Устройство для измерения температуры

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«i>750293 (61 ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 01.08.77 (21) 2510589/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 23.07.80. Бюллетень ¹27

Дата опубликования описания 230780 (51)М. Кл з

G 01 К 5/32

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 5 3 6 . 513 (088.8) (72) Авторы изобретения

Е.Ф.Шполянский и В.С.Жирков (71 ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к устройствам для измерения температуры и может найти применение в различных областях техники, в частности в системах оперативного и автоматического контроля и управления производительными технологическими процессами в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный элемент, заполненный рабочей (термометрической) жидкостью, разделительный упругий элемент (сильфон или мембрану) и устройство для преобразования теплового расширения жидкости в выходной сигнал прибора (1) .

Йаиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный элемент, включающий размещенный в 25 корпусе, заполненном рабочей жидкостью, разделительный сильфон, с помещенным в нем поплавком, и механизм преобразования усилия в выходной сигнал 2 .

Недостатком известного устройс1а является недостаточно высокая точность измерения температуры и большая инерционность, обусловленные наличием узлов трения и значительным количеством рабочей жидкости в термочувствительном элементе. Точность устройства прямо пропорциональна количеству рабочей жидкости в термочувствительном элементе, а увеличение количества рабочей жидкости приводит к увеличению температурной инерционности, т.е. к снижению точности.

Целью изобретения является повышение точности измерения и снижение инерционности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры поплавок выполнен из двух полостей, герметичная перегородка между которыми соединена с подвижным бортиком разделительного сильфона и имеет канал, сообщающий раббчую полость термочувствительного элемента с верхней полостью поплавка, нижняя часть которой заполнена рабочей жидкостью, а верхняя сообщена с атмосферой, причем наружный торец

750293 верхней полости поплавка соединен с механизмом преобразования усилия в выходной сигнал, при этом нижняя часть поплавка размещена в рабочей жидкости с зазором порядка 0,51,00 мм относительно внутренней поверхности корпуса термочувствительного элемента.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

К корпусу термочувствительного элемента 1 приварен неподвижный бортик разделительного сильфона 2. В корпусе. размещен поплавок 3, разделенный перегородкой 4 на две полости: нижнюю 5 и верхнюю б. Перегородка 4 приварена к подвижному бортику сильфона 2. Рабочая полость термочувствительного элемента (полость между корпусом 1, сильфоном 2 и поплавком

3) заполнена рабочей (термометрической) жидкостью 7. Причем рабочая жидкость полностью окружает нижнюю часть

5 поплавка 3 и через канал 8 небольшого сечения, просверленнь.й в перегородке 4,сообщается с полостью верхней части б поплавка 3, частично заполненной той же жидкостью. Верхнюю часть поплавка б (пространство над рабочей жидкостью) через капиллярный змеевик 9 сообщена с атмосферой.

Верхний наружный торец поплавка 3 штоком 10 соединен с рычажной системой пневмосилового преобразователя

11, узел сопло-заслонка 12 которого отрабатывает выходной сигнал устройства. Корпус 1 термочувствительного элемента устройства смонтирован на технологической емкости 13, температура среды в которой контролируется. Размеры поплавка 3 выполнены так, что зазор между наружными поверхностями нижней части 5 поплавка и внутренними поверхностями ми нижней части 5 поплавка и внутренними поверхностями корпуса 1 и сильфона 2 сведены к минимуму, достаточному для разобщения этих поверхностей — порядка 0,5-1,0 мм.

Таким образом, количество рабочей .жидкости 7 является минимальным.

Количество рабочей жидкости, заполняющей часть объема верхней полости б поплавка 3 и объем этой полости рассчитываются в зависимости от коэффициента объемного расширения рабочей жидкости и предела измерения у*ройства. Критериями для такого расчета являются требования, чтобы при минимальной температуре, измеряемой устройством уровень рабочей жидкости 7 в верхней полости 6 поплавка 3 был не ниже разделительной перегородки 4, а при максимальной температуре — не был выше основания капилляра 9.

Устройство работает следующим ,образом.

В исходном положении, при установившейся температуре контролируемой среды в емкости 13 кинематическая система устройства находится в равновесии, обусловленном равенством погружающей и выталкивающей сил, действующих на погруженную в рабочую жидкость 7 нижнюю часть поплавка 5, FT, = Fn + Fb = 0, (1) где F — рабочее усилие термочувстP вительного элемента;

F„ — погружающая сила, действующая на поплавок, равная весу поплавка;

F> — выталкивающая сила, действующая на поплавок, завися15 щая от объема погруженной в рабочую жидкость части поплавка и от плотности рабочей жидкости.

При изменении температуры контроЩ лируемой среды равновесие, выраженное равенством (1), нарушается. Например, при повышении температуры плотность рабочей жидкости уменьшается, и выталкивающая сила, действующая д5 на поплавок, уменьшается на величину

Ь пРжР М () где a Fb — изменение выталкивающей ,силы;

30 V„ — наружный объем погруженной в рабочую жидкость части поплавка (нижней части 5 поплавка 3); о — начальная плотность рабочей ж

35 жидкоа ги; (Ъ вЂ” коэффициент температурного объемного расширения рабочей жидкОсти; — изменение температуры контролируемой среды (и рабочей

40 жидкости); д — ускорение силы тяжести.

Одновременно (при том же изменении температуры рабочей жидкости ьй) увеличится объем рабочей жидкости

45 7 в термочувствительном элементе.

Это увеличение объема рабочей жидкости определяется выражением ж к (3) щ где ь „, — изменение объема рабочей жидкости; — начальный объем рабочей жидкости.

Этот добавочный объем nV рабочей жидкости через канал 8 перетекает из рабочей камеры термочувствительного элемента в верхнюю полость б поплавка 3, повышая уровень рабочей жидкости в этой полости. Это повышение уровня жидкости в верхней полости б

60 поплавка 3 приводит к увеличению веса поплавка на величину!

Я где лад — изменение веса поплаВка.

fb ь > { „> Y ). (7) Заказ 4620/32

Подписное

ЦНИИПИ

Тираж 713

Этому изменению веса поплавка равно изменение погру>кающей силы, действующей на поплавок, FÄ = Ьс,. (5)

Таким образом, при изменении температуры рабочей жидкости происходит изменение (уменьшение) рабочего усилия (1) терглочувствительного устройства. Это изменение равно

Р Ь (6)

Подставив в выражение (6) выражения (2), (3), (4) и выполнив преобразования, получают

Это изменение рабочего усилия 15 термочувствительного элемента через шток 10 передается на рычажную систему пневмосилового преобразователя 11, уменьшая зазор в узле сопло — заслонка 12 последнего, т.е. увеличивая выходной сигнал устройства пропорционально изменению температуры рабочей среды.

При уменьшении температуры контролируемой среды происходит обратный эффект: плотность рабочей жидкости увеличивается, величина выталкивающей силы увеличивается, количетсво рабочей жидкости в верхней полости 6 поплавка 3 уменьшается, уменьшается вес поплавка, увеличивается рабочее усилие F устройства, вызывая увеличение зазора в узле сопло — заслонка

12, т.е. уменьшается выходной сигнал устройства.

Предлагаемое устройство обеспечи- 35 вает высокую точность измерения температуры и минимальную инерционность устройства..Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный элемент, включающий размещенный в корпусе, заполненном рабочей жидкостью, разделительный сильфон с помещенным в нем поплавком, и механизм преобразования усилия в выходной сигнал, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и снижения инерционности устройства, в нем поплавок выполнен иэ двух полостей, герметичная перегородка между которыми соедине-. на с подвижным бортиком разделительного сильфона и имеет канал, сообщающий рабочую полость термочувствительного элемента с верхней полостью поплавка, нижняя часть которой заполнена рабочей жидкостью, а-верхняя сообщена с атмосферой, причем наружный торец верхней полости поплавка с механизмом преобразования усилия в выходной сигнал. устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что нижняя часть поплавка размещена в рабочей жидкости с зазором порядка 0,51,0 мм относительно внутренней поверхности корпуса термочувствительного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования, М., Машино строение,1965, с.304.

2. Патент Великобритании 9 1286813, кл. G 01 К 5/32, опублик. 1969 (прототип).

Филиал ППП Патент,,r Ужгород, ул. Проектная,4