ТЕРМОДАТЧИК Российский патент 1994 года по МПК G01K5/14 

Изобретение относится к устройствам измерения и регулирования температуры и может быть использовано в системах измерения и поддержания заданной температуры, например, в устройствах вентиляции теплиц, парников и других помещений.

Известен термометр, используемый в качестве термопривода регулирующих устройств, содержащий герметичный корпус, заполненный термочувствительным и эластичным наполнителями, и цилиндр с поршнем, соединенный со штоком. Поршень перемещается по цилиндру при нагревании термочувствительного наполнителя за счет вытеснения в цилиндр эластичного наполнителя.

Недостатком данного устройства являются низкая степень точности измерения температуры, обусловленная объединением обоих наполнителей в одном корпусе, размещенном в месте установки регулируемого элемента, например форточки, а не в месте необходимого измерения; отсутствие возможности предварительной установки заданной температуры; возможность выхода устройства из строя при превышении максимальной температуры.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является термопривод, содержащий герметичный корпус, заполненный термочувствительным и эластичным наполнителями, коаксиально расположенные эластичные сильфоны, днища которых соединены со штоком, а свободные концы соединены с корпусом и образуют вакуумируемую полость.

При расширении термочувствительного наполнителя эластичный наполнитель вытесняется в полость между сильфонами, которые, удлиняясь, перемещают шток, соединенный с нагрузкой.

Недостатком данного устройства является низкая степень точности измерения температур; отсутствие возможности установки начальной температуры срабатывания (начальная температура срабатывания определяется только свойствами термочувствительного наполнителя); большая инерционность работы устройства; отсутствие аварийной защиты от разрушения при превышении наружной температуры выше допустимой или при превышении предельной нагрузки термопривода.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых температур и обеспечение возможности регулирования начальных температур срабатывания термодатчика.

Поставленная цель достигается тем, что в термодатчик, содержащий заполненный термочувствительным и эластичным наполнителями корпуса, снабженный отверстием для соединения с гидросистемой и сильфоном из эластичного материала, сообщающимся открытым торцом с внутренним объемом корпуса, введены упорный диск, регулируемый задатчик и силовой элемент, сильфон установлен с возможностью взаимодействия своим днищем с упорным диском, закрепленным на регулируемом задатчике, который установлен на пороговом силовом элементе, корпус разделен перегородками на N сообщающихся между собой равных по объему полостей, снабженных радиаторными пластинами, в качестве термочувствительных и эластичного наполнителей используются несмешиваемые вещества, при этом эластичным наполнителем заполнены сообщающиеся части полостей, а термочувствительные наполнители каждой полости обладают соответственно t_п.р = t_н.п(i + 1), где t_п.р - температура полного расплавления; tн.п - температура начального плавления; i = 1...(N - 1) - порядковый номер полости.

На фиг.1 изображен предлагаемый термодатчик, осевой разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 и 4 - положение различных элементов при разных режимах работы устройства; на фиг.5 и 6 - графики, поясняющие работу устройства.

Термодатчик состоит из герметичного устройства 1, содержащего N, например N = 2, полостей 2 и 3, разделенных перегородкой 4 и снабженных радиаторными пластинами 5, и крышки 6 со штуцером 7. На крышке 6 с наружной стороны размещены демпфирующий сильфон 8, задатчик с упорным диском 9 и пороговый силовой элемент. Задатчик, например система винт-гайка, предназначен для регулировки начальной температуры срабатывания устройства и состоит из втулки 10, образующей с винтом 11 винтовую пару, и ручки 12. Винт 11 соединен с упорным диском 9 и ограничивает удлинение сильфона 8. Индикация установки начальной температуры срабатывания устройства осуществляется с помощью стрелки 13, жестко соединенной с диском 9, и шкалы 14, соединенной с втулкой 10. Задатчик размещен на пороговом силовом элементе, например тарированной по сжимающей силе пружине, и обладает возможностью перемещения при превышении давления днища сильфона 8 на диск выше предельно заданного.

Силовой пороговый элемент содержит направляющие штыри 15 с упорами 16, установленные на крышке 6, упорную планку 17, закрепленную на штырях 15 гайками 18, и тарированную пружину 19, помещенную между втулкой 10 и упорной планкой 17. Полости 2 и 3 заполнены термочувствительными наполнителями I и II, например парафинами разных марок соответственно. Перегородка 4 образует с крышкой 6 зазор величиной 1-2 мм. Соединительный трубопровод и гидропривод (не показаны), соединяющиеся через штуцер с внутренней полостью корпуса 1 термодатчика, заполнены несжимаемым эластичным наполнителем 20, например водой, при температуре окружающей среды ниже начальной температуры плавления самого низкотемпературного, например первого, термочувствительного наполнителя при минимальной длине демпфирующего сильфона 8г и нижнем положении штока гоидропривода, например двухсильфонного.

Устройство работает следующим образом.

1. Установка (см. фиг.6) начальная температура срабатывания t_нач = t₁ = t_н.п1, где t_н.п1 - начальная температура плавления термочувствительного наполнителя ТЧНI. Установка t₁ (см.фиг.3) осуществляется с помощью винта 11, переводящего диск 9 в крайнее верхнее положение. Сильфон дополнительно сжат. Пружина 19 задатчика прижимает втулку 10 к упорам 16 с силой F₁>F, где F - сила давления нагрузки на шток гидропривода. При повышении температуры t>t₁ начинается расплавление ТЧНI и происходит вытеснение эластичного наполнителя 20 в камеру гидропривода по циклограмме t₁ - a₁ - b - c. Так как максимальный объем камеры гидропривода Δ V, то при дальнейшем повышении температура (участок t₁ - t₄) избыточный объем Δ V эластичного наполнителя 20 начинает поступать в сильфон 8, преодолевая силу F₁ пружины 19 (на циклограмме a₁ - g₂ - h₂ - k₂ - l₂) и удлиняя его на величину 0-l₂. При понижении температуры все процессы протекают в обратном порядке - сначала возвращается в исходное положение демпфирующий сильфон 8, затем шток гидропривода.

2. Начальная температура t₄ > t₂ > t₁. Установка (см. фиг.1) осуществляется путем перемещения диска 9 в соответствующее положение с помощью винта 11 задатчика. При этом между днищем сильфона 8 и диском 9 образуется зазор соответствующей высоты. При повышении температуры на участке t₁ - t₂ избыточный объем Δ V вытесняется сначала в сильфон 8 (циклограмма t₂ - d₂ - l₂ - f₂), удлиняя его (на величину 0 - f₂) до упора в диск 9. На участке t₂ - t₁ происходит цикл работы гидропривода (t₂ - f₂ - b - c) на участке t₁ - t₄ вытеснение наполнителя 20 снова происходит в сильфон 8, при этом происходит сжатие пружины 19 порогового силового элемента (a₁ - g₂ - h₂ - k₂ - l₂). При понижении температуры процессы протекают в обратном порядке.

3. t₄ > t₃ > t₂. Порядок установки t₃ аналогичен описанному выше. Объем Δ V ТЧНI и часть Δ V ТЧНII сначала поступают в сильфон (t₃ - a₃ - l₃ - f₃), удлиняя его до упора в диск 9 (0 - f₃), остальная часть объема ТЧНII на участке t₃ - t₄ поступает в камеру гидропривода (t₃ - g₃ - b₃ - c₃), перемещая шток на длину 0 - С₃.

4. t ≥ t4, или шток гидропривода заклинен, или давление нагрузки F > F₁, или трубопровод закрыт м т. д. - аварийные режимы. В любом из этих случаев, независимо от настройки весь объем ΔV_ε наполнителя 20 поступает в сильфон 8, сжимая пружину 19 порогового силового элемента.

Таким образом, предлагаемый термодатчик позволяет расширить диапазон измерения температуры и осуществить установку начальной температуры срабатывания устройства; обеспечивает безаварийную работу системы при превышении максимальной температуры, нагрузки и т.д.; позволяет увеличить быстродействие работы. Повышается точность измерения температуры за счет установки термодатчика в месте измерения температуры, а гидропривода, соединенного с термодатчиком трубопроводом, в любом месте помещения. Кроме того, обеспечивается одновременное подключение нескольких гидроприводов, установленных в разных точках помещения, к одному термодатчику при соответствующем увеличении в нем объемов термочувствительного наполнителя и демпфирующего сильфона, что значительно расширяет функциональные возможности устройства.

Использование: в системах поддержания заданной температуры, в устройствах вентиляции, например, теплиц, парников и других помещений. Сущность изобретения: герметизированный корпус термодатчика содержит N соединенных между собой полостей, заполненных каждая парафинами различных марок, причем температура начального плавления последующей марки близка к температуре полного расплавления предыдущей, что обеспечивает широкий температурный диапазон применения. Для регулирования начальной температуры срабатывания устройства введен демпфирующий сильфон, своим днищем взаимодействующий с регулируемым задатчиком температуры, а задатчик, для обеспечения безаварийной работы, установлен на силовом пороговом элементе. Термодатчик соединен с исполнительной гидросистемой. Для передачи усилия используется общий эластичный наполнитель. Повышено быстродействие в работе за счет введения в полости корпуса радиаторных пластин. При повышении температуры эластичный наполнитель вытесняется в гидропривод, обеспечивая перемещение штока и связаной с ним нагрузки (форточки и т.д.). 6 ил.

ТЕРМОДАТЧИК, содержащий заполненный термочувствительным и эластичным наполнителями корпус, снабженный отверстием для соединения с гидросистемой и сильфоном из эластичного материала, сообщающимся открытым торцом с внутренним объемом корпуса, отличающийся тем, что в него введены упорный диск, регулируемый задатчик и силовой элемент, сильфон установлен с возможностью взаимодействия своим днищем с упорным диском, закрепленным на регулируемом задатчике, который установлен на пороговом силовом элементе, корпус разделен перегородками на N сообщающихся между собой равных по объему полостей, снабженных радиаторными пластинами, в качестве термочувствительных и эластичного наполнителей используются несмешиваемые вещества, при этом эластичным наполнителем заполнены сообщающиеся части полостей, а термочувствительные наполнители каждой полости обладают соответственно
t_пр = t_нп (i + 1),
где t_пр - температура полного расправления;
t_нп - температура начального плавления;
i = 1 ... (N - 1) - порядковый номер полости.