ТЕПЛОВОЙ ПРИВОД Российский патент 1996 года по МПК G01K5/44 

Изобретение относится к области физики, а именно к термочувствительным устройствам и может быть использовано при создании терморегуляторов прямого действия и устройств для измерения температуры.

Известны термочувствительные устройства типа биметаллических плоских элементов, дилактоскопических термометров, термобаллонов, действие которых основано на изменении геометрии этих устройств под действием теплового увеличения размеров их элементов или объема заполняющей их термочувствительной среды (а. с. NN 197220, 626364, 785661, 970130). К недостаткам этих устройство следует отнести их малую чувствительность, вызванную низким коэффициентом линейного или объемного расширения известных веществ, и вследствие этого необходимость введения преобразователей или усилителей выходного сигнала, усложняющих конструкцию регулирующих устройств.

Известен термометр по а.с. N 476458, содержащий шток в неподвижном кожухе, размещенном в сосуде, заполненном жидкостью и гранулами твердого вещества. Шток в этом устройстве перемещается под действием теплового расширения гранул. В этом термометре чувствительность увеличена за счет повышенного коэффициента объемного расширения твердого вещества гранул, который имеет конкретную величину, поэтому в заданных габаритах и выбранном диаметре штока чувствительность устройства не может быть повышена.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является датчик температуры по а. с. N 1332159, выбранный за прототип, содержащий корпус в виде гильзы с глухим дном, крышку с сальником, снабженную центральным сквозным отверстием, уплотнительную втулку переменного диаметра из упругого материала, в которой размещен шток, выполненный с возможностью осевого перемещения и установленный в полую телескопическую втулку, при этом замкнутый герметичный объем, образованный внутренней поверхностью гильзы наружной поверхностью уплотнительной втулки заполнен термоактивной средой.

К недостаткам это устройства относится низкая чувствительность. Известно, что чувствительность h (ход штока при единичном изменении температуры окружающей среды) в подобных устройствах определяется из соотношения h = Vβ/F, где V, β объем и коэффициент объемного расширения термоактивной среды, F диаметральная площадь штока. Из соотношения видно, что чувствительность практически может быть повышена только увеличением V или снижением F, однако увеличение объема термоактивной среды приводит к увеличению габаритно-весовых параметров устройства и его высокой инерционности, а снижение диаметра штока - к снижению устойчивости штока к осевым нагрузкам, возникающим в процессе прямого регулирования температуры.

Датчику температуры присущ и такой существенный недостаток как нелинейность зависимости чувствительности от температуры, вызванная тем, что для перемещения каждой секции телескопической втулки требуется различный тепловой прирост объема термоактивной среды, причем, исходя из соотношения для h, видно, что при повышении температуры чувствительность скачкообразно снижается, т. к. каждая последующая секция имеет больший диаметр, а следовательно, и большую диаметральную площадь F.

Необходимо также отметить, что полный ход штока в этом устройстве меньше длины корпуса на величину равную осевой длине наибольшей по диаметру секции.

К одному из недостатков датчика температуры можно отнести и усложненность конструкции за счет наличия телескопической втулки, каждая секция которой имеет уплотнение.

Целью настоящего изобретения является повышение чувствительности аналогов и датчика температуры по а.с N 1332159, а также устранение перечисленных выше недостатков.

Эта цель достигается тем, что в известном датчике температуры по а.с. N 1332159, содержащем заполненный термоактивной средой корпус в виде гильзы с глухим дном, крышку с уплотнением, шток, пропущенный в корпус через сквозное отверстие в крышке с возможностью осевого перемещения, шток выполнен в виде трубки, установленной на неподвижный стержень, скрепленный одним концом с дном гильзы, при этом между стержнем и штоком установлено дополнительное уплотнение.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен тепловой привод разрезе, при этом положение штока соответствует минимальной температуре.

Тепловой привод содержит корпус 1, крышку 2, термоактивную среду 3, шток 4 в виде тонкостенной трубки, установленный на стержень 5, жестко скрепленный с глухим дном корпуса 1, уплотнительные элементы 6 и 7, герметизирующие полость корпуса.

Тепловой привод работает следующим образом. При повышении температуры окружающей среды происходит расширение термоактивной среды 3, вызывающее увеличение давления в корпусе 1, которое воздействует на поверхность штока 4, в том числе и на его торцевую поверхность, расположенную в полости корпуса, что приводит к перемещению штока и выдвижению его из корпуса на величину, пропорциональную изменению температуры окружающей среды, при этом неподвижный стержень 5 в процессе работы устройства выполняет роль направляющей поверхности для штока 4 и одновременно является конструктивным элементом, позволяющим обеспечить повышение чувствительности.

Как сказано выше, чувствительность подобных устройств определяется из соотношения h = Vβ/F, где F диаметральная площадь штока, однако для заявляемого устройства диаметральная площадь штока представляет собой площадь кольца, наружный диаметр которого равен наружному диаметру штока 4, а внутренний диаметр наружному диаметру стержня 5. При этом очевидно, что при выбранном наружном диаметре штока, который определяет его жесткость при радиальных и осевых нагрузках, а также при заданных габаритах теплового привода его чувствительность может быть повышена путем снижения толщины стенки штока.

По изложенной конструктивной схеме изготовлен и испытан опытный образец теплового привода с объемом термоактивной среды 600 см³, наружным диаметром штока 0,95 см, наружным диаметром стержня 0,75 см. Чувствительность устройства при этом составила 1,6 см/^oС. ТТТ1

Использование: термочувствительные устройства, может применяться в терморегуляторах прямого действия и в устройствах для измерения температуры. Сущность изобретения: в корпусе в виде гильзы с глухим дном и крышкой с центральным сквозным отверстием пропущен шток с возможностью его осевого перемещения. Шток выполнен в виде трубки и установлен на стержне, жестко скрепленным одним концом с глухим дном гильзы. Полость корпуса герметизирована уплотнительными элементами и заполнена термоактивной средой. 1 ил.

Тепловой привод, содержащий заполненный термочувствительной средой корпус в виде гильзы с глухим дном, крышку с уплотнением, через сквозное отверстие которой пропущен шток с возможностью осевого перемещения, отличающийся тем, что шток выполнен в виде трубки, в осевом отверстии которой размещен стержень, жестко скрепленный одним концом с дном гильзы, при этом между штоком и стержнем введено дополнительное уплотнение.