметров состояния оборудования содержит корпус, органы взаимодействия, управляющий процессор, разъем питания, соединенный с аккумулятором, RFID считыватель, Bluetooth модуль, тепловизор, соединенный с видеокамерой, и виброметр.

Цифровой термометр из противомикробной меди // 2604106

Изобретение относится к области термометрии и может быть использован для медицинского применения. Предложен цифровой термометр из противомикробной меди, внешняя конструкция которого состоит из корпуса (1), крышки (2) батарейного отсека, то есть удаляемой части, посредством которой батарея вставляется в термометр, кнопки (3) питания, т.е.

Барокомпенсированный первичный измерительный преобразователь с твердотельным чувствительным элементом // 2549254

Изобретение относится к технике измерений гидрофизических и гидрохимических параметров водных сред в океанографических, гидрографических и экологических глубоководных исследованиях и может быть использовано в различных технологических процессах, связанных с контролем параметров жидкости, находящейся в условиях высокого давления. Техническим результатом изобретения является расширение диапазона рабочего давления ПИП, что повышает надежность работы ПИП и достоверность полученной от него информации. Дополнительным техническим результатом изобретения является упрощение технологии сборки, т.к.

Способ отображения температурного поля биологического объекта // 2452925

Компактный датчик температуры с усовершенствованным соединением выводов // 2324154

Изобретение относится к области измерительной техники и направлено на создание компактного технологического датчика, конструкция которого позволит облегчить прикрепление выводов и обеспечить внешние зажимы прикрепления выводов, которые не приведут к нежелательному увеличению габаритов электронного модуля.

Датчик перемещений // 2297605

Изобретение относится к методам измерения неэлектрических величин и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений объекта наблюдения. .

Усовершенствованные миниатюризированные самоудерживающиеся сенсоры для мониторинга и хранения данных // 2278360

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для мониторинга параметров различной физической природы. .

Способ измерения параметров физических полей // 2148267

Изобретение относится к способам измерения параметров физических полей, предпочтительно динамических по характеру, например сейсмических, электрических магнитных, тепловых и т.п.

Измерительное устройство температуры поверхности трубопроводов с установочным устройством // 2652661