ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ-ДАТЧИК Российский патент 2016 года по МПК H01B7/16 

Изобретение относится к противопожарной сигнализационной технике, в частности к термочувствительным кабелям-датчикам, применяемым в системах сигнализации о пожарах в авиации, химических реакторах, промышленных предприятиях.

Из уровня техники известны конструкции термочувствительных кабелей-датчиков с металлическими оболочками (1) и жилами-электродами (3), расположенными коаксиально и разделенными полупроводниковыми оксидными наполнителями (2) с отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления [Сучков В.Ф., Светлова В.И., Финкель Э.Э. / Жаростойкие кабели с минеральной изоляцией / Энергоатомиздат, 1984]. Такая конструкция приведена на фиг. 1.

При аварийном нагреве в любой точке кабеля-датчика общее электросопротивление между жилой и оболочкой уменьшается, т.к. все участки кабеля-датчика соединены параллельно и при достижении контрольной величины срабатывает сигнал противопожарной системы.

Недостатками такой конструкции кабеля-датчика являются невозможность определения места нагрева по длине кабеля-датчика, достигающей десятков метров, и наличие только одного сигнала о пожаре.

Указанный недостаток частично устраняется в случае применения нескольких жил-электродов разных длин [Авторское свидетельство №1166181 (Цыганков В.H., Долголенко В.Т.) 07.07.1985]. В этом случае появляется возможность определения зоны нагрева, но сигнал о пожарной ситуации остается один - изменение электросопротивления наполнителя, а при значительном нагреве электросопротивление резко падает и практически не изменяется. Таким образом, датчик работает только на стадии начала аварийного нагрева.

Ближайшим аналогом настоящего изобретения, по мнению заявителя, является термочувствительный кабель, известный из документа - Авторское свидетельство №773741 (Цыганков В.Н., Петров К.И. Сизенов Ю.М. Лобанов В.Н., Архаров В.А.), 23.10.1980. Повышение надежности за счет дублирования сигналов реализовано в конструкции термочувствительного кабеля-датчика, оболочки и жилы которого выполнены из металлов, способных образовывать термо-ЭДС между оболочкой и жилой. В этом случае наступление аварийного нагрева фиксируется двумя сигналами - по изменению электросопротивления и термо-ЭДС.

Однако эта конструкция не позволяет определить место появления аварийного нагрева. При необходимости контроля температуры и зоны повышения температуры в процессе аварийного нагрева такие конструкции малоэффективны.

Техническим результатом заявленного изобретения является расширение диапазона контролируемых температур, в том числе и в процессе аварийного нагрева (пожара) и функциональных возможностей кабеля-датчика - определение зоны нагрева при одновременном контроле температуры и дублирования сигналов при пожаре, что необходимо в авиационных противопожарных системах.

Технический результат достигается тем, что в термочувствительном кабеле-датчике, содержащем металлические оболочки и жилы-электроды с разрывами, разделенные полупроводниковым наполнителем с отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления, элементы электродов-жил выполнены из металлов и сплавов с разной энергией электронов, образующих попарно термопары в разных точках кабеля-датчика и являющихся источниками дополнительных сигналов термо-ЭДС в точках (зонах) аварийных нагревов.

Кабель-датчик может содержать жилы-электроды, образующие термопары как одного вида (например, медь/константановые), так и с целью расширения диапазона контролируемых температур комбинацию разных видов (например, платино/платино-родиевую, хромель/алюминиевую, железо/константановую).

В предлагаемой конструкции до аварийного нагрева кабель-датчик работает на терморезистивном эффекте (как линейный терморезистор) - электросопротивление наполнителей изменяется пропорционально изменению температуры, а во время аварийных нагревов (пожаров, когда электросопротивление наполнителей становится низким - ≤1 ом) предлагаемый кабель-датчик выдает сигналы по термопарному эффекту жил-термопар и жила-оболочка, а изменение температуры контролируется по изменениям: а) электросопротивлений жилы-жилы, б) электросопротивлений оболочка-жилы, в) по величине термо-ЭДС (между жилами и жилами-оболочкой), г) изменению диэлектрической проницаемости одного или нескольких сегнетоэлектрических слоев между коаксиальными оболочками. Уточнение зоны нагрева повышается при соединении отдельных термопар по схеме дифференциальной термопары.

На фиг. 2 показана конструкция предлагаемого в настоящем изобретении кабеля-датчика, в котором коаксиальная металлическая оболочка (1) и жилы-термопары (3, 4, 5) с разрывами в заданных зонах контроля температур отделены полупроводниковым наполнителем (2) с отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления.

Для получения дополнительного дублирующего сигнала о возникновении аварийного нагрева по изменению электрической емкости кабель-датчик содержит 2 металлические коаксиальные оболочки (1), между которыми находится сегнетоэлектрический наполнитель (2) и жилы-термопары с разрывами (3, 4, 5), разделенные порошковым холоднопрессованным оксидным полупроводниковым наполнителем (6) - фиг. 3.

Жилы образуют термопары, роль спая в которых выполняет слой полупроводникового наполнителя, находящийся в местах разрыва и при аварийном нагреве имеющий низкое электросопротивление. Части жил-электродов изготавливаются попарно из металлов и сплавов - медь/константан, никель-хром/константан, платин-платинородий.

Термочувствительный кабель-датчик как противопожарный извещатель может устанавливаться по периметру теплонапряженных объектов (например, авиационных двигателей) разных мощностей и типов, имеющих рабочие температуры до 300°C или 600°C, а превышение контрольной температуры служит сигналом аварийной ситуации.

Для контроля аварийных температур при превышении 300°C термочувствительный кабель-датчик содержит коаксиальную оболочку, выполненную из меди, отделенную термочувствительным наполнителем оксидом церия от константановых и медных жил-электродов, которые при аварийном нагреве образуют медь-константановую термопару, роль спая в которой выполняет оксид церия.

А для контроля аварийных температур при превышении 600°C термочувствительный кабель-датчик содержит внешнюю оболочку из жаростойкой стали, коаксиальный слой сегнетоэлектрического наполнителя титаната кальция, внутреннюю коаксиальную оболочку, выполненную из железа или платины, отделенную термочувствительным наполнителем оксидом лантана от константановых и/или платино-родиевых электродов.

На фиг. 4 показаны зависимости при нагреве: (а) изменения электросопротивлений между жилами-электродами (1, 2, 3) и жилами-оболочкой (4, 5); (б) изменения термо-ЭДС между жилами-термопарами и жилами-оболочкой; (в) изменения емкости между внешней и внутренней коаксиальными оболочками.

В качестве сегнетоэлектрических наполнителей могут быть использованы двойные оксиды PbTiO₃, SrTiO₃, их твердые растворы, легированные PbO, La₂O₃, Sb₂O₃. Наполнителями с отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления могут служить полупроводниковые оксидные фазы в виде простых оксидов СеО₂, ZrO₂, Sm₂O₃, двойных оксидов CuAl₂O₄, MgCu₃O₄ или их композиций. Такие составы широко применяются при производстве терморезисторов и позисторов (Мэклин Э.Д. Терморезисторы - М.: Радио и связь, 1983. - 205 с.; Медведев Ф. и др. / Керамические полупроводниковые нелинейные резисторы / Электроника. Наука. Технология. Бизнес / 2002, №6, с. 10-12).

Изобретение относится к противопожарной сигнализационной технике и может быть использовано в системах сигнализации о пожарах в авиации, химических реакторах, промышленных предприятиях, и представляет собой термочувствительный кабель-датчик, содержащий коаксиальные металлические оболочки (1) и жилы-электроды (3,4,5) с разрывами, разделенные полупроводниковым наполнителем (2) с отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления, при этом элементы жил-электродов выполняются из металлов и/или сплавов с разной энергией электронов, образующих попарно термопары в заданных точках кабеля-датчика и являющихся источниками дополнительных сигналов - термо-ЭДС при аварийных нагревах. Изобретение обеспечивает расширение диапазона контролируемых температур, в том числе и в процессе аварийного нагрева (пожара) и функциональных возможностей кабеля-датчика - определение зоны нагрева при одновременном контроле температуры и дублирования сигналов при пожаре, что необходимо в авиационных противопожарных системах. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Термочувствительный кабель-датчик, содержащий коаксиальные металлические оболочки и жилы-электроды с разрывами, разделенные полупроводниковым наполнителем с отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления, отличающийся тем, что элементы жил-электродов выполняются из металлов и/или сплавов с разной энергией электронов, образующих попарно термопары в заданных точках кабеля-датчика и являющихся источниками дополнительных сигналов - термо-ЭДС при аварийных нагревах.

2. Термочувствительный кабель-датчик по п. 1, отличающийся тем, что содержит коаксиальную оболочку, выполненную из меди, отделенную термочувствительным наполнителем оксидом церия от константановых и медных жил-электродов, которые при аварийном нагреве образуют медь-константановую термопару, роль спая в которой выполняет оксид церия.

3. Термочувствительный кабель-датчик по п. 1, отличающийся тем, что содержит внешнюю оболочку из жаростойкой стали, коаксиальный слой сегнетоэлектрического наполнителя титаната кальция, внутреннюю коаксиальную оболочку, выполненную из железа или платины, отделенную термочувствительным наполнителем оксидом лантана от константановых и/или платино-родиевых электродов.