ТЕРМОПАРА Российский патент 2006 года по МПК G01K7/02 

Описание патента на изобретение RU2289107C2

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в схемах, использующих нагрев спая термопары, например, для определения скорости однофазного потока жидкости.

Известен датчик для измерения скорости, содержащий спай термопары и нагреватель, отделенный от нагреваемого спая через электроизолятор (Б.И.Леончик, В.П.Маякин Измерение в дисперсных потоках, М.: Энергоатомиздат, 1981, с.92). Основной недостаток термопары заключается в том, что она имеет большую инерционность, в том числе и за счет наличия электроизоляционного слоя между спаем термопары и отдельным нагревателем. Конструкция термопары сложна из-за наличия элементов электроизоляции, отдельного нагревателя. Рабочие температуры ограничены свойствами электроизоляции и не превышают 200-250°С.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является термопара, содержащая термоэлектроды, с одной стороны образующие спай, а с другой через узел разводки, подсоединительные провода подключенные к источнику питания и через узел разводки и термоэлектродные провода к измерителю термоЭДС (Б.И.Леончик, В.П.Маякин Измерение в дисперсных потоках, М.: Энергоатомиздат, 1981, с.92).

Основной недостаток аналога заключается в том, что условие Rсп.≫Rп.п. может быть обеспечено на небольшом участке измерения (расстояние от спая до узла разводки), где

Rсп. - сопротивление спая;

Rп.п. - электрическое сопротивление подсоединительных проводов.

В таблице приведено сопротивление спая и подсоединительных проводов. Диаметр спая выбран равным 0,05 мм и 0,1 мм, диаметр подсоединительных проводов 1 мм. Длина подсоединительных проводов принята равной 0,1 м. Как видно из таблицы, при диаметре спая 0,05 мм сопротивление подсоединительных проводов соизмеримо с сопротивлением спая, при диаметре спая 0,1 мм сопротивление подсоединительных проводов выше сопротивления спая.

Таблица. Сопротивление подсоединительных проводов и спаев при t=20°C.

проводL, мро, Ом·мd, мR, ОмRсумм, ОмCu0,11,70Е-080,0012,17Е-036,59Е-02Константан0,15,00Е-070,0016,37Е-02спай 0,05 ммL, мро. Ом·мd. мR, ОмRсумм, ОмCu0,000051,70Е-085Е-054,33Е-041,32Е-02Константан0,000055,00Е-075Е-051,27Е-02спай 0,1 ммL, мро, Ом·мd, мR, ОмRсумм, ОмCu0,00011,70Е-081Е-042,17Е-046,59Е-03Константан0,00015,00Е-071Е-046,37Е-03

В этом случае работа термопары не обеспечивается. Поскольку часть термопары, находящейся на участке измерения, может быть достаточно длинной, в ней будет выделяться большое количество тепла. Это тепло влияет как на точность измерений, так и на живучесть термопары. В конечном итоге термопара просто выйдет из строя из-за перегрева - сгорит. Кроме того, невозможно обеспечить большую плотность теплового потока на спае и, соответственно, большую чувствительность датчика. Последнее связано с тем, что при пропускании большого тока на участке спай - подсоединительные провода (до узла разводки) выделяется большое количество тепла. Выделение большого количества тепла может привести к выходу датчика из строя, кроме того, переток тепла по подсоединительным проводам изменяет тепловой поток на спае, затрудняет интерпретацию результатов, снижает точность результатов.

Кроме того, малый диаметр спая снижает надежность работы термопары, увеличивает вероятность выхода ее из строя. Таким образом, термопара, описанная в аналоге, может быть выполнена в лабораторных условиях, когда участок измерения мал, нет необходимости защиты термопары от измерительной среды (вода, пар при высоких давлениях и температурах).

Предлагается термопара, содержащая термоэлектроды, с одной стороны образующие спай, а с другой через узел разводки подсоединительные провода, подключенные к источнику питания и через узел разводки и термоэлектродные провода к измерителю термоЭДС

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении точности измерения скорости, надежности работы термопары и увеличении участка измерения, что обеспечивается тем, что термоэлектроды через дополнительные спаи, образованные термоэлектродами и дополнительными подсоединительными проводами, подключены к дополнительным подсоединительным проводам, а через них к узлу разводки, причем сопротивление термоэлектродов, образующих спай, намного больше сопротивления дополнительных подсоединительных проводов, Rт.п.≫Rп.п.,

где Rт.п. - электрическое сопротивление термоэлектродов;

Rп.п. - электрическое сопротивление дополнительных подсоединительных проводов.

Достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и точности измерений, обеспечивается тем, что Rт.п.≫Rп.п. Благодаря выполнению этого условия на участке от дополнительных спаев, образованных термоэлектродами и дополнительными подсоединительными проводами, до узла разводки выделяется намного меньше тепла по сравнению с полезным теплом, выделяемым на участке спай, термоэлектроды, дополнительные спаи. Это тепло идет на формирование полезного сигнала. Выполнение этого условия позволяет практически исключить нагрев в дополнительных подсоединительных проводах и, соответственно, исключить влияние нагрева на точность показаний термопары и ее надежность и работоспособность.

Достижение технического результата, заключающегося в увеличении участка измерения, обеспечивается тем, что Rт.п.≫Rп.п. Выполнение этого условия позволяет практически исключить нагрев на участке от дополнительных спаев, образованных термоэлектродами и дополнительными подсоединительными проводами, до узла разводки. Поскольку в дополнительных подсоединительных проводах выделяется малое количество тепла, длину дополнительных подсоединительных проводов на участке измерения (до узла разводки) можно выполнить достаточно большой. За счет увеличения длины дополнительных подсоединительных проводов на участке от дополнительных спаев до узла разводки участок измерения может быть выполнен достаточно большим, при этом зона нагрева, включающая в себя спай, термоэлектроды и два дополнительный спая, остается без изменений. На фиг.1 показано схематичное изображение термопары. Термопара состоит из спая 1, образуемого термоэлектродами 2 (хромель) и 3 (копель) и спаями 12 и 13, образуемыми термоэлектродами 2 и 3 и дополнительными подсоединительными проводами 14 (медь). Спаи 1, 12 и 13 и термоэлектроды 2 и 3 образуют цепь нагрева. Цепь (зона) нагрева (электрическая цепь 1-2-12-13-3) выполнена из материала с большим удельным электрическим сопротивлением, слабо зависящим от температуры (хромель-копель). Цепь нагрева последовательно через дополнительные подсоединительные провода 14, узел разводки 6 и подсоединительные провода 9 подключена к источнику питания 11. Измерительная цепь (цепь 1-2-12-13-3) через дополнительные подсоединительные провода 14, узел разводки 6 и термоэлектродные (компенсационные) 7 (хромель) и 8 (копель) провода подключены к измерителю термоЭДС 10. Термоэлектроды 2 и 3, спаи 1, 12, 13 и дополнительные подсоединительные провода 14 помещаются в капилляр 4, спай 1 приваривается к оболочке капилляра 4, далее капилляр обжимается до необходимого размера и подсоединяется к узлу разводки. Термопара работает следующим образом. Термопара помещается в канал (узел разводки на воздухе), где производят измерение скорости жидкости (термопара устанавливается либо нормально к набегающему потоку, либо навстречу потоку). Измеряют температуру жидкости. Нагревают зону нагрева за счет пропускания тока от источника питания 11 через подсоединительные провода 9, узел разводки 6, дополнительные подсоединительные провода 14, спай 12, термоэлектроды 2 и 3, спай 1, спай 13. Поддерживают ток через термопару на некотором фиксированном уровне. Измеряют термоЭДС. Отключают источник питания. Измеряют термоЭДС при отключенном источнике, определяют разность термоЭДС при включенном и отключенном источнике питания ΔЕ=Eq0, где Eq и Е0 - термоЭДС термопары при подключенном и отключенном источнике питания. Далее на основе предварительно полученной путем градуировки зависимости ΔЕ=f(W) определяют скорость потока, где W - скорость потока. Зависимость показаний термопары без нагрева спая показана на фиг.2. Зависимость ΔЕ=f(Т) получена на специальной градуировочной установке, позволяющей создавать нагрев термопары до определенной температуры. В качестве примера рассмотрим определение скорости воды в трубе. Датчик размещался навстречу потоку. Характеристики термопары - сопротивление цепи нагрева 1,2 Ом (хромель, копель диаметр проводов 0,2 мм), подсоединительные провода 6 выполнены из медных проводов в изоляции диаметром 1 мм, дополнительные подсоединительные провода 14 выполнены из медных проводов диаметром 1 мм в изоляции и сопротивлением Rп.п.=0,05 Ом. Провода помещены в капилляр и обжаты, наружный диаметр 3 мм, спай 1 приварен к капилляру и уменьшен до 0,5 мм. Измерения показали, что датчик позволяет создать интенсивный локальный нагрев спая, обеспечивающий высокую чувствительность при измерении скорости в широких пределах (1-10 м/с).

Похожие патенты RU2289107C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ЖИДКОСТИ В СТАЦИОНАРНЫХ И ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ 2005
  • Болтенко Эдуард Алексеевич
  • Шаров Виктор Петрович
RU2295730C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ 2006
  • Болтенко Эдуард Алексеевич
  • Шаров Виктор Петрович
RU2320999C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТИННОГО ЛОКАЛЬНОГО ОБЪЕМНОГО ПАРОСОДЕРЖАНИЯ 2007
  • Болтенко Эдуард Алексеевич
  • Болтенко Дмитрий Эдуардович
RU2337350C1
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ (ВАРИАНТЫ), ТЕРМОПАРНЫЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПО ПЕРВОМУ ВАРИАНТУ, СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОБХОДИМОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ПОВЕРКИ ИЛИ КАЛИБРОВКИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 2009
  • Каржавин Андрей Викторович
  • Каржавин Владимир Андреевич
RU2403540C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ РАЗДЕЛА ФАЗ В КАНАЛАХ 2012
  • Болтенко Эдуард Алексеевич
  • Шаров Виктор Петрович
RU2506544C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ 2003
  • Болтенко Э.А.
  • Шаров В.П.
  • Глазырин П.С.
  • Болтенко Д.Э.
  • Цой В.Р.
RU2244310C1
Способ и устройство для изготовления термостолбиков 2023
  • Галюк Олег Степанович
  • Долгов Александр Константинович
  • Платонов Анатолий Петрович
  • Сметанина Людмила Викторовна
  • Ярошенко Николай Николаевич
RU2821245C1
Устройство для измерения температуры металлических поверхностей 1980
  • Хруслов Иван Владимирович
  • Гаркушенко Виктор Александрович
  • Цопик Юрий Николаевич
  • Жаботинский Николай Петрович
SU922533A1
Способ определения температурного поля 1989
  • Галкин Лев Алексеевич
  • Березненко Николай Петрович
  • Скрипник Юрий Алексеевич
  • Глазков Леонид Александрович
SU1765716A1
УНИВЕРСАЛЬНАЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА БЕЛАШОВА 2009
  • Белашов Алексей Николаевич
RU2414041C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 289 107 C2

Реферат патента 2006 года ТЕРМОПАРА

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к схемам, использующим нагрев спая термопары. Технический результат - повышение точности измерения температуры. Для достижения данного результата термоэлектроды, образующие спай, подключены к узлу разводки со стороны спая через соединительные провода. При этом сопротивление термоэлектродных проводов, образующих спай, намного больше сопротивления соединительных проводов. 2 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 289 107 C2

Термопара, содержащая термоэлектроды, с одной стороны образующие спай, а с другой через узел разводки - подсоединительные провода, подключенные к источнику питания и через узел разводки и термоэлектродные провода к измерителю термоЭДС, отличающаяся тем, что термоэлектроды через дополнительные спаи, образованные термоэлектродами и дополнительными проводами, подключены к дополнительным подсоединительным проводам, а через них к узлу разводки, причем сопротивление термоэлектродов, образующих спай, намного больше сопротивления подсоединительных проводов:

Rт.п.≫Rп.п.,

где Rт.п. - электрическое сопротивление термоэлектродов;

Rп.п - электрическое сопротивление дополнительных подсоединительных проводов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2289107C2

Леончик Б.И., Маякин В.П
Измерение в дисперсных потоках
- М.: Энергоатомиздат, 1981, с.92
Термопара 1980
  • Чиркин Вадим Михайлович
  • Панасюк Иван Осипович
  • Разуваев Евгений Иванович
  • Гранаткин Юрий Александрович
  • Дробышев Андрей Иванович
  • Скорочкин Анатолий Иванович
  • Кузьмин Виктор Александрович
  • Ракицкий Анатолий Николаевич
  • Горбань Виктор Федорович
  • Жуков Лев Лукич
  • Мехед Григорий Нестерович
  • Перфильев Юрий Тимофеевич
SU866421A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ СПАЯ И ПРОВОДНИКОВ ТЕРМОПАРЫ 0
  • Г. Е. Первушин, В. А. Мишин Е. М. Давыдов
SU386274A1
Датчик давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости 1982
  • Щербатенко Игорь Вадимович
  • Ханкин Валерий Павлович
  • Шапиро Анатолий Семенович
  • Сапрыкина Любовь Петровна
SU1078131A1
US 4343961 А, 10.08.1982
Преображенский В.П
Теплотехнические измерения и приборы
М.: Энергия, 1978, с.704.

RU 2 289 107 C2

Авторы

Болтенко Дмитрий Эдуардович

Кирин Николай Николаевич

Болтенко Эдуард Алексеевич

Шаров Виктор Петрович

Даты

2006-12-10Публикация

2004-07-29Подача