Многотемпературный необратимый термоиндикатор с термоиндикаторной шкалой и дополнительным большим термочувствительным элементом Российский патент 2025 года по МПК G01K11/18 G01K11/16 G01K11/06 G09F3/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области термоиндикаторных устройств, представляющих из себя многотемпературные необратимые термоиндикаторы, предназначенные для выявления факта нагрева контролируемого элемента выше нескольких заданных пороговых температур, содержащие:

- несколько малых термочувствительных элементов (МТЭ), образующих термоиндикаторную шкалу,

- по меньшей мере один большой термоиндикаторный элемент (БТЭ), выделяющийся среди МТЭ за счет своего размера.

Уровень техники

Повышение температуры - один из первых и самых частых признаков развития дефектов различного оборудования, таких как рост переходного контактного сопротивления в электроэнергетике, межвитковые замыкания в обмотке электродвигателей, выход из строя зарядных устройств или аккумуляторов в бытовых приборах, нарушения в работе подшипников в механике. Своевременное выявление таких перегревов позволяет устранить неисправность и не допустить выхода оборудования из строя, отключений или пожаров. В технических и нормативных документах установлены предельно допустимые температуры, нагрев выше которых следует рассматривать как дефект, требующий вывода оборудования в ремонт (например, РД 34.45-51.300-97, РД 153-34.0-20.363-99, ГОСТ 8865-93, 8024-90, 10693-81, 2213-79, 10434-82, 16708-84, 2585-81, 32397-2020, 26346-84, 839-2019, ГОСТ Р 51321.1-2007 и др.).

В настоящее время среди известных видов контроля температуры широкое применение приобрел термоиндикаторный контроль. Метод основан на использовании термоиндикаторов, позволяющих визуально выявить факт происходящего и/или происходившего нагрева выше пороговой температуры. Пороговая температура задается при изготовлении термоиндикатора и определяется природой (структурой) материала, из которого выполнен термочувствительный элемент (ТЭ). Термоиндикаторы могут быть выполнены в виде лаков и красок, или устройств, содержащих термочувствительные компоненты (например, наклейки, клипсы, наконечники и т.п.).

Преимуществами использования термоиндикаторных устройств по сравнению с термокрасками и термолаками являются отсутствие прямого контакта поверхности объекта контроля с термочувствительным компонентом, возможность применения в одном устройстве нескольких компонентов с разными пороговыми температурами, а также возможность указания на таком устройстве дополнительной информации (например, о температуре срабатывания, сроке окончания эксплуатации, маркировки и пр.). Кроме того, точность регистрации нагрева на термоиндикаторных устройствах выше, чем у лаков и красок, поскольку термочувствительный компонент наносится в заводских условиях.

Термоиндикаторы могут быть обратимыми, то есть изменяющими внешний вид только в нагретом состоянии и возвращающимися к исходной окраске при охлаждении, и необратимыми - изменяющими внешний вид после превышения заданной температуры и сохраняющими измененный внешний вид после охлаждения.

Особенностью обратимых термоиндикаторов является то, что они позволяют проинформировать только о текущем перегреве, то есть о превышении пороговых значений температуры в момент осмотра.

Необратимые термоиндикаторы позволяют выявить факт превышения пороговой температуры за все время эксплуатации, независимо от значения температуры нагрева в момент осмотра.

Необратимые термоиндикаторы могут быть выполнены в однотемпературном и многотемпературном вариантах. Однотемпературные термоиндикаторы позволяют зафиксировать факт превышения одной пороговой температуры. Такой температурой может быть, например, предельно допустимая температура контролируемого элемента. Однотемпературные термоиндикаторы предельно просты в эксплуатации, а также в интерпретации результатов теплового контроля, но позволяют проинформировать персонал только о возникновении перегрева выше заданной температуры. При использовании однотемпературных термоиндикаторов после выявления факта срабатывания необходимо провести дополнительное тепловизионное или иное обследование для установления причины срабатывания термоиндикатора, степени развития дефекта и т.п.

В зависимости от типа контролируемой поверхности и цели температурного контроля однотемпературные термоиндикаторы могут подбираться таким образом, чтобы фиксировать:

- факт ввода оборудование в эксплуатацию;

- возникновение дефекта;

- развитие дефекта;

- аварийный нагрев;

- пожароопасный нагрев и т.п.

Однако в каждом из этих случаев однотемпературный термоиндикатор может решать только одну из поставленных задач. При этом невозможно проследить динамику развития нагрева (дефекта) до и после срабатывания однотемпературного термоиндикатор а и оценить состояние объекта.

Например, в случае контроля первичного ввода в эксплуатацию, однотемпературный термоиндикатор даст только ответ на вопрос о факте запуска, но не зафиксирует возникновение дефекта.

В случае контроля однотемпературным термоиндикатором предельно допустимой температуры срабатывание термоиндикатора свидетельствует об аварийном дефекте, но не позволяет выявить ранние стадии дефекта, а также определить насколько возникший дефект является опасным для продолжения эксплуатации.

Поэтому для более глубокого анализа состояния контролируемого узла необходимо использовать необратимые многотемпературные термоиндикаторы. Необратимые многотемпературные термоиндикаторы имеют термоиндикаторную шкалу, представленную несколькими ТЭ, необратимо изменяющими внешний вид при разных температурах. Термоиндикаторная шкала позволяет с заданной точностью определить, до какой максимальной температуры нагревался контролируемый элемент в процессе эксплуатации. Это позволяет отследить динамику развития дефекта во времени, обеспечить возможность сравнения максимальных температур нагрева идентичных деталей (узлов) оборудования, определить избыточную температуру, коэффициент дефектности и стадию развития дефекта. Примерами таких термоиндикаторов могут служить многотемпературные термоиндикаторные наклейки (ТИН), в которых ТЭ нанесены с образованием термоиндикаторной шкалы, подобной термометру, в частности, необратимые термоиндикаторы "Testoterm", "Thermindex", "Brady, "L-Mark". Также известны многотемпературные термоиндикаторы плавления, в которых чередуются ТЭ с различными температурами (RU 2801907 С1, опубликовано 18.08.2023).

Однако использование описанных многотемпературных термоиндикаторов усложняет процесс выявления дефектов из-за необходимости анализа результатов срабатывания термоиндикаторов. В конечном счете это приводит к увеличению времени обработки результатов, возникновению ошибки при интерпретации сработавших термоиндикаторов, а также необходимости специального обучения специалистов, осматривающих такие термоиндикаторы.

Для упрощения анализа результатов срабатывания многотемпературных термоиндикаторов зачастую используют следующую логику: отсутствие срабатывания ТЭ свидетельствует об отсутствии дефекта; частичное срабатывание ТЭ свидетельствует о развитии дефекта; срабатывание всех ТЭ свидетельствует об аварийном дефекте (Львов М.Ю., Лесив А.В. Термоиндикаторный контроль контактов и контактных соединений электрооборудования и линий электропередачи. М.: НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик», 2023. С. 62; Львов М.Ю., Никитина С.Д., Львов Ю.Н., Лесив А.В. О стандартизации требований к термоиндикаторному контролю состояния контактов и контактных соединений при эксплуатации электроустановок // Энергия единой сети. 2023. №1 (68). С. 67-74). Однако такой подход имеет ряд недостатков: при его использовании невозможно установить насколько сильно нагревалось оборудование после достижения наибольшей допустимой (аварийной) температуры, представляет ли оборудование опасность для персонала в момент осмотра, какая была причина дефекта, в каком объеме требуется ремонт и прочее (фиг. 2).

Другим подходом к упрощению интерпретации результатов срабатывания многотемпературных термоиндикаторов является использование термоиндикаторов с различными цветовыми переходами.

Примером реализации такого подхода может служить термоиндикатор обратимого действия "Светофор", имеющий один ТЭ, который в зависимости от температуры изменяет цвет с зеленого на желтый и при дальнейшем повышении температуры на красный, а при охлаждении происходит обратный переход цветов (https://markerpro.ru/product/termoindikator-dlya-goryachih-poverhnostej-svetofor-hallcrest-traffic-light/). Особенностью данного решения, ограничивающей его использование, в частности, в областях электроэнергетики, является обратимость срабатывания, не позволяющая выявить факт перегрева за все время эксплуатации, а информирующее только о нагреве в момент нагрева.

Известны термоиндикаторные наклейки, содержащие три ТЭ, при срабатывании которых проявляется цвет основы под соответствующим материалом, при этом основа под каждым материалом окрашена в свой цвет (зеленый, желтый, красный или красный, синий, бордовый) (https://www.nichigi.co.jp/en/en_products/temperature_ top/durable_en_samo/new3E.html). Однако использование для каждого из ТЭ своего цвета не позволяет сделать акцент на определенной температуре срабатывания.

Представляет интерес объединить в одном термоиндикаторе простоту интерпретации результатов срабатывания однотемпературного термоиндикатор а и информативность многотемпературного. Для решения этой задачи предлагается использовать термоиндикатор, содержащий термоиндикаторную шкалу и дополнительный, выделяющийся на фоне термоиндикаторной шкалы ТЭ. Термоиндикаторная шкала позволяет анализировать состояние оборудования, причины срабатывания термоиндикатора, делать выводы о динамике развития дефекта, причинах дефекта, максимальной температуре нагрева и т.п.. А дополнительный выделяющийся ТЭ позволяет однозначно проинформировать персонал об особом состоянии оборудования, требующего повышенного внимания и/или принятия специальных мер (отключение, анализ шкалы индикатора, дополнительная диагностика и т.п.).

В настоящем изобретении предлагается решение поставленной задачи за счет использования ТЭ различного размера. Большой термочувствительный элемент (БТЭ), является наиболее заметным при первичных осмотрах и срабатывает при некоторой контрольной температуре, требующей реакции оперативного персонала. Малые термочувствительные элементы (МТЭ) формируют термоиндикаторную шкалу и позволяют уточнить температуру нагрева при более детальном анализе.

Примером использования такого подхода может служить термохимический индикатор, описанный в изобретении US11821798B2, 21.10.2023, в котором при срабатывании происходит травление металлической подложки, приводящее к изменению цвета. В исходном состоянии состав травления отделен от металлической подложки барьерным материалом разной толщины и состава и подбирается таким образом, чтобы обеспечивать контакт пассивного и активного компонентов при превышении пороговой температуры в течение определенного промежутка времени. При этом индикатор имеет несколько термочувствительных областей, размер которых пропорционален времени воздействия повышенной температуры. Аналогичным образом построен коммерческий термоиндикатор "WarmMark" (http://www.warmmark.ru/warmmark/), предназначенный для экспресс-контроля соблюдения температурного режима при временном хранении и транспортировке термолабильной продукции и выбранный в качестве прототипа. Лицевая панель этого термоиндикатора имеет три окна малое, среднее и большое, последовательно окрашивающиеся в красный цвет при превышении температуры срабатывания на 2 градуса выше температуры активации. Если температура возвращается в пределы нормы, окрашивание приостанавливается. Принцип действия термоиндикатора основан на термохимической реакции внутреннего красителя при увеличении температуры выше значений, установленных заводом-изготовителем. Он позволяет выявить примерное время воздействия высокой температуры. Срабатывание малого окна свидетельствует о кратковременном нарушении температурного режима (от 0,5 до 2 часов), срабатывание большого окна о длительном превышении температуры (от 8 до 48 часов). Пороговые температуры всех трех окон являются одинаковыми, а длительное время срабатывания не позволяет использовать данный термоиндикатор в технике, поскольку нагрев может иметь кратковременный характер.

Также известны термоиндикаторы MonitorMark компании 3М (https://fleetservice.ru/wp-content/uploads/2020/07/3m_Cold.pdf) для контроля температурного режима холодовой цепи. При воздействии температуры, превышающей заданное значение, химическое вещество в резервуаре плавится, и начинает течь вдоль ленты. Таким образом, окрашивание синим цветом сначала проявляется у левого края первого смотрового окошка, и постепенно движется слева направо, к концу ленты. Скорость движения синего окрашивания зависит от температуры. Любое появление окрашивания синим цветом в первом окошке индикатора сигнализирует, что заданный температурный порог был превышен. Путь, пройденный окраской («время записи») по окошкам индикатора позволяет оценить максимальное время воздействия температуры, превышающей пороговую. При этом, краткое воздействие относительно высокой температуры дает окраску, сравнимую с более длительным воздействием более низкой температуры.

Однако несмотря на то, что описываемые решения содержат ТЭ разной площади, такие термоиндикаторы предназначены для контроля времени воздействия повышенной температуры. Упомянутые выше термоиндикаторы предназначены для контроля температурного режима холодовой цепи (температурного режима хранения замороженной продукции). Все ТЭ таких индикаторов имеют одинаковую температуру срабатывания (подобно однотемпературному термоиндикатору).

Тем самым, из уровня техники неизвестны решения, объединяющие одно- и многотемпературные термоиндикаторы с простотой интерпретацией результатов и сохранением информативности многотемпературного контроля.

Таким образом, существует потребность в создании необратимого многотемпературного термоиндикатора для выявления факта нагрева контролируемого элемента выше нескольких заданных пороговых температур, содержащего два и более малых ТЭ, образующих термоиндикаторную шкалу, и один большой ТЭ, выделяющийся среди малых ТЭ за счет своего размера.

Термины, определения и сокращения, используемые при описании настоящего изобретения

Следующие термины, определения и сокращения, используемые при описании настоящего изобретения, предназначены для лучшего и более точного понимания настоящего изобретения, однако не ограничивают данное изобретение указанными формулировками.

Термин «термоиндикатор» - устройство, изменяющее свой внешний вид (в частности, цвет) при нагреве выше одной или нескольких пороговых температур. Обычно термоиндикатор состоит из основы, предназначенной для закрепления термоиндикатора на контролируемой поверхности, и расположенных на лицевой стороне основы одного или нескольких термочувствительных элементов (ТЭ), изменяющих внешний вид при нагревании.

К однотемпературным термоиндикаторам относят термоиндикаторы, имеющие один ТЭ или несколько ТЭ, которые срабатывают при достижении одной пороговой температуры.

К многотемпературым термоиндикаторам относят термоиндикаторы, имеющие несколько ТЭ, отличающихся по температуре срабатывания (пороговой температуре).

Термин «необратимый» определяет термоиндикаторы, которые после нагревания до температуры срабатывания визуально изменяют внешний вид, в частности - окраску, таким образом, что после охлаждения ниже температуры срабатывания не происходит возвращения их внешнего вида к виду, визуально неотличимому от исходного.

Термин «термочувствительный элемент (ТЭ)» включает в себя элемент термоиндикатора, обеспечивающий изменение внешнего вида термоиндикатора при достижении пороговой температуры. В состав ТЭ может входить одно или несколько веществ. При достижении пороговой температуры ТЭ может изменять свой цвет или свою прозрачность. В последнем случае визуальный эффект срабатывания термоиндикатора обуславливается проявлением цвета основы, расположенной под ТЭ. Изменение цвета или прозрачности ТЭ при достижении пороговой температуры может происходить за счет протекания химической реакции, плавления одного или нескольких веществ, иных фазовых переходов, а также более сложных процессов. ТЭ также может дополнительно включать в себя твердые или газообразные включения, расположенные в объеме термочувствительного компонента; опорные элементы; впитывающий материал, на который нанесен термочувствительный компонент.

В настоящем изобретении предпочтительным является использование ТЭ, действие которых основано на изменении внешнего вида при плавлении, в частности, на изменении прозрачности. Однако изобретение не ограничивается применением только таких компонентов, и ТЭ могут быть выполнены с использованием компонентов другого принципа действия.

Термины «малый термочувствительный элемент (МТЭ)» и «большой термочувствительный элемент (БТЭ)» являются относительными и определяются площадью ТЭ. Применительно к настоящему изобретению площадь БТЭ не менее чем в два раза превышает площадь МТЭ. Преимущественно МТЭ имеют сопоставимые значения площадей и различаются не более чем на 20%. В каждом из МТЭ могут использоваться термочувствительные компоненты преимущественно одинакового принципа действия. Для МТЭ и БТЭ допускается использование ТЭ, основанных на различных принципах действия, если это требуется для обеспечения необходимых технических характеристик. Исходная окраска и цветовой переход МТЭ и БТЭ преимущественно совпадают, однако могут различаться в зависимости от назначения термоиндикатора. Преимущественно МТЭ располагаются на термоиндикаторе таким образом, что образуют термоиндикаторную шкалу.

"Термоиндикаторная шкала" включает в себя совокупность двух и более ТЭ (ТЭ₁, ТЭ₂ … ТЭ_n), имеющих различные пороговые температуры (температуры срабатывания) - T₁, Т₂ … T_n соответственно), расположенные на термоиндикаторе последовательно в порядке увеличения температуры срабатывания.

Пороговая температура минимальное значение температуры нагрева термоиндикатора в течение времени, необходимого для достижения равновесного (не изменяющегося во времени) состояния, при котором происходит изменение внешнего вида ТЭ данного термоиндикатора.

Под "Цветовым переходом термочувствительного элемента" понимается изменение цвета термоиндикатора при срабатывании ТЭ, причем при описании цветового перехода сначала указывается цвет до срабатывания, а потом после. Например, про ТЭ, который в исходном состоянии окрашен в белый цвет (непрозрачное состояние), а после срабатывания переходит в прозрачное состояние, проявляющее цвет расположенной под ним черной основы, говорят, что его цветовой переход белый - черный. В ряде случаев либо на ТЭ либо на основу, расположенную под ТЭ, могут быть нанесены надписи, обозначающие, например, численное значение пороговой температуры срабатывания ТЭ, или сигнальные символы. В этом случае под цветом ТЭ до или после срабатывания понимается цвет фона, на которой нанесены такие надписи или символы, либо цветовой переход основной площади ТЭ.

Изменение внешнего вида термоиндикатора или ТЭ, произошедшее исключительно вследствие нагрева до любого из возможных пороговых значений температуры, называют «срабатыванием». В контексте описания настоящего изобретения срабатывание термоиндикатора, предпочтительно, связано с увеличением прозрачности, достигаемой за счет расплавления вещества или группы веществ, входящих в состав ТЭ.

Изменение внешнего вида термоиндикатора, в частности, окраски и/или прозрачности ТЭ, произошедшее вследствие внешнего воздействия, отличного от нагрева термоиндикатора выше соответствующих пороговых значений температуры, называют «ложным срабатыванием термоиндикатора».

«Термоиндикаторная наклейка (ТИН)» - устройство, представляющее собой термоиндикатор, выполненный с возможностью приклеивания на объект контроля за счет клеевого слоя, нанесенного на тыльную сторону основы в процессе изготовления термоиндикатора. ТИН включает в себя гибкую эластичную основу, тыльная сторона которой покрыта клеевым слоем, защищенным релизом до установки на объект контроля, а лицевая - участками с ТЭ, которые, в свою очередь, могут быть покрыты защитным слоем.

Термин «видимый свет» определяет узкую область в спектре электромагнитных волн в интервале частот 3,8⋅10¹⁴ - 7,9⋅10¹⁴ Гц, что соответствует длинам волн в вакууме от ~400 до ~760 нм, которую различает человеческий глаз.

Под термином «непрозрачный, по меньшей мере, для части видимого света» понимается материал, не пропускающий сквозь себя весь спектр видимого света или его часть.

Под термином «прозрачный, по меньшей мере, для части видимого света» понимают материал, пропускающий сквозь себя весь спектр видимого света или его часть.

«Скорость срабатывания» - максимальное время, требующееся на переход термоиндикатора или ТЭ из исходного в сработавшее состояние после нагрева ТЭ до температуры срабатывания с учетом заданной точности регистрации превышения пороговой температуры. Применительно к настоящему изобретению скорость срабатывания термоиндикатора составляет не более 5 секунд, преимущественно не более 2 секунд.

Для целей заявленного изобретения термин «пороговая температура» обозначает значение температуры, при которой происходит изменение внешнего вида ТЭ (его срабатывание), определенное с заданной точностью.

Под термином «точность регистрации превышения пороговой температуры» понимают границы интервала значений температуры, отвечающие следующим условиям (1)-(3):

(1) до достижения пороговой температуры за вычетом значения заданной точности соответствующий ТЭ не изменяет свой внешний вид (в частности, остается непрозрачным для, по меньшей мере, части видимого света), а термоиндикатор в данной области не изменяет внешнего вида;

(2) при превышении пороговой температуры с учетом заданной точности, соответствующий ТЭ срабатывает, в частности, с увеличением прозрачности, достигаемой за счет расплавления одного вещества или группы веществ, входящих в ТЭ, а термоиндикаторы в данной области приобретают внешний вид, отличный от исходного;

(3) в случае использования ТЭ, в котором изменение внешнего вида при достижении пороговой температуры связано с увеличением прозрачности, достигаемой за счет расплавления одного вещества или группы веществ, входящих в состав ТЭ, точное значение температуры фазового перехода плавления вещества находится внутри заданного диапазона и дополнительно не устанавливается. Точность регистрации превышения пороговой температуры, определяемой настоящим изобретением, предпочтительно, составляет не более 5°С, наиболее предпочтительно не более 2°С.

Термин «газонаполненный термоплавкий материал (ГТПМ)» определяет материал, включающий твердую фазу или фазы, а также газовую фазу, находящуюся в полостях твердой фазы. Как минимум одна из твердых фаз ГТПМ, называемая «термоплавкой фазой», выполнена с возможностью расплавления при нагревании до пороговой температуры. Преимущественно газовая фаза распределена равномерно внутри всего ГТПМ, причем большинство пор сообщаются между собой, обеспечивая возможность беспрепятственного распределения и выхода из них газа при нагревании материала и/или его плавлении. Давление газа внутри пор может быть меньше атмосферного давления, равно атмосферному давлению или больше атмосферного давления.

В состав ГТПМ в виде твердой фазы могут дополнительно входить частицы твердого вещества с температурой плавления выше пороговой, прочность которых преимущественно превышает прочность термоплавкой фазы, полимеры, полностью или частично покрывающие термоплавкую фазу; а также иные включения. Такие вещества или включения применяют для повышения механической прочности ГТПМ.

Термоплавкая фаза содержит «действующее (основное) вещество ГТПМ» это вещество, в частности органическое вещество, определяющее температуру плавления ГТПМ (пороговую температуру срабатывания ТЭ). Массовое содержание основного вещества в структуре ГТПМ преимущественно превышает содержание других компонентов ГТПМ. Термин также относится к смеси таких веществ.

Термин «органические вещества» ограничивает класс химических веществ, в состав которых входят атомы углерода, связанные с атомами других химических элементов, за исключением карбидов металлов, карбонатов металлов и аммония и оксидов углерода.

Термин «газовая фаза» по умолчанию относится к порам заполненным газом, находящимся внутри ГТПМ. Газовая фаза может представлять собой воздух, азот, инертные газы или другие вещества, находящиеся в агрегатном состоянии «газ» в условиях эксплуатации термоиндикатора.

Под термином «доля газовой фазы в ГТПМ» понимают отношение объема пор внутри ГТПМ к общему объему ГТПМ, или отношение площади участков, заполненных газом, к общей площади участка ГТПМ в одном из срезов. Применительно к настоящему изобретению, доля газовой фазы может быть определена одним из названных ниже способов.

Первый способ включает сканирующую электронную микроскопию поверхности среза ГТПМ с применением программного обеспечения, позволяющего вычислять общую площадь внешней поверхности твердых частиц образца и их агломератов в срезе. Вычисляют площадь участков, заполненных газом, путем вычитания общей площади поверхности твердых частиц и их агломератов из площади анализируемого участка. Для определения доли газовой фазы делят полученное значение площади участков, заполненных газом, на площадь анализируемого участка. Измерения проводят на 5-7 участках ГТПМ и вычисляют среднее значение.

Второй способ основан на применении метода рентгеновской микротомографии. Пробоподготовку проводят аналогичным первому способу образом. Участок ГТПМ известного объема анализируют с помощью лабораторного цифрового рентгеновского томографа с программным обеспечением, позволяющим вычислять процентное содержание газа в заданном объеме образца. Проводят измерения 5-7 участков материала, получая среднее значение доли газовой фазы, выраженное в процентах.

Любой из способов определения доли газовой фазы можно применять к готовым изделиям, содержащим ГТПМ, таким как термоиндикатор. При пробоподготовке, в частности, вырезают однородный участок изделия и снимают с него защитный слой так, чтобы обеспечить сохранность ГТПМ.

В контексте описания ГТПМ под «фазой» следует понимать гомогенную часть ГТПМ, отделенную от остальных частей видимой поверхностью раздела, на которой скачком меняются какие-либо характеристики фазы, например плотность, состав, оптические свойства. При этом совокупность отдельных гомогенных частей системы, обладающих одинаковыми свойствами, считается одной фазой.

В состав ГТПМ могут дополнительно входить частицы твердого вещества с температурой плавления выше пороговой, прочность которых преимущественно превышает прочность термоплавкой фазы, а также иные включения.

Термин «структура ГТПМ» определяет пространственное взаиморасположение твердых частиц и пор, заполненных газовой фазой, в образце ГТПМ. Структура ГТПМ определяет его физические, оптические и механические свойства. При достижении пороговой температуры происходит расплавление как минимум одной из твердых фаз ГТПМ. В процессе расплавления изменяется структура ГТПМ, то есть пространственное взаиморасположение частиц и/или объемов отдельных фаз материала, их размер и форма. Разрушение структуры может включать следующие стадии: оплавление поверхности частиц ГТПМ, их уплотнение, уменьшение размера пор внутри ГТПМ и площади поверхности раздела фаз «газ-твердое», сплавление частиц вплоть до полного их слияния и образования монолитного слоя (плава) или единой фазы. Процесс разрушения структуры ГТПМ сопровождается необратимым уменьшением объемной доли газовой фазы внутри ГТПМ. Доля газовой фазы в материале, получившемся после срабатывания термоиндикатора, меньше, чем в исходном состоянии ГТПМ.

Под «связующим», при описании ТЭ с ГТПМ, понимают материал или вещество, предпочтительно, высокомолекулярное органическое соединение, которое обеспечивает возможность фиксации твердых частиц друг относительно друга. Связующее твердой термоплавкой фазы, в частности, повышает прочность ГТПМ и снижает его истираемость, а также может обеспечивать фиксацию термоплавкой фазы к основе или впитывающему материалу.

Под «герметичным защитным слоем» понимают защитный слой непроницаемый при атмосферном давлении и в отсутствии механического воздействия для воздуха и для воды, выполненный без зазоров и отверстий, и плотно соединенный с основой свариванием или склеиванием таким образом, что место соединения также является непроницаемым для воздуха и воды при атмосферном давлении и в отсутствии механического воздействия.

Термин «впитывающий материал» относится к материалу, способному принимать и удерживать любым способом расплавленный термоплавкий материал, например, расплав действующего вещества или термоплавкой фазы. Удерживание может происходить за счет смачивания, адсорбции, абсорбции, проникновения расплава в поры или иные внутренние полости впитывающего материала. Частным случаем впитывающего материала является «сорбирующий материал». В качестве впитывающего материала в рамках настоящего изобретения можно применять «пористый материал», который представляет собой твердый материал, содержащий в своем объеме свободное пространство в виде полостей, каналов или пор и характеризующийся развитой поверхностью. Основными параметрами пористых материалов являются пористость, размер пор, распределение пор по размерам и удельная поверхность. Применительно к заявленному изобретению предпочтительно использование «микропористых материалов», содержащих поры диаметром менее 2 мкм.

Термин «сорбция» следует понимать в наиболее обобщенном смысле как поглощение твердым телом различных веществ. Поглощаемое вещество называют «сорбатом», поглощающее твердое тело или жидкость - «сорбентом». В рамках настоящего изобретения, при описании ТЭ с ГТПМ, сорбатом является расплав ГТПМ, т.е. жидкость, а сорбентом - различные твердые впитывающие материалы. Предпочтительна «абсорбция» как частный случай сорбции, в результате которой происходит поглощение сорбата всем объемом сорбента с увеличением массы сорбента при незначительном увеличении его объема и изменениях его физических, особенно прочностных, характеристик.

Термин «опорный элемент» или «элемент опоры (ОЭ)», при описании ТЭ с ГТПМ, определяет произвольный элемент, расположенный в области ГТПМ, который имеет температуру плавления больше, чем температура срабатывания данного ГТПМ, и который может принимать на себя большую часть механического напряжения, воздействующего на ГТПМ в поперечном направлении, предотвращая тем самым существенное разрушение структуры ГТПМ.

Термин «дефект» указывает на несоответствие объекта контроля требованиям, установленным документацией, хотя бы по одному показателю.

«Коэффициент дефектности» является отношением измеренного превышения температуры контактного соединения к превышению температуры, измеренному на целом участке шины или провода, отстоящем от контактного соединения на расстоянии не менее 1 м.

«Коэффициент яркости» определяют по ГОСТ 8784-75 как отношение яркости покрытия к яркости эталона, измеренных в одинаковых условиях освещения с углом падения света 45°.

«Избыточная температура» является превышением измеренной температуры объекта контроля над температурой аналогичных узлов других фаз, находящихся в одинаковых условиях.

Термин «пожароопасный нагрев» указывает на нагрев элемента электроустановки до температуры, при которой возникает опасность возгорания одного или более материалов, из которых элемент изготовлен.

Приложение 3

Скорректированный лист описания

Термин «эластичность» относится к способности материала или изделия при изгибе вокруг цилиндрической поверхности повторять ее форму без потери функциональных свойств.

Термины «эластичная основа» и «эластичный защитный слой» характеризуют материал основы или защитного слоя, способный изменять свою форму без разрыва под внешним воздействием.

Сущность изобретения

Задачей заявленного изобретения является создание необратимого многотемпературного термоиндикатора для диагностики теплового состояния и выявления факта нагрева контролируемого элемента выше нескольких заданных пороговых температур, содержащего по меньшей мере два малых термочувствительных элемента, образующих термоиндикаторную шкалу, и по меньшей мере один большой термоиндикаторный элемент, выделяющийся среди малых термочувствительных элементов за счет своего размера.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении безопасности эксплуатации оборудования, оснащенного термоиндикаторами по изобретению, за счет обеспечения простоты интерпретации результатов термоиндикаторного контроля, в том числе при кратковременных нагревах, без потери его информативности, а также определения места возникновения дефекта.

Согласно изобретению технический результат обеспечивается за счет необратимого термоиндикатора, включающего основу, на шторой расположены термочувствительные элементы (ТЭ), выполненные с возможностью необратимого изменения внешнего вида при достижении соответствующих им пороговых температур, среди которых можно выделить по меньшей мере два малых термочувствительных элемента (МТЭ₁ и МТЭ₂), имеющих различные пороговые температуры; по меньшей мере один большой термочувствительный элемент (БТЭ); отличающийся тем, что площадь БТЭ по меньшей мере в два раза больше площади как МТЭ₁, так и МТЭ₂ (фиг. 1).

Необходимость использования необратимого термоиидикатора связано с необходимостью выявления факта нагрева контролируемого элемента выше пороговой температуры за все время эксплуатации, независимо от нагрузки и температуры оборудования в момент осмотра.

Необходимость использования в рамках одного термоиндикатора одновременно и МТЭ, и БТЭ связана с тем, что размер контролируемого элемента может быть небольшим (например, размер контактных соединений в электрощитах). В этом случае физически невозможно установить на контролируемый элемент два термоиндикатора: и однотемпературный, и многотемпературный.

Используемая в предлагаемом термоиндикаторе термоиндикаторная шкала содержит два и более, а предпочтительно три и более МТЭ, срабатывающих при различной температуре. Использование термоиндикаторной шкалы позволяет:

- определить факт превышения заданной температуры;

- сравнить значение максимальных температур нагрева идентичных узлов;

- с заданной точностью определить избыточную температуру или коэффициент дефектности;

- определить динамику развития дефекта во времени;

- решить иные практические задачи в зависимости от типа используемого оборудования.

БТЭ, который, в частных случаях, может являться частью термоиндикаторной шкалы, но существенно отличается от МТЭ по размеру, необходим для решения следующих задач:

- упрощение анализа результатов срабатывания термоиндикатора за счет приоритезации (акцентирования внимания персонала) на конкретной температуре;

- увеличение заметности сработавшего термоиндикатора на критичную температуру с большего расстояния, в том числе, в темное время суток или в условиях плохой освещенности;

- локализация конкретного места дефекта на поверхности.

Иными словами, срабатывание БТЭ означает, что необходимо обратить внимание на шкалу МТЭ и принять определенные меры по результатам анализа ее работы. При этом, за счет величины БТЭ (по меньшей мере в 2 раза большей, чем МТЭ), его срабатывание является заметным и явно выделяющимся, что минимизирует возможность ошибки.

Тем самым, совмещение принципов работы и анализа результатов одно- и многотемпературных термоиндикаторов обеспечивает повышение безопасности эксплуатации оборудования, оснащенного такими термоиндикатором, за счет обеспечения информативности и простоты интерпретации результатов термоиндикаторного контроля.

Скорость срабатывания по меньшей мере одного ТЭ, в первую очередь, БТЭ, предпочтительно БТЭ и МТЭ, по настоящему изобретению составляет не более 5 секунд и обеспечивается принципом срабатывания ТЭ. Указанная скорость необходима для регистрации кратковременных нагревов, вызванных пиковыми (аварийными) нагрузками, или, например, токами короткого замыкания. В частности, указанное требование к скорости срабатывания является необходимым для использования термоиндикаторов при контроле состояния электротехнического оборудования. Скорость срабатывания 2-5 секунд, а предпочтительно не более 2 секунд, может обеспечиваться, например, за счет принципа действия ТЭ, основанных на плавлении действующего вещества ТЭ, а также за счет использования ГТПМ.

ТЭ, используемые в термоиндикаторе по настоящему изобретению, могут отличаться по принципу срабатывания термочувствительного компонента, входящего в их состав. При выборе типа термочувствительного компонента необходимо учитывать особенности каждого из них. Из уровня техники известны ТЭ, основанные на химической реакции входящих в их состав веществ, которая начинается при достижении определенной температуры или при их расплавлении. Длительная выдержка ТЭ, основанных на протекании химической реакции, при температуре, незначительно меньшей порогового значения, может привести к их преждевременному срабатыванию, поскольку степень протекания химической реакции определяется не только температурой, но и временем.

Существуют ТЭ, основанные на механическом разрушении одного из термочувствительных компонентов при достижении пороговой температуры. Как правило, такие ТЭ имеют жесткую конструкцию, не позволяющую создавать гибкие термоиндикаторы.

Наиболее распространенными являются ТЭ, основанные на фазовом переходе, преимущественно на плавлении термочувствительного компонента, за счет их высокой точности, скорости срабатывания и способности неограниченное время сохранять исходный вид при температуре, незначительно меньшей пороговой. Известные из уровня техники ТЭ, основанные на фазовом переходе термоплавкого компонента, можно классифицировать по принципу работы, обеспечивающему изменение внешнего вида устройства: изменение прозрачности термоплавкого компонента при плавлении, растворение красителей в расплаве термочувствительного материала или впитывание расплава термочувствительного компонента в пористую подложку.

ТЭ, в которых изменение внешнего вида происходит за счет растворения твердого красителя в расплаве плавкого вещества, обычно имеют небольшой срок службы за счет твердофазной диффузии красителя.

Проникновение расплавленного компонента в пористую подложку, с одной стороны, обеспечивает высокую контрастность цветового перехода, поскольку цвет подложки может отличаться от исходного цвета твердого термоплавкого компонента, но с другой стороны, кристаллизация вещества в порах подложки при охлаждении может привести к обратимости (возвратности) цветовой индикации.

Использование в термоиндикаторе ТЭ, принцип действия которых заключается в необратимом увеличении прозрачности термочувствительного компонента вследствие его плавления, имеет ряд преимуществ перед описанными выше принципами работы:

- высокая точность срабатывания за счет использования очищенных стабильных веществ с узким диапазоном температур плавления;

- обеспечение необратимости срабатывания (даже при длительной выдержке сработавшего термоиндикатора при температуре ниже пороговой);

- высокая укрывистость термочувствительного слоя, позволяющая изготавливать гибкие термоиндикаторы небольшой толщины;

- заметность сработавшего термоиндикатора, обеспечиваемая контрастностью цветового перехода (например, белый - черный) за счет возможности использования подложки любого цвета, в частности, черного;

- возможность упрощения оценки состояния оборудования при осмотрах за счет проявления при срабатывании ТЭ специального знака опасности или символа (например, знак пламени, восклицательный знак и т.п.), расположенного на основе под слоем термоплавкого материала (фиг. 3-5);

- обеспечение возможности регистрации локальных перегревов за счет того, что плавлению подвергается только та область ТЭ, которая нагрета выше пороговой температуры, а внешний вид остальных областей ТЭ сохраняется;

- высокая скорость срабатывания за счет использования тонкого слоя термочувствительного компонента;

- длительный срок службы.

На основании этого, в настоящем изобретении предпочтительным является использование ТЭ, действие термочувствительных компонентов в которых основано на изменении внешнего вида при плавлении, в частности, на изменении прозрачности. Однако изобретение не ограничивается применением только таких компонентов, и ТЭ могут быть выполнены с использованием компонентов другого принципа действия.

В случае использования для БТЭ термочувствительных материалов, действие которых основано на плавлении, при превышении пороговой температуры БТЭ изменяет внешний вид только в той области, которая была нагрета выше соответствующей пороговой температуры, с сохранением исходного внешнего вида других областей БТЭ, температура которых не превышала соответствующую пороговую температуру. Такое устройство БТЭ позволяет регистрировать точечные перегревы. При этом граница нагретой области определяется с высокой точностью, преимущественно 1-2 мм. Это позволяет с высокой надежностью и достоверностью определить место точечного локального перегрева на контролируемой поверхности. Также для усиления этого признака предпочтительно использовать газонаполненные термоплавкие материалы, о которых будет говориться ниже.

В этом случае, большое значение приобретает расположение БТЭ относительно термоиндикаторной шкалы.

В предпочтительных вариантах БТЭ располагается вдоль по меньшей мере МТЭ₁ и МТЭ₂. Важность взаимного расположения МТЭ относительно друг друга и относительно БТЭ можно проиллюстрировать следующими примерами. При контроле теплового состояния аккумуляторов, трансформаторов, кабельных муфт, необходимо выявление мест точечного нагрева, при этом температура уже на небольшом удалении от эпицентра нагрева может существенно отличаться. Такой подход позволяет выявить аварийную ситуацию даже при кратковременном локальном нагреве, не способном равномерно прогреть контролируемую поверхность под всей шкалой термоиндикатора (все МТЭ). Например, рассмотрим конкретный случай, когда МТЭ расположены в порядке увеличения температур срабатывания вдоль вертикальной оси, а БТЭ занимает единую площадь рядом с ними (фиг. 7б) и имеет температуру срабатывания выше, чем каждый из МТЭ. Тогда при кратковременном аварийном нагреве выше температуры срабатывания БТЭ, произошедшем снизу от термоиндикатора, (вызванном, например, током короткого замыкания) может произойти срабатывание только левого, самого низкотемпературного МТЭ и частично БТЭ. Остальные МТЭ не успеют сработать из-за локализации и кратковременности нагрева. Однако показания такого индикатора с частичным срабатыванием БТЭ будут информативнее и достовернее, чем срабатывание термоиндикатора с простой шкалой из МТЭ. В рассматриваемом случае срабатывание интерпретируется как аварийный дефект (соответствует действительности), а в отсутствии БТЭ (фиг. 7а) интерпретировалось бы как начальная стадия развития дефекта (не соответствует действительности). С этой точки зрения, чем большую площадь занимает БТЭ и чем равномернее он распределен о термоиндикатору, тем информативнее и достовернее информация, получаемая при его срабатывании.

Преимущественно, минимальное расстояние от границы БТЭ до каждого из МТЭ должно быть одинаково или сравнимо (в частности, минимальное расстояние от границы БТЭ до границы каждого из МТЭ отличается не более чем на 50%, предпочтительно не более чем на 20%).

Таким образом, использование для БТЭ термочувствительного материала, основанного на плавлении, а также расположение БТЭ вдоль термоиндикаторной шкалы обеспечивает:

- повышении достоверности теплового контроля при локальных и кратковременных нагревах;

- позволяет определить место и направление нагрева.

В наиболее предпочтительных вариантах изменение внешнего вида по меньшей мере двух малых термочувствительных элементов (МТЭ₁ и МТЭ₂) также связано с увеличением прозрачности, достигаемой за счет расплавления одного вещества или группы веществ, входящих в состав МТЭ₁ и МТЭ₂, при достижении соответствующей пороговой температуры.

Количество МТЭ не ограничено верхним пределом и зависит от практической задачи, реализуемой при использовании заявленного термоиндикатора (типа оборудования, необходимого шага определяемой температуры перегрева, площади поверхности объекта контроля и т.д.). Увеличение числа МТЭ, с одной стороны, позволит выполнять более прецизионный анализ температурной картины контролируемого объекта, а с другой стороны, требует либо увеличения общей площади термоиндикатора, либо уменьшения площади самих ТЭ. В предпочтительных вариантах термоиндикатор содержит три или четыре МТЭ (фиг. 3, 4), чего достаточно для решения большинства практических задач.

Термоиндикатор может содержать два БТЭ с различными температурами срабатывания (фиг. 5, 6). При этом для реализации изобретения необходимо и достаточно, чтобы по меньшей мере один из этих БТЭ удовлетворял описанным выше условиям. Наличие второго БТЭ, имеющего температуру срабатывания, отличную от пороговой температуры первого БТЭ, позволит решать комплексные задачи по обеспечению теплового контроля без замены термоиндикаторов при срабатывании нескольких ТЭ. Например, БТЭ₁ может иметь пороговую температуру, равную или ниже минимальной температуры срабатывания МТЭ, а БТЭ₂ - пороговую температуру, равную или выше максимальной температуры срабатывания МТЭ. В этом случае срабатывание БТЭ₁ может свидетельствовать о запуске контролируемого объекта в эксплуатацию, БТЭ₂ будет контролировать превышение аварийного нагрева, а термоиндикаторная шкала, образованная МТЭ, будет отражать температурные события в процессе работы.

Использование двух БТЭ с различными пороговыми температурами, каждый из которых расположен на одинаковом расстоянии от ближайших к нему МТЭ (фиг. 6), дополнительно позволяет повысить достоверность теплового контроля, за счет повышения вероятности определения места нагрева при локальном нагреве контролируемого элемента.

Предпочтительно, в исходном состоянии основная площадь МТЭ и БТЭ имеет одинаковый, преимущественно белый цвет. Такая окраска обеспечивает максимальную заметность частично сработавшего устройства, за счет обеспечения контрастности цветового перехода при срабатывании ТЭ.

Использование термоиндикатора с ТЭ разного размера имеет ряд преимуществ перед термоиндикаторами с различной окраской ТЭ:

- возможность использования цветового перехода только одного (наиболее контрастного, заметного в условиях эксплуатации и интуитивно понятного) вида (например, белый - черный или белый - красный);

- исключение ошибки при осмотре оборудования при плохой освещенности, а также персоналом с нарушениями зрения, включая неспособность различать основные цвета спектра (дальтонизм);

- заметность цветового перехода БТЭ с большего расстояния за счет его большего размера;

- исключение ложной трактовки срабатывания в случае, если один из цветов термоиндикатора используется для традиционной маркировки (например, синий, желтый, зеленый, красный и коричневый цвета широко используются в энергетике для маркировки фаз).

При срабатывании термоиндикатора с плавким ТЭ, предпочтительно, происходит проявление цвета основы, расположенной под ТЭ. В одних вариантах при срабатывании каждого из ТЭ обеспечивается одинаковый цветовой переход, предпочтительно, к черному цвету. В данном конкретном случае, если все ТЭ в исходном состоянии имели белый цвет, то после срабатывания каждого из ТЭ обеспечивается цветовой переход белый-черный.

В других вариантах изменение внешнего вида БТЭ при достижении пороговой температуры отличается от соответствующего изменения внешнего вида по меньшей мере одного МТЭ.

В другом варианте исполнения изобретения БТЭ может быть выполнен в форме, отличающейся от формы всех МТЭ, что также позволит легче интерпретировать результаты теплового контроля с помощью заявленного термоиндикатора.

Для увеличения информативности теплового контроля с помощью термоиндикатор а по настоящему изобретению в преимущественных вариантах МТЭ образуют термоиндикаторную шкалу, преимущественно включающую пороговые температуры, выбранные из списка 50°С, 55°С, 60°С, 65°С, 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, 120°С, 130°С, 140°С, 150°С, 160°С, 170°С, 180°С, 190°С, 200°С, 210°С.

Значения пороговых температур срабатывания МТЭ и БТЭ могут быть разными в зависимости от эксплуатационных задач. Температура срабатывания БТЭ может быть равна температуре срабатывания одного из МТЭ, а может отличаться от температур срабатывания МТЭ. Использование БТЭ с пороговой температурой, отличающейся от пороговых температур МТЭ повышает достоверность теплового контроля при использовании заявленного термоиндикатора.

Если температура срабатывания БТЭ равна температуре срабатывания самого низкотемпературного МТЭ или меньше ее, то срабатывание БТЭ может свидетельствовать, например, о вводе оборудования в эксплуатацию, достижении или превышении номинальной нагрузки, начале развития дефекта и пр.

Если температура срабатывания БТЭ равна температуре срабатывания наиболее высокотемпературного МТЭ или превышает ее, то срабатывание БТЭ может свидетельствовать, например, об аварийном, опасном, пожароопасном или ином особом состоянии контролируемого оборудования, требующего особого внимания со стороны эксплуатации.

Температура срабатывания БТЭ может располагаться между температурами срабатывания самого низкотемпературного и самого высокотемпературного МТЭ. В этом случае использование БТЭ позволяет своевременно заметить момент, при котором необходимо обратить дополнительное внеочередное внимание на термоиндикаторную шкалу и провести диагностирование.

Для бОльшей заметности БТЭ и облегчения выявления локальных перегревов в некоторых вариантах реализации изобретения площадь БТЭ составляет не менее 25 мм², предпочтительно, не менее 100 мм². С этой же целью предпочтительно, чтобы БТЭ занимал не менее 10%, преимущественно не менее 20%, общей площади лицевой поверхности термоиндикатора.

Предпочтительно, чтобы площади всех МТЭ были сравнимы между собой (в частности, различались не более чем на 20%, предпочтительно не более чем на 10%), что позволит с легкостью выделить БТЭ среди всех ТЭ и не будет акцентировать внимание на отдельных МТЭ. Для облегчения интерпретации теплового контроля площадь БТЭ предпочтительно должна быть больше суммы площадей всех МТЭ.

В частных случаях ТЭ может обладать одним или несколькими свойствами, направленными на усиление технического результата, в частности:

- по меньшей мере один ТЭ, предпочтительно БТЭ, может включать газонаполненный термоплавкий материал (ГТПМ), предпочтительно, доля газовой фазы в котором составляет не менее 10 об. %;

- по меньшей мере один ТЭ дополнительно может содержать впитывающий материал (ВМ);

- по меньшей мере один ТЭ дополнительно может содержать опорные элементы (ОЭ);

- по меньшей мере один ТЭ может содержать по меньшей мере одно твердое органическое вещество с молекулярной массой меньше 2 кДа;

- по меньшей мере один ТЭ изменяет внешний вид только в той области, которая была нагрета выше соответствующей пороговой температуры, с сохранением исходного внешнего вида других областей ТЭ, температура которых не превышала соответствующую пороговую температуру;

- по меньшей мере один ТЭ может содержать по меньшей мере одно твердое органическое вещество, содержащее структурный фрагмент C_nH_(2n+1), где n ≥5, и преимущественно выбрано из группы состоящей из жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥12; солей жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥5; алканов, содержащих не менее 20 атомов углерода; диалкилфосфиновых кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥5; амидов жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥5; ангидридов жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥10; жирных алифатических спиртов, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥14; жирных алифатических аминов, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥17; нитрилов жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥19. Предпочтительными неограничивающими примерами твердого органического вещества являются пальмитиновая кислота, стеариновая кислота, бегеновая кислота, тетракозан, эрукамид, стеариновый спирт, цетиловый спирт, соли насыщенных жирных карбоновых кислот редкоземельных металлов, в частности лантана, иттрия, иттербия, скандия.

Применение ГТПМ обеспечивает высокую точность срабатывания термоиндикатора и длительный срок его службы, а также позволяет использовать ТЭ с минимальной толщиной при сохранении высокой укрывистости и с высоким коэффициентом яркости, необратимо срабатывающие с высокой скоростью и точностью. Указанные характеристики достигаются, благодаря особой структуре ГТПМ, включающей, помимо твердой фазы или фаз, по меньшей мере одна из которых содержит термоплавкое вещество или их смесь, пустоты, заполненные газовой фазой. До момента превышения пороговой температуры газовая фаза внутри ГТПМ распределена преимущественно равномерно. Это обеспечивает множественные границы раздела фаз «газ-твердое», на которых происходит преломление и отражение света. Такое строение ГТПМ делает его непрозрачным для, по меньшей мере, части видимого света при меньшей толщине слоя, по сравнению с толщиной слоя аналогичного вещества, не содержащего газовую фазу.

Структура ГТПМ также обеспечивает возможность регистрации границы тепловых полей нагрева поверхности объекта контроля за счет изменения внешнего вида только той части ГТПМ, которая нагревались выше соответствующих пороговых температур, и сохранения исходного внешнего вида остальной части ГТПМ.

Применяемые в настоящем изобретении термоплавкие материалы могут содержать одно действующее вещество или смесь действующих веществ. Действующее вещество или смесь действующих веществ, предпочтительно, представляет собой твердое органическое вещество или смесь таких веществ. Выбор конкретного вещества осуществляется таким образом, чтобы при достижении соответствующей пороговой температуры в интервале не более 5°С, предпочтительно не более 2°С, происходило его расплавление, обеспечивающее визуально наблюдаемое изменение внешнего вида термоиндикатора.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, одно действующее (основное) вещество термоплавкого материала имеет молекулярную массу меньше 2 кДа (2000 а.е.м.). ТЭ с низкомолекулярным действующим веществом термоплавкого материала имеют узкий диапазон температур плавления, что приводит к увеличению точности регистрации превышения пороговой температуры. Применение низкомолекулярных веществ в качестве действующих веществ возможно только в ГТПМ, так как в отсутствии газовой фазы внутри термоплавкого материала при остывании ТЭ с низкомолекулярным термоплавким веществом может возникнуть множество центров кристаллизации, что приведет к образованию непрозрачного твердого вещества и возвращению исходного вида ТЭ, то есть к обратимости его срабатывания.

Применение действующих веществ, в состав которых входит одна алифатическая углеводородная цепь или более, предпочтительно в связи с тем, что такие органические вещества имеют кристаллическую упаковку, в которой вытянутые структурные фрагменты линейных углеводородов ориентируются параллельно друг другу, что обеспечивает формирование в основном плоских частиц, таких как чешуйки, пластинки или волокна (Китайгородский А.И. Молекулярные кристаллы: монография. М.: Наука. 1971. 424 с. С. 228-232). Подобная кристаллическая упаковка обуславливает анизотропность твердого органического вещества, в результате которой свойства материала в направлении, параллельном поверхности основы и защитного покрытия, отличаются от свойств материала в направлении, перпендикулярном поверхности основы и защитного покрытия. Анизотропность свойств термоплавкого материала влияет на прочность материала при изгибе и механических воздействиях: приложение воздействия в направлениях, близких к перпендикулярным относительно поверхности основы, не будет приводить к повреждению материала (Китайгородский А.И. Органическая кристаллохимия: монография. М.: Изд-во Акад. Наук СССР, 1955. 558 с. С. 134-136).

Использование алифатических соединений с C_nH_(2n+1), где n ≥5, предпочтительно еще и ввиду того, что за счет своей кристаллической упаковки термочувствительный материал проявляет способность к изгибу и растяжению/сжатию без деформации и потери функциональных свойств за счет послойного сдвига частиц.

Описываемые форма и характеристики частиц действующего вещества являются предпочтительными, но не ограничивают заявленное изобретение. Они могут быть достигнуты также и при использовании замещенных ароматических и гетероароматических соединений. При этом, в качестве заместителей могут выступать как длинные углеводородные фрагменты, что дополнительно способствует формированию плоско ориентированных частиц, так и гетероатомные заместители, которые способствуют слоистой упаковке молекул, при которой объемные гетероатомы располагаются в межслойном пространстве (Бокий Г.Б., Кристаллохимия: монография. 3-е изд. перераб. и доп.М.: Наука, 1971. 401 с. С. 362-365).

Однако, следует отметить, что заявленное изобретение не ограничивается исключительно применением веществ с молекулярной массой менее 2 кДа, в состав которых входит одна или более алифатическая углеводородная цепь со структурным фрагментом C_nH_(2n+1), где n ≥5. В частности, термоплавкий материал может включать, по меньшей мере, одно твердое полимерное органическое вещество, без ограничения выбранное из полиэтилена, фенольных и фенол-ацетиленовых смол, восков, парафинов и других веществ, обеспечивающих увеличение прозрачности материала при достижении пороговой температуры и обладающих необходимыми свойствами.

В предпочтительных вариантах исполнения объемное содержание газа в ГТПМ составляет не менее 10%, наиболее предпочтительно, не менее 50%. Использование ГТПМ с указанным объемным содержанием газа позволяет значимо уменьшить толщину слоя термоплавкого материала, для обеспечения должной укрывистости, по сравнению с толщиной слоя материала, не наполненного газом, необходимой для обеспечения такой же укрывистости. Чтобы предотвратить расслоение ГТПМ при его нагревании за счет теплового расширения газовой фазы предпочтительно, чтобы давление внутри ГТПМ было ниже атмосферного, а большинство пор, заполненных газовой фазой, не были изолированными, то есть сообщались друг с другом.

Применение, по меньшей мере, одного ГТПМ с указанным объемным содержанием газа позволяет увеличить срок эксплуатации термоиндикатора и повысить достоверность определения перегрева за счет невозможности агрегирования частиц твердого органического вещества, разделенных газовой фазой. При этом практически полностью исключается возможность возврата внешнего вида термоиндикатора в исходное состояние при выдержке сработавшего устройства при низких температурах и при перепадах температур.

Также увеличение объемного содержания газа в используемых ГТПМ уменьшает кажущуюся плотность ГТПМ. Это приводит к уменьшению количества тепла, требуемого для расплавления ГТПМ, и повышает скорость срабатывания ТЭ. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, для обеспечения необратимости срабатывания ТЭ объемная доля газа в ГТПМ при его плавлении уменьшается не менее чем в два раза.

Между основой и термоплавким материалом может быть расположен впитывающий (ВМ) или микропористый материал. В этом случае при срабатывании ТЭ расплавленный термоплавкий материал впитывается в ВМ или проникает в него. Применение ВМ позволяет предотвратить частичное возвращение непрозрачности расплавленного термочувствительного слоя при механическом воздействии на сработавший термоиндикатор, например, при изгибах или вибрации.

В одном из вариантов осуществления изобретения может быть использована основа, которая включают множественные опорные элементы (ОЭ), между которыми располагается термоплавкий компонент ТЭ. Также ТЭ может содержать множественные ОЭ, расположенные внутри термоплавкой фазы. Это позволяет защитить ТЭ от механических воздействий (нажима, трения, повышенного давления и т.д.) за счет перераспределения нагрузки с термоплавкой фазы на опорные элементы.

Термоиндикатор также, в частных случаях, может обладать одним или несколькими свойствами, направленными на усиление технического результата, в частности:

- быть выполнен в виде наклейки;

- являться эластичным;

- быть выполненным с возможностью маркировки элементов электрооборудования или цветовой маркировки фаз;

- тыльная сторона основы может содержать клеевой слой постоянной липкости с адгезией не менее 10 Н/25 мм к нержавеющей стали, измеренной методом FINAT ТМ1 после 24 ч;

- основа, может быть выполнена из ПВХ, предпочтительно из литого ПВХ;

- ТЭ и по меньшей мере часть основы могут быть покрыты защитным слоем, который предпочтительно выполнен из ПВХ и является прозрачным по меньшей мере для части видимого света, по крайней мере в области ТЭ;

- основа может быть частично окрашена с использованием термочувствительного вещества, обратимо изменяющего свой внешний вид при нагревании выше соответствующем пороговой температуры.

Термоиндикатор по заявленному изобретению может быть выполнен, в частности, в виде наклейки, ленты, клипсы, наконечника и т.д. Наиболее широкое применение в технике получили термоиндикаторные наклейки в силу простоты их монтажа, доступности и удобства использования.

В случае реализации заявленного изобретения в виде наклейки, на тыльной стороне основы располагается клеевой слой постоянной липкости с адгезией не менее 10 Н/25 мм к нержавеющей стали, измеренной методом FINAT ТМ1 после 24 ч, для обеспечения надежного контакта термоиндикатора с контролируемой поверхностью в течение всего срока службы термоиндикатора. В предпочтительных вариантах осуществления клеевой слой выполнен с использованием акриловых, полиуретановых, каучуковых, силиконовых, ПВХ полимеров или клеев на их основе.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения основа термоиндикатора является гибкой и выполнена из термопластичного полимерного материала. Предпочтительно материал основы содержит атомы галогена, преимущественно атомы хлора в поливинилхлориде, наиболее предпочтительно в литом поливинилхлориде. Применение галогенсодержащей полимерной основы обеспечивает возможность визуальной регистрации превышения, по меньшей мере одного, порогового значения температуры поверхностей токопроводящих элементов электроустановок с помощью термоиндикатора, поскольку галогенсодержащие полимеры имеют диэлектрическую прочность не менее 5 кВ/мм и устойчивы к возгоранию.

Полимерные материалы, в структуре которых присутствуют атомы галогенов, обладают одними из наиболее высоких показателей гибкости и эластичности среди известных полимеров. Введение атомов галогенов в мономеры, использующиеся в качестве исходного сырья для полимеризации, нарушает их симметрию и создает множество хиральных центров в полимере. Полимеризация или поликонденсация таких мономеров как друг с другом, так и с другими галогенсодержащими или не включающими атомы галогенов мономерами, приводит к образованию полимерных цепей с большим количеством стереоцентров. Регулярные полимеры, получаемые из негалогенированных мономеров без хиральных центров, склонны к образованию кристаллических структур, что снижает их эластичность, в то время как большое число диастереомеров, возникающих при галогенировании мономеров, придают галогенсодержащим полимерам стереохимическую неупорядоченность, которая предотвращает кристаллизацию. Таким образом, галогенсодержащие полимерные материалы обладают высокой эластичностью и гибкостью в силу особенностей химического строения, обусловленных наличием атомов галогенов в структуре полимеров. Кроме того, галогенсодержащие материалы обладают хорошей адгезией и низкой горючестью, что является дополнительным фактором, обеспечивающим безопасность при эксплуатации заявленного устройства.

Использование защитного слоя не только предохраняет термочувствительный материал от негативного воздействия окружающей среды, но и не позволяет ему стекать во время срабатывания. При герметичном защитном слое обеспечивается также возможность создания пониженного или избыточного давления газа внутри термоплавкого материала. Предпочтительно защитный слой выполнен из эластичных полимерных материалов, в частности из ПВХ, литого ПВХ и является прозрачным по меньшей мере для части видимого света, по крайней мере в области ТЭ.

Использование термопластичных полимеров в качестве материала основы и/или защитного слоя позволяет эффективно и герметично соединять защитный слой и основу, например, методом сваривания.

При использовании эластичный материалов для основы и защитного слоя обеспечивается общая эластичность устройства, что обеспечивает плотное прилегание термоиндикатора к поверхностям сложной геометрии, в том числе с малыми радиусами кривизны, например, к токопроводящим элементам электрооборудования.

В частных вариантах исполнения на основу и/или защитный слой могут быть нанесены информационные элементы, которые включают информацию для маркировки элементов электрооборудования или цветовую маркировку фаз. В частности, нанесенные на лицевую поверхность основы и/или поверхность защитного слоя информационные элементы могут включать надписи, содержащие цветовую, буквенную, цифровую или буквенно-цифровую маркировочную информацию. В одном из случаев информационные элементы на основе и/или защитном слое могут содержать информацию о дате окончания срока эксплуатации устройства. Также, при срабатывании БТЭ может проявляться дополнительный информационный символ, например, восклицательный знак, изображение пламени и т.п. (фиг. 3-5).

Также основа и/или защитный слой могут иметь цвет, соответствующую установленным правилам маркировки элементов электрооборудования. Перечисленные выше признаки служат для придания устройству для регистрации превышения пороговой температуры свойства элементов маркировки электрооборудования.

Для увеличения заметности как самого термоиндикатора, так и факта его срабатывания, а также, как следствие, дополнительного увеличения безопасности эксплуатации оборудования, основа может обладать светоотражающими или люминесцентными свойствами.

Также, основа или некоторая ее часть может быть окрашена с использованием вещества, выполненного с возможностью обратимо изменять внешний вид при нагревании. К примеру, на лицевую поверхность может быть нанесен слой термочувствительной краски, обладающей вышеуказанными свойствами.

Присутствие вещества, выполненного с возможностью обратимо изменять внешний вид при нагревании, позволяет проинформировать персонал не только о превышении порогового значения температуры в прошлом, но и о перегревах в момент осмотра. Срабатывание такого вещества в момент осмотра свидетельствует, что оборудование находится в аварийном режиме в текущий момент и может быть источником повышенной опасности. Таким образом, наличие вещества, выполненного с возможностью обратимо изменять внешний вид при нагревании, дополнительно повышает безопасность эксплуатации оборудования.

Представленные примеры описывают только частные варианты использования устройства по настоящему изобретению и не ограничивают его функционал и сферы применения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - термоиндикатор по настоящему изобретению, включающий два МТЭ, образующих термоиндикаторную шкалу, и один БТЭ, в варианте исполнения, в котором БТЭ имеет меньшую пороговую температуру, чем МТЭ, БТЭ и МТЭ имеют цветовой переход (белый-черный).

Фиг. 2 - срабатывание многотемпературного термоиндикатора, известного из уровня техники, с четырьмя различными термочувствительными элементами для регистрации пороговых температур (60°С, 70°С, 80°С, 90°С) при постепенном повышении температуры.

Фиг. 3 - термоиндикатор по настоящему изобретению, включающий три МТЭ, образующих термоиндикаторную шкалу, и один БТЭ, в варианте исполнения, в котором БТЭ имеет большую пороговую температуру, чем МТЭ, все ТЭ имеют одинаковый цветовой переход (белый-черный), а в области БТЭ, помимо численного значения пороговых температур, дополнительно расположены информационные знаки, предупреждающие об опасности.

Фиг. 4 - термоиндикатор по настоящему изобретению, включающий четыре МТЭ, образующих термоиндикаторную шкалу, и один БТЭ, в варианте исполнения, в котором, БТЭ имеет большую пороговую температуру, чем МТЭ, все ТЭ имеют одинаковый цветовой переход (белый-черный), а в области БТЭ, помимо численного значения пороговых температур, дополнительно расположены информационные знаки, предупреждающие об опасности.

Фиг. 5 - термоиндикатор по настоящему изобретению, включающий три МТЭ, образующих термоиндикаторную шкалу, и два БТЭ, в варианте исполнения, в котором, один БТЭ₁ имеет меньшую пороговую температуру чем МТЭ, а второй БТЭ₂ имеет большую пороговую температуру, чем МТЭ, БТЭ₁ имеет цветовой переход белый-черный, БТЭ₂ имеет цветовой переход белый-черный, МТЭ имеют цветовой переход белый-красный. В области БТЭ₂, помимо численного значения пороговой температуры, дополнительно расположены информационные знаки, предупреждающие об опасности.

Фиг. 6 - термоиндикатор по настоящему изобретению, включающий четыре МТЭ, образующих двойную термоиндикаторную шкалу, и два БТЭ, в варианте исполнения, в котором, один БТЭ₁ имеет пороговую температуру лежащую между пороговыми температурами МТЭ, а второй БТЭ₂ имеет большую пороговую температуру чем МТЭ, все ТЭ имеют одинаковый цветовой переход (белый-черный). Основа окрашена с использованием обратимого термочувствительного материала.

Фиг. 7 - срабатывание термоиндикатора, при кратковременном аварийном нагреве, произошедшем слева от термоиндикатора.

Фиг. 8 - слоистая структура термоиндикатора выполненного в виде наклейки, в различных вариантах осуществления (с использованием ГТПМ, впитывающего материала).

Фиг. 9 - структура ГТПМ с использованием опорных элементов и без них.

Подробное описание чертежей

На фиг. 1 показан термоиндикатор по настоящему изобретению, включающий два МТЭ 3, образующих термоиндикаторную шкалу, и один БТЭ 4, в варианте исполнения, в котором БТЭ имеет меньшую пороговую температуру, чем МТЭ, БТЭ и МТЭ имеют цветовой переход (белый-черный). Основа 1 и/или защитный слой имеет окрашивание в желтый цвет для маркировки фаз электрооборудования. Информационные элементы, показывающие численные значения пороговый температур 5 МТЭ и БТЭ, расположены на основе 1 и/или защитном слое, рядом с соответствующими МТЭ и БТЭ. 1а - первоначальный вид термоиндикатор а, 1б - частично сработавший термоиндикатор, после превышение пороговой температуры БТЭ, 1в - частично сработавший термоиндикатор, после превышение пороговой температуры МТЭ₁, 1г - полностью сработавший термоиндикатор после превышения пороговой температуры МТЭ₁, 1д - сработавший термоиндикатор после охлаждения до температуры ниже пороговой температуры БТЭ, с указанным расстоянием α между границами МТЭ и БТЭ.

На фиг. 2 показано, срабатывание многотемпературного термоиндикатора, известного из уровня техники, с четырьмя различными термочувствительными элементами 2, нанесенными на основу 1, для регистрации пороговых температур (60°С, 70°С, 80°С, 90°С) при постепенном повышении температуры. 2а - первоначальный вид термоиндикатора до превышения пороговой температуры первого термочувствительного элемента, который классифицируется как отсутствие дефекта, 2б-2г - частично сработавший термоиндикатор после превышения пороговой температуры первого, второго и третьего ТЭ, соответственно, такое срабатывание термоиндикатора классифицируется как развитие дефекта, 2д, е - полностью сработавший термоиндикатор после превышения пороговой температуры четвертого ТЭ и последующего охлаждения до температуры ниже пороговой температуры первого ТЭ, с сохранением внешнего вида термоиндикатора, такое срабатывание термоиндикатора классифицируется как аварийный дефект, с указанным расстоянием α между границами МТЭ и БТЭ.

На фиг. 3 показан термоиндикатор по настоящему изобретению, включающий три МТЭ 3, образующих термоиндикаторную шкалу, и один БТЭ 4, в варианте исполнения, в котором, БТЭ имеет большую пороговую температуру, чем МТЭ, все ТЭ имеют одинаковый цветовой переход (белый-черный), а в области БТЭ, помимо численных значений пороговых температур 5, дополнительно расположены информационные знаки, предупреждающие об опасности 6. Основа 1 и/или защитный слой имеет окрашивание в желтый цвет для маркировки фаз электрооборудования. 3а - первоначальный вид термоиндикатора, 3б - полностью сработавший термоиндикатор после превышения пороговой температуры БТЭ, с указанным расстоянием а между границами МТЭ и БТЭ.

На фиг. 4 показан термоиндикатор по настоящему изобретению, включающий четыре МТЭ 3, образующих термоиндикаторную шкалу, и один БТЭ 4, в варианте исполнения, в котором, БТЭ имеет большую пороговую температуру чем МТЭ, все ТЭ имеют одинаковый цветовой переход (белый-черный). Информационные элементы, показывающие численные значения пороговый температур 5 МТЭ, расположены на основе 1 и/или защитном слое, рядом с соответствующими МТЭ, а в области БТЭ расположен информационный элемент, показывающий численное значение пороговой температуры 5 БТЭ, а также дополнительно расположены информационные знаки, предупреждающие об опасности 6. Основа 1 обладает световозвращающими и/или люминесцентными свойствами. 4а - первоначальный вид термоиндикатора, 4б - полностью сработавший термоиндикатор после превышения пороговой температуры БТЭ.

На фиг. 5 показан термоиндикатор по настоящему изобретению, включающий три МТЭ 3, образующих термоиндикаторную шкалу, и два БТЭ 4, в варианте исполнения, в котором, один БТЭ₁ имеет меньшую пороговую температуру, чем МТЭ, а второй БТЭ₂ имеет бОльшую пороговую температуру, чем МТЭ, БТЭ₁ имеет цветовой переход белый-зеленый, БТЭ₂ имеет цветовой переход белый-черный, МТЭ имеют цветовой переход белый-красный. Информационные элементы, показывающие численные значения пороговый температур 5 МТЭ, расположены на основе 1 и/или защитном слое, рядом с соответствующими МТЭ, а в области БТЭ расположены информационные элементы, показывающие численные значения пороговых температур 5 БТЭ. В области БТЭ₂, помимо численного значения пороговой температуры 5, дополнительно расположены информационные знаки, предупреждающие об опасности 6. 5а - первоначальный вид термоиндикатора, 5б - частично сработавший термоиндикатор после превышения пороговой температуры БТЭ₁, 5в - частично сработавший термоиндикатор после превышения пороговых температур МТЭ, 5г - полностью сработавший термоиндикатор после превышения пороговой температуры БТЭ₂.

На фиг. 6 показан термоиндикатор по настоящему изобретению, включающий четыре МТЭ 3, образующих двойную термоиндикаторную шкалу, и два БТЭ 4, в варианте исполнения, в котором, один БТЭ₁ имеет пороговую температуру лежащую между пороговыми температурами МТЭ, а второй БТЭ₂ имеет бОльшую пороговую температуру, чем МТЭ, все ТЭ имеют одинаковый цветовой переход (белый-черный). Основа окрашена с использованием обратимого термочувствительного материала 7. 6а - первоначальный вид термоиндикатора, 6б - частично сработавший термоиндикатор после превышения пороговых температур МТЭ₁ и обратимого термочувствительного материала, 6в - частично сработавший термоиндикатор после превышения пороговой температуры МТЭ₁, МТЭ₂ и БТЭ₁, 6г - полностью сработавший термоиндикатор после превышения пороговой температуры всех МТЭ и БТЭ, 6д - термоиндикатор после охлаждения до температуры, ниже температуры обратимого термочувствительного материала, с указанным расстоянием а между границами МТЭ и БТЭ.

На фиг. 7 показано срабатывание термоиндикатора при кратковременном аварийном нагреве, произошедшем слева от термоиндикатора. 7а - многотемпературный термоиндикатор, известный из уровня техники, при локальном нагреве слева от термоиндикатора, выше самой высокой пороговой температуры данного термоиндикатора, 7б - термоиндикатор по настоящему изобретению, включающий три МТЭ 3, образующих термоиндикаторную шкалу, и БТЭ 4, при при локальном нагреве слева от термоиндикатор, выше температуры срабатывания БТЭ.

На фиг. 8 показана слоистая структура термоиндикатор, выполненного в виде наклейки, включающей основу 1, имеющую желтый цвет, тыльная сторона которой покрыта клеевым слоем постоянной липкости 8 и защищена релизом 9, два МТЭ 3 и один БТЭ 4, защитный слой 10, покрывающий ТЭ и прикрепленный к основе в областях, свободных от ТЭ. 7а - с использованием ГТПМ (структура не показана) и окрашиванием основы в областях под МТЭ черным цветом, а в области под БТЭ - красным цветом, 7б - с использованием ГТПМ (структура не показана) и использованием впитывающего материала 11 черного цвета в области всех ТЭ.

На фиг. 9 показана структура ГТПМ, включающая частицы твердого органического вещества 12 и пустоты 13, заполненные газовой фазой (фиг. 9а), а также опорные элементы 14, равномерно распределенные по объему ГТПМ (фиг. 96).

Осуществление изобретения

Выбор основы устройства

В качестве основы 1 заявленного необратимого термоиндикатор а предпочтительно использование полимерных материалов, однако не исключается использование таких материалов как бумага, целлюлоза, тканые материалы. Предпочтительно материал основы 1 должен обладать эластичностью и гибкостью для обеспечения возможности установки термоиндикатора на поверхности сложной геометрии, включая поверхности с маленьким радиусом кривизны. Преимущественно в заявленном изобретении без ограничения применяют галогенсодержащие полимерные материалы, в частности, хлорсодержащие полимеры, например, сополимеры винилхлорида, а именно: сополимер С-15 (сополимер винилхлорида и винилацетата), сополимер ВХВД-40 (сополимер винилхлорида и винилиденхлорида), поливинилхлорид (ПВХ), литой ПВХ, поливинилиденфторид PVDF, фторопласт М-40, а также полиэфиры с добавками 6,5% гексабромциклододекана или полиэфиры, модифицированные 15% трихлоризопропилфосфата.

При использовании галогенсодержащей полимерной основы 1 диэлектрическая прочность термоиндикатора предпочтительно составляет не менее 5 кВ/мм, что является предпочтительным при использовании термоиндикатор а в энергетике. Также, галогенсодержащие материалы обладают низкой горючестью. При выборе материала основы необходимо учитывать его температуру плавления или разложения, которая должна быть выше максимальной температуры срабатывания термоиндикатора.

В одном из вариантов осуществления, термоиндикатор может быть выполнен в виде наклейки (фиг. 8). В этом случае основа 1 покрыта с тыльной стороны клеем постоянной липкости 8 и защищена релизом 9. В качестве клеевого слоя постоянной липкости могут быть использованы клеи на основе акриловых, полиуретановых, каучуковых, силиконовых, ПВХ полимеров. Предпочтительно адгезия клеевого слоя к нержавеющей стали, измеренная методом FINAT ТМ1 после 24 часов, составляет не менее 10 Н/25 мм.

В других вариантах основа 1 термоиндикатора может представлять собой полый цилиндр с разрезом или без него для получения устройств, представляющих собой термоиндикаторные клипсы, кембрики или наконечники. В этом случае основу 1 предпочтительно выполняют из полимерных материалов, обладающих упругостью и эластичностью, для обеспечения прочного крепления на проводах и других элементов электрооборудования круглого сечения без использования клеевых составов и других способов крепления.

При изготовлении термоиндикатора предпочтительно использование защитного слоя 10, который защищает ТЭ и само устройство от внешних воздействий окружающей среды, влажности, УФ-излучения и механических повреждений, увеличивает срок службы устройства. Материал защитного слоя 10 предпочтительно выбирают из прозрачных эластичных полимеров, предпочтительно, из галогенсодержащих полимеров, в частности, из поливинилхлорида, наиболее предпочтительно из литого поливинилхлорида. В качестве материалов для защитного слоя 10 предпочтительно используются гибкие эластичные полимерные пленки из поливинилхлорида, полиуретана, полимочевины и других полимеров.

Основа 1 и/или защитный слой 10 (в случае его наличия) могут обладать светоотражающими или люминесцентными свойствами для увеличения заметности как самого термоиндикатора, так и факта его срабатывания для повышения безопасности эксплуатации оборудования, на котором установлен термоиндикатор.

В частном случае основа 1 и/или защитный слой 10 (в случае его наличия) или их часть, могут быть окрашены в соответствии с требованиями маркировки фаз кабелей, монтажных проводов, жгутов и других элементов электрооборудования. Цвет основы 1 может быть изначально выбран в соответствии с ГОСТ 28763-90, устанавливающим, в частности, цветовую маркировку в области электротехники.

Для увеличения контрастности цветового перехода основа в зоне ТЭ может быть окрашена. На поверхность основы 1 и/или защитного слоя 10 (в случае его наличия) также может быть нанесена информация, включающая значения пороговых температур 5, срок годности устройства и другие данные.

В одном из вариантов осуществления может быть использована основа 1 и/или защитный слой 10 (в случае его наличия), которые включают множественные опорные элементы (ОЭ), между которыми располагается, по меньшей мере, часть термочувствительного материала.

Изготовление термочувствительного материала для ТЭ

В заявленном изобретении могут быть использованы различные ТЭ, принцип действия которых основан на изменении внешнего вида при достижении пороговой температуры. В одном термоиндикаторе предпочтительно использование ТЭ одного вида, однако, при необходимости, могут использоваться и ТЭ разных принципов действия. Предпочтительным является использование ТЭ, действие термочувствительных компонентов в которых основано на изменении внешнего вида при плавлении, в частности, на изменении прозрачности.

В частных случаях изменение внешнего вида по меньшей мере одного ТЭ, предпочтительно БТЭ, наиболее предпочтительно всех МТЭ и БТЭ, при достижении соответствующей пороговой температуры связано с увеличением прозрачности, достигаемой за счет расплавления вещества или группы веществ, входящих в состав ТЭ. При срабатывании термоиндикатора с такими ТЭ происходит проявление цвета основы 1, расположенной под ними. В зависимости от окрашивания основы под ТЭ, при срабатывании каждого из них может происходить одинаковый цветовой переход или разные цветовые переходы. Предпочтительно окрашивание основы под всеми ТЭ в черный цвет. В этом случае в исходном состоянии все ТЭ имеют, предпочтительно, белый цвет, тем самым, при срабатывании обеспечивается визуально наблюдаемый переход «белый-черный».

По меньшей мере один ТЭ, предпочтительно БТЭ 4, наиболее предпочтительно всех МТЭ 3 и БТЭ 4, может включать: газонаполненный термоплавкий материал (ГТПМ), предпочтительно, доля газовой фазы в котором составляет не менее 10 об. %; впитывающий материал; опорные элементы; по меньшей мере одно твердое органическое вещество с молекулярной массой меньше 2 кДа; по меньшей мере одно твердое органическое вещество, содержащее структурный фрагмент C_nH_(2n+1), где n ≥5, и преимущественно выбрано из группы состоящей из жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥12; солей жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥5; алканов, содержащих не менее 20 атомов углерода; диалкилфосфиновых кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥5; амидов жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥5; ангидридов жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥10; жирных алифатических спиртов, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥14; жирных алифатических аминов, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥17; нитрилов жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n ≥19.

В частных вариантах осуществления твердое органическое вещество/а ТЭ без ограничения выбрано из группы, состоящей из: капроната иттрия, бегената иттрия, ундеканата иттрия, лаурата иттрия, тридеканлаурата иттрия, тридеканпентадеканата иттрия, тридеканата иттрия, пентадеканата иттрия, пальмитата иттрия, каприлата иттербия, пальмитата лантана, нонадецината лантана, капроната лантана, ундеканата эрбия, нонадеканоата цинка, пальмитата цинка, капроната цинка, миристината цинка, стеарата цинка, лаурата кадмия, лауринмиристината кадмия, каприната свинца, стеарата свинца, лаурата свинца, лауринмиристината свинца, стеарата меди, стеарата кальция, стеарата лития, стеариновой кислоты, лауриновой кислоты, докозановой кислоты, эйкозановой кислоты, кротоновой кислоты, арахиновой кислоты, миристиновой кислоты, пальмитиновой кислоты, адипиновой кислоты, октановой кислоты, каприновой кислоты, трикозановой кислоты, тетратриаконтановой кислоты, 2,3-диметилнонановой кислоты, брассидиновой кислоты, 2-метил-2-додеценовой кислоты, элеостеариновой кислоты, бегенолевой кислоты, бегеновой кислоты, олеамида, стеарамида, лаурамида, эруциламида, амида каприновой кислоты, амида миристиновой кислоты, амида каприловой кислоты, анилида пальмитиновой кислоты, анилида салициловой кислоты, бетта-нафтиламида капроновой кислоты, фенилгидразида энантовой кислоты, гексиламида, октакозиламида, N-метилгептакозиламида, салициламида, гексадеканола, экукамида, 1-докозонола, трилаурина, трикозиламина, диоктадециламина, N,N-диметилоктиламина, диоктилфосфиновой кислоты, тритриаконтана, тетракозана, стеаринового спирта, цетилового спирта, хлористого ангидрида стеариновой кислоты, ангидрида пальмитиновой кислоты, ангидрида стеариновой и уксусной кислот, ангидрида лауриновой кислоты или их смесей с температурой плавления, отличающейся от пороговой температуры не более чем на 5°С.

При использовании ГТПМ в по меньшей мере одном ТЭ предпочтительно, чтобы при достижении соответствующей пороговой температуры происходило уменьшение объемной доли газа внутри ГТПМ не менее, чем в два раза. Это обеспечивает необратимость изменения прозрачности ГТПМ при превышении соответствующей пороговой температуры.

Применение, по меньшей мере, одного ТЭ, включающего ГТПМ с объемным содержанием газа не менее 10% также позволяет увеличить срок эксплуатации термоиндикатора и повысить достоверность определения перегрева за счет невозможности агрегирования твердого органического вещества через газовую фазу. Также, чем больше доля газа в ГТПМ, тем выше изначальный коэффициент преломления, контрастнее изменение внешнего вида за счет сильного снижения коэффициента преломления при превышении соответствующей пороговой температуры и значительнее разделение газовой и других фаз после срабатывания ГТПМ, что исключает возможность возврата ГТПМ в исходное газонаполненное состояние при выдержке сработавшего термоиндикатора при низких температурах и при перепадах температур.

Процесс изготовления ТЭ, включающего ГТПМ, подробно описан в ряде патентов авторов, в частности, в патенте RU 2800396 С1, публ. 21.07.2023, и может использоваться для создания термоиндикатора по настоящему изобретению.

Для изготовления, по меньшей мере, одного ГТПМ твердое органическое вещество измельчают на шаровой мельнице до размера 2-3 мкм, добавляют жидкую фазу, представленную водой или органическим растворителем с температурой кипения менее 180°С и перемешивают полученную суспензию, при этом преимущественно обеспечивают периодическое диспергирование смеси с доступом воздуха до постоянной плотности смеси. Жидкая фаза, предпочтительно, представляет собой воду или органический растворитель, растворимость в котором твердого органического вещества ГТПМ не превышает 100 г/кг.

В предпочтительных вариантах изобретения жидкую фазу добавляют в количестве не менее 50 масс. %, наиболее предпочтительно от 50 масс. % до 90 масс. %.

Разница плотностей жидкой фазы и твердого органического вещества предпочтительно составляет менее 0,2 г/см³. С этой целью жидкая фаза может быть без ограничения выбрана из группы, состоящей из изопропанола, воды, метанола, 1-пропанола, изобутанола, монометилового эфира этиленгликоля, 1-бутанола, ацетонитрила, уксусной кислоты, гексана, гептана, октана, нонана, 1,1,1-трифторэтанола, 1,1,1,3,3,3-гексафторизопропанола, N,N-диметилформамида, толуола, ксилола, этанола, бутилацетата, ацетона и их смесей. Полученную суспензию или пасту наносят на основу и/или защитный слой и/или на впитывающий материал и высушивают под действием сухого воздуха, температуры или вакуума.

Такой способ обеспечивает получение ГТПМ, включающего твердое органическое вещество, предпочтительно представленное в виде частиц с равномерно распределенными пустотами, заполненными газом. В зависимости от природы твердого органического вещества, вид получающихся частиц преимущественно может представлять собой зерна, кристаллы, волокна, чешуйки или их конгломераты.

В частных случаях, по меньшей мере, один ГТПМ дополнительно содержит прозрачное, по крайней мере, для части видимого света полимерное связующее. В некоторых вариантах осуществления, за счет связующего обеспечивается приклеивание ГТПМ к основе или впитывающем материале. В этом случае измельченное твердое органическое вещество суспендируют в растворе прозрачного, по крайней мере, для части видимого света связующего в растворителе с температурой кипения ниже 150°С. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения для обеспечения эффекта глазирования твердого органического вещества связующее присутствует в получаемом ГТПМ в количестве 1-30 масс. %.

Прозрачное полимерное связующее может быть без ограничения выбрано из группы, состоящей из фенолформальдегидной смолы, бутилметакриловой смолы, меламинформальдегидной смолы, поливинилбутираля, полибутилметакрилата, полиизобутилметакрилата, полибутилакрилата, феноксисмолы, полистирольно-акриловой эмульсии, полиолефина, полистирола, полиакрилата, полиэфирсульфона, полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилиденфторида, политетрафторэтилена, полиэфирсульфона, полиизопрена, полипропилена, полибутадиена, полиизобутилена, поливинилацетата, полиметакрилата, этилцеллюлозы, поливинилхлорида, поливинилиденхлорида, поликарбоната, поликапролактона, полиэтилентерефталатной смолы, полибутилентерефталатной смолы, полиамидной смолы, поливинилиденфторида, полиэфира, полиэфирных смол, гидроксиэтилцеллюлозы, метилцеллюлозы, этилцеллюлозы, нитроцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлозы, желатина, агар-агара, казеина, гуммиарабика, поливинилового спирта, полиэтиленоксида или их смесей, но не ограничиваться ими.

По меньшей мере один ТЭ, предпочтительно БТЭ, наиболее предпочтительно всех МТЭ и БТЭ, подбирают таким образом, чтобы при достижении соответствующей пороговой температуры в интервале не более 5°С, предпочтительно не более 2°С, скорость срабатывания составляла не более 5 секунд, предпочтительно не более 2 секунд.

В различных вариантах осуществления ТЭ подбирают таким образом, что пороговые температуры, в частности для МТЭ, могут быть выбраны из диапазона от 50 до 210°С. При этом численные значения пороговых температур ТЭ могут быть выбраны, в частности, из группы 50°С, 55°С, 60°С, 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, 120°С, 130°С, 140°С, 150°С, 160°С, 170°С, 180°С, 190°С, 200°С, 210°С.

Для устройства, содержащего три различных МТЭ (МТЭ₁, МТЭ₂, МТЭ₃) пороговые температуры могут составлять 50°С, 55°С, 60°С, или 50°С, 60°С, 70°С, или 50°С, 70°С, 80°С, или 60°С, 70°С, 80°С, или 60°С, 80°С, 100°С, или 60°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 80°С, 90°С, или 70°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 100°С, 120°С, или 70°С, 110°С, 130°С, или 80°С, 90°С, 100°С, или 80°С, 120°С, 140°С, или 80°С, 120°С, 150°С, или 90°С, 100°С, 110°С, или 90°С, 110°С, 130°С, или 100°С, 120°С, 140°С.

Для устройства, содержащего четыре различных МТЭ (МТЭ₁, МТЭ₂, МТЭ₃, МТЭ₄) пороговые температуры могут составлять 50°С, 55°С, 60°С, 70°С, или 50°С, 60°С, 70°С, 80°С, или 50°С, 70°С, 90°С, 110°С, или 60°С, 70°С, 80°С, 90°С, или 60°С, 70°С, 80°С, 100°С, или 60°С, 80°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, или 70°С, 90°С, 100°С, 120°С, или 70°С, 90°С, 110°С, 130°С, или 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, или 80°С, 100°С, 120°С, 140°С, или 80°С, 100°С, 120°С, 150°С.

Значения температур срабатывания МТЭ и БТЭ могут быть разными в зависимости от эксплуатационных задач. Температура срабатывания БТЭ может быть равна температуре срабатывания одного из МТЭ, а может отличаться от температур срабатывания МТЭ. В частности, пороговая температура БТЭ может быть на 30°С выше самого высокотемпературного МТЭ. Термоиндикатор может содержать более одного БТЭ. В этом случае пороговая температура второго БТЭ также может быть равна пороговой температуре одного из МТЭ, быть выше или ниже граничных значений температур срабатывания МТЭ.

В частных случаях реализации изобретения один или несколько ТЭ могут содержать ОЭ, равномерно расположенные в объеме термочувствтительного материала, которые добавляются к нему при его изготовлении. В качестве опорных элементов можно применять элементы, выполненные из материала, температура плавления которого выше температуры срабатывания ТЭ. В качестве материалов для ОЭ могут быть выбраны полимерные материалы, в частности, галогенсодержащие полимеры, такие как поливинилхлорид и литой поливинилхлорид, а также стекло, керамика, металлы, неметаллы и изделия на их основе, например, сетки, волокна, микросферы, тканые или нетканые материалы обладающие указанными выше характеристиками.

В частных случаях реализации изобретения один или несколько ТЭ могут включать ВМ, который впитывает расплав термоплавкого материала во время его срабатывания. Использование ВМ обеспечивает дополнительное усиление технического результата за счет невозвратности срабатывания ТЭ. Кроме того, ВМ может выполнять функцию ОЭ, описанных выше.

В частных случаях ВМ выполнен из пористых или сорбирующих материалов, предпочтительно микропористых материалов. ВМ может быть без ограничения выбран из бумаги, микроцеллюлозы, шерсти, шелка, войлока, хлопка, льна, молекулярных сит, цеолитов, силикагеля, аэросила, микросфер и керамики. Наиболее предпочтительно применение микропористых материалов с диаметром пор не более 2 мкм. ВМ может быть окрашен. В этом случае при срабатывании проявляется окраска ВМ. Альтернативно, ВМ может становиться прозрачным при впитывании расплава (силикагель, аэросил). В таком случае при срабатывании ТЭ будет проявляться цвет основы.

Общая технология изготовления термоиндикатора

Частично или полностью окрашенную или неокрашенную основу закрывают защитной полимерной пленкой, за исключением зоны, на которой должен располагаться МТЭ₁. Наносят МТЭ₁ выбранным способом, зависящим от типа использующегося термочувствительного материала. Далее пленку убирают и повторяют последовательность действий для нанесения остальных МТЭ 3 и БТЭ 4. При этом необходимо, чтобы площадь БТЭ была по меньшей мере в два раза больше площади каждого МТЭ. Форма БТЭ и МТЭ может быть одинаковой или отличаться в зависимости от требований к термоиндикатору. Область основы, свободная от ТЭ может быть покрыта термочувствительным материалом 7, обратимо изменяющим свой внешний вид при нагревании выше соответствующей пороговой температуры.

При взаимном расположении МТЭ 3 и БТЭ 4 на поверхности основы 1 предпочтительно выполняются следующие требования:

- площадь БТЭ составляет не менее 25 мм², предпочтительно, не менее 100 мм²;

- БТЭ занимает не менее 10%, преимущественно не менее 20%, общей площади термоиндикатора;

- площади МТЭ различаются не более чем на 20%, предпочтительно не более чем на 10%;

- площадь БТЭ больше или равна суммарной площади всех МТЭ;

- МТЭ располагаются последовательно в порядке увеличения пороговых температур для формирования термоиндикаторной шкалы;

- расстояние от границы БТЭ до каждого из МТЭ отличается не более чем на 50%, предпочтительно не более чем на 20%.

Общая площадь поверхности основы, содержащей ТЭ, предпочтительно составляет от 3 до 97% площади лицевой поверхности основы, предпочтительно, не менее 30%, что позволяет выявлять сработавшие термоиндикатора с дальнего расстояния, а также позволяет выявлять точечные нагревы большой поверхности оборудования.

После нанесения всех ТЭ в некоторых вариантах выполнения изобретения термоиндикатор покрывают прозрачным по меньшей мере для части видимого света, по крайней мере в области ТЭ защитным слоем 10.

Принцип работы термоиндикатора

Термоиндикатор по заявленном изобретении работает следующим образом. В исходном состоянии все ТЭ имеют одинаковый, преимущественно белый цвет. До момента нагрева всей поверхности термоиндикатора или отдельных его участков, расположенных под ТЭ, до порогового значения самого низкотемпературного ТЭ (T1) сохраняется первоначальный вид термоиндикатора. При нагреве поверхности выше пороговой температуры самого низкотемпературного ТЭ (T1) происходит необратимое изменение внешнего вида этого ТЭ. При этом, другие ТЭ, имеющие пороговые температуры Т₂ … T_n>T₁, сохраняют свой первоначальный вид. Дальнейшее повышение температуры поверхности, на которой размещен фрагмент термоиндикатора, до температуры Т₂ … T_n приводит к последовательному необратимому срабатыванию соответствующих ТЭ с пороговыми температурами Т₂ … T_n. При этом, если максимальная температура поверхности будет ниже хотя бы одной из пороговых температур T_n, то соответствующие ТЭ сохранят свой исходный внешний вид. При последующем охлаждении поверхности зоны со сработавшими ТЭ сохраняют свой внешний вид, в результате чего внешний вид всего термоиндикатора не возвращается в первоначальное состояние. Тем самым обеспечивается возможность визуальной регистрации превышения температуры выше порогового значения температуры, как в момент перегрева, так и по истечению длительного времени.

В случае использования в БТЭ термочувствительных материалов, срабатывание которых основано на плавании термоплавкого компонента, при точечном нагреве контролируемой поверхности до температуры срабатывания БТЭ происходит частичное изменение его внешнего вида только в той области, которая была нагрета выше пороговой температуры, с сохранением исходного внешнего вида остальных зон, не подвергавшихся нагреву. В этом случае, для повышения достоверности теплового контроля, предпочтительно, расположение БТЭ вдоль термоиндикаторной шкалы.

Предпочтительно использование таких ТЭ, которые обеспечивают невозвратность исходного внешнего вида термоиндикатора при охлаждении устройства до 20°С и выдержке при этой температуре в течение, по меньшей мере, одного месяца, преимущественно одного года и более. В преимущественных вариантах исполнения термоиндикатор имеет срок службы не менее пяти лет, предпочтительно, не менее десяти лет.

Термоиндикатор по заявленному изобретению может найти применение как в электротехнике для контроля температуры поверхности электрооборудования, такого как комплектные распределительные устройства, коробки БРНО, электрощитки и т.п. и его отдельных элементов (провода, кабели, контактные соединения и т.п.), так и других устройств промышленного или бытового назначения, которые требуют контроля температуры.

При визуальном осмотре смонтированного на оборудовании термоиндикатора можно достоверно и с высокой точностью зарегистрировать факт превышения температуры на всей поверхности или на ее участке, превышающей, по меньшей мере, одно пороговое значение, а сочетание на одном термоиндикаторе нескольких МТЭ и по меньшей мере одного БТЭ, обеспечит повышение безопасности эксплуатации электрооборудования, за счет обеспечения простоты интерпретации результатов термоиндикаторного контроля, без потери его информативности.

Ниже представлены предпочтительные варианты осуществления заявленном изобретении, которые являются иллюстрирующими и никак не ограничивают объем испрашиваемой правовой охраны.

Примеры

Общая технология изготовления устройства

Для примеров рассмотрено использование термочувствительных материалов, основанных на фазовом переходе и изменяющих свой внешний вид путем увеличения прозрачности при достижении температуры фазового перехода. Все ТЭ изготавливали способу, раскрытому в предыдущем разделе. Для примеров рассмотрены варианты исполнения устройства в виде наклейки, однако возможны и другие способы реализации заявленного устройства. В качестве основы использовались полимерные галогенсодержащие пленки с клеевым слоем, обеспечивающим среднее значение адгезии (FINAT ТМ 1, через 24 часа, нержавеющая сталь) 10Н/25 мм. В качестве клеевого слоя использовали акриловый клей.

Также возможно использование термочувствительных материалов, основанных на механическом разрушении термочувствительного компонента, химической реакции, а также на смешивании компонентов при плавлении и впитывании термоплавких компонентов в подложку. Во всех случаях общий принцип изготовления и работы устройства не меняется.

Область лицевой поверхности основы, на которую не должен попасть первый ТЭ, заклеили защитной полиэтиленовой пленкой требуемой формы и несколько раз обработали валиком с соответствующим термочувствительным материалом. Количество проходов от 3-х до 20-ти, до получения равномерного непрозрачного покрытия. После полного высыхания слоя, защитную пленку снимали и последовательно повторяли процедуру нанесения второго и последующих ТЭ. При использовании термочувствительных материалов, основанных на фазовом переходе и изменяющих свою прозрачность при достижении пороговых температур, зоны таких термочувствительных материалов в исходном состоянии имеют белый цвет.

Пример 1

Изготовили два термоиндикатора размером 40*60 мм (2400 мм²) с тремя МТЭ и одним БТЭ, нанесенными на основу, как указано на фиг. 3. В качестве МТЭ₁ использовали термочувствительный состав с пороговой температурой 60°С, в качестве МТЭ₂ использовали термочувствительный состав с пороговой температурой 70°С, в качестве МТЭ₃ использовали термочувствительный состав с пороговой температурой 80°С, в качестве БТЭ использовали термочувствительный состав с пороговой температурой 100°С. БТЭ имеет прямоугольную форму и размер 17*56 мм (952 мм²), что составляет 40% общей площади поверхности термоиндикатора. Каждый МТЭ имеет квадратную форму и размер 17*17 мм (289 мм²). Таким образом, суммарная площадь всех МТЭ составляет 867 мм², что меньше площади БТЭ. МТЭ расположены в порядке увеличения пороговых температур с образованием термоиндикаторной шкалы. БТЭ расположен вдоль всех МТЭ. Расстояние между границей БТЭ и границами каждого из МТЭ одинаково и составляет 2 мм (фиг. 3б).

Один термоиндикатор установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо равномерно нагрели со скоростью 5°С/мин до температуры 60°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания МТЭ₁ посредством визуальной фиксации цветового перехода белый-черный. Затем поверхность последовательно равномерно нагрели до температур 70°С, 80°С и 100°С и зафиксировали факты срабатывания соответствующих зон устройства посредством визуальной фиксации цветового перехода белый-черный. Время, за которое произошло срабатывание и изменение внешнего вида МТЭ₁, составило 2 секунды, МТЭ₂ - 1 секунду, МТЭ₃ - 2 секунды, БТЭ - 1 секунду. После заключительного охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение изменившегося внешнего вида всех зон с термочувствительными материалами.

Второй термоиндикатор установили при комнатной температуре на поверхность тонкой металлической пластины, к которой с обратной стороны ближе к одной из граней приложили источник точечного нагрева, который контролируемо нагрели со скоростью 5°С/мин до температуры 100°С. Зафиксировали изменение внешнего вида части БТЭ, расположенной ближе к источнику нагрева, путем визуальной фиксации цветового перехода белый-черный с сохранением первоначального внешнего вида части БТЭ, расположенной вдали от источника нагрева. Также зафиксировали изменение внешнего вида МТЭ₁ и МТЭ₂, расположенных ближе к источнику нагрева, с сохранением исходного внешнего вида МТЭ₃, расположенного дальше от него. После охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение изменившегося внешнего вида части БТЭ, МТЭ₁ и МТЭ₂. Таким образом, при использовании ТЭ, действие которых основано на плавлении термочувствительного компонента, в результате частичного срабатывания устройства при точечном нагреве поверхности и расположении источника нагрева сбоку от устройства, расположение сработавшей части БТЭ, а также частичное срабатывание МТЭ позволяет не только определить максимальную температуру, до которой произошел нагрев, но и предположить расположение источника нагрева.

Пример 2

Изготовили термоиндикатор размером 50*100 мм (5000 см²) с четырьмя МТЭ и двумя БТЭ, нанесенными на основу, как указано на фиг. 6. Перед нанесением ТЭ основа была покрыта пигментированной зеленой термокраской Tempilaq обратимого действия с температурой изменения внешнего вида 58°С. В качестве МТЭ₁ использовали термочувствительный состав с пороговой температурой 60°С, в качестве МТЭ₂ использовали термочувствительный состав с пороговой температурой 70°С, в качестве МТЭ₃ использовали термочувствительный состав с пороговой температурой 90°С, в качестве МТЭ₄ использовали термочувствительный состав с пороговой температурой 100°С, в качестве БТЭ₁ использовали термочувствительный состав с пороговой температурой 80°С, в качестве БТЭ₂ использовали термочувствительный состав с пороговой температурой 110°С. БТЭ имеют одинаковую прямоугольную форму и размер 20*40 мм (800 мм²), что составляет 16% общей площади поверхности термоиндикатора для каждого БТЭ. Каждый МТЭ имеет круглую форму диаметром 20 мм (314 мм²). МТЭ попарно расположены в порядке увеличения пороговых температур с образованием термоиндикаторной шкалы. БТЭ расположены вдоль МТЭ так, что на термоиндикаторе можно выделить две зоны, в которых расстояние между границами БТЭ и ближайших к ним МТЭ одинаковы (зона, содержащая МТЭ₁, МТЭ₂ и БТЭ₁, а также зона, содержащая МТЭ₃, МТЭ₄ и БТЭ₂). Минимальное расстояние между границей БТЭ₁, расположенного в центре, и границами каждого из МТЭ одинаково и составляет 3 мм (фиг. 6д).

Термоиндикатор установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо равномерно нагрели со скоростью 5°С/мин до температуры 60°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания МТЭ₁ посредством визуальной фиксации цветового перехода белый-черный, а также зафиксировали факт срабатывания термокраски с цветовым переходом зеленый-красный. Затем поверхность последовательно равномерно нагрели до температур 70°С, 80°С, 90°С, 100°С и 110°С и зафиксировали факты срабатывания соответствующих зон устройства посредством визуальной фиксации цветового перехода белый-черный. Время, за которое произошло срабатывание и изменение внешнего вида МТЭ₁, составило 2 секунды, МТЭ₂ - 1 секунду, МТЭ₃ - 2 секунды, МТЭ₄ - 4 секунды, БТЭ₁ - 3 секунды, БТЭ₂ - 1 секунду. После заключительного охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение изменившегося внешнего вида всех зон с термочувствительными материалами и возвращение исходного зеленого цвета термокраски.

Пример 3

Изготовили термоиндикатор размером 20*30 мм (600 см²) с двумя МТЭ и одним БТЭ, нанесенными на основу, как указано на фиг. 1. В качестве МТЭ₁ использовали термочувствительный состав с пороговой температурой 70°С, в качестве МТЭ₂ использовали термочувствительный состав с пороговой температурой 90°С, в качестве БТЭ использовали термочувствительный состав с пороговой температурой 50°С. БТЭ имеет прямоугольную форму и размер 16*10 мм (160 мм²), что составляет 27% общей площади поверхности термоиндикатора для каждого БТЭ. Каждый МТЭ имеет круглую форму диаметром 8 мм (50 мм²). Таким образом, суммарная площадь всех МТЭ составляет 100 мм², что меньше площади БТЭ. МТЭ расположены в порядке увеличения пороговых температур с образованием термоиндикаторной шкалы. БТЭ расположен вдоль всех МТЭ. Минимальное расстояние а между границей БТЭ и границами каждого из МТЭ одинаково и составляет 3 мм (фиг. 1д).

Термоиндикатор установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо равномерно нагрели со скоростью 5°С/мин до температуры 50°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания БТЭ посредством визуальной фиксации цветового перехода белый-зеленый. Затем поверхность последовательно равномерно нагрели до температур 70°С и 90°С и зафиксировали факты срабатывания соответствующих зон устройства посредством визуальной фиксации цветового перехода белый-красный. Время, за которое произошло срабатывание и изменение внешнего вида МТЭ₁, составило 3 секунды, МТЭ₂ - 1 секунду, БТЭ - 2 секунды. После заключительного охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение изменившегося внешнего вида всех зон с термочувствительными материалами.

Все изготовленные термоиндикаторы, показали высокую информативности теплового контроля, заметность срабатывания, а также простоту интерпретации результатов. Кроме того, разработанные термоиндикаторы имеют высокую скорость, точность и необратимость срабатывания, что делает их предпочтительными для использования в энергетике.

Изобретение относится к области термоиндикаторных устройств, представляющих из себя многотемпературные необратимые термоиндикаторы с термоиндикаторной шкалой, включающей малые термочувствительные элементы, и дополнительным большим термочувствительным элементом. Необратимый термоиндикатор включает основу, на которой расположены термочувствительные элементы (ТЭ), выполненные с возможностью необратимого изменения внешнего вида при достижении соответствующих им пороговых температур, среди которых можно выделить по меньшей мере два малых термочувствительных элемента (МТЭ₁ и МТЭ₂), имеющих различные температуры срабатывания; по меньшей мере один большой термочувствительный элемент (БТЭ). При этом площадь БТЭ по меньшей мере в два раза больше площади как МТЭ₁, так и МТЭ₂. Изобретение обеспечивает повышение безопасности эксплуатации оборудования, оснащенного термоиндикаторами по изобретению, за счет обеспечения простоты интерпретации результатов термоиндикаторного контроля, без потери его информативности. 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Необратимый термоиндикатор, включающий основу, на которой расположены термочувствительные элементы (ТЭ), выполненные с возможностью необратимого изменения внешнего вида при достижении соответствующих им пороговых температур за счет плавления вещества или группы веществ, входящих в состав ТЭ, среди которых можно выделить:

- по меньшей мере два малых термочувствительных элемента (МТЭ₁ и МТЭ₂), имеющих различные пороговые температуры;

- по меньшей мере один большой термочувствительный элемент (БТЭ); отличающийся тем, что площадь БТЭ по меньшей мере в два раза больше площади как МТЭ₁, так и МТЭ₂, а минимальное расстояние от границы БТЭ до границы каждого из МТЭ отличается не более чем на 50%.

2. Термоиндикатор по п. 1, в котором скорость срабатывания по меньшей мере одного ТЭ, преимущественно БТЭ, наиболее предпочтительно БТЭ и МТЭ, составляет не более 5 секунд, предпочтительно не более 2 секунд.

3. Термоиндикатор по п. 1, в котором БТЭ расположен вдоль по меньшей мере МТЭ₁ и МТЭ₂.

4. Термоиндикатор по п. 1, в котором минимальное расстояние от границы БТЭ до границы каждого из МТЭ отличается не более чем на 20%.

5. Термоиндикатор по п. 1, в котором можно выделить по меньшей мере три малых термочувствительных элемента (МТЭ₁, МТЭ₂, МТЭ₃), имеющие различные пороговые температуры, предпочтительно расположенные на термоиндикаторе в порядке возрастания пороговых температур.

6. Термоиндикатор по п. 1, в котором в исходном состоянии основная площадь МТЭ и БТЭ имеет одинаковый, преимущественно белый цвет.

7. Термоиндикатор по п. 1, в котором при срабатывании МТЭ и БТЭ обеспечивается цветовой переход белый-черный.

8. Термоиндикатор по п. 1, в котором окраска БТЭ и по меньшей мере одного МТЭ после срабатывания различается.

9. Термоиндикатор по п. 1, в котором МТЭ образуют термоиндикаторную шкалу, преимущественно включающую температуры, выбранные из списка 50°С, 55°С, 60°C, 65°С, 70°С, 80°C, 90°С, 100°С, 110°С, 120°С, 130°С, 140°С, 150°С, 160°С, 170°С, 180°С, 190°С, 200°С, 210°С.

10. Термоиндикатор по п. 1, отличающийся тем, что содержит два БТЭ, имеющих различные пороговые температуры,

11. Термоиндикатор по п. 1, в котором площади МТЭ различаются не более чем на 20%, предпочтительно не более чем на 10%.

12. Термоиндикатор по п. 1, в котором площадь БТЭ составляет не менее 25 мм², предпочтительно не менее 100 мм².

13. Термоиндикатор по п. 1, в котором БТЭ занимает не менее 10%, преимущественно не менее 20% общей площади лицевой поверхности термоиндикатора.

14. Термоиндикатор по п. 1, в котором суммарная площадь всех МТЭ меньше площади БТЭ.

15. Термоиндикатор по п. 1, в котором форма БТЭ отличается от формы МТЭ.

16. Термоиндикатор по п. 1, в котором пороговая температура БТЭ отличается от пороговых температур МТЭ, в частности пороговая температура БТЭ выше, чем пороговые температуры всех МТЭ термоиндикатора, или пороговая температура БТЭ ниже, чем пороговые температуры всех МТЭ термоиндикатора, или пороговая температура БТЭ лежит в диапазоне между пороговыми температурами МТЭ термоиндикатора.

17. Термоиндикатор по п. 1, отличающийся тем, что обладает, по меньшей мере, одним свойством, выбранным из группы свойств (1) - (6):

(1) в котором по меньшей мере один ТЭ, предпочтительно БТЭ, включает газонаполненный термоплавкий материал (ГТПМ), предпочтительно, доля газовой фазы в котором составляет не менее 10 об. %;

(2) в котором по меньшей мере один ТЭ содержит впитывающий материал (ВМ);

(3) в котором по меньшей мере один ТЭ содержит опорные элементы (ОЭ);

(4) по меньшей мере один ТЭ включает по меньшей мере одно твердое органическое вещество с молекулярной массой меньше 2 кДа;

(5) по меньшей мере один ТЭ изменяет внешний вид только в той области, которая была нагрета выше соответствующей пороговой температуры, с сохранением исходного внешнего вида других областей ТЭ, температура которых не превышала соответствующую пороговую температуру;

(6) по меньшей мере один ТЭ включает по меньшей мере одно твердое органическое вещество, содержащее структурный фрагмент C_nH_(2n+1), где n больше или равно 5 и преимущественно выбрано из группы, состоящей из жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n больше или равно 12; солей жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n больше или равно 5; алканов, содержащих не менее 20 атомов углерода; диалкилфосфиновых кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n больше или равно 5; амидов жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n больше или равно 5; ангидридов жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n больше или равно 10; жирных алифатических спиртов, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n больше или равно 14; жирных алифатических аминов, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n больше или равно 17; нитрилов жирных алифатических кислот, содержащих структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n больше или равно 19.

18. Термоиндикатор по п. 1, отличающийся тем, что обладает по меньшей мере одним свойством, выбранным из группы свойств (1) - (7):

(1) выполнен в виде наклейки;

(2) является эластичным;

(3) выполнен с возможностью маркировки элементов электрооборудования или цветовой маркировки фаз;

(4) тыльная сторона основы содержит клеевой слой постоянной липкости с адгезией не менее 10 Н/25 мм к нержавеющей стали, измеренной методом FINAT ТМ1 после 24 ч;

(5) основа выполнена из ПВХ, предпочтительно из литого ПВХ;

(6) ТЭ и по меньшей мере часть основы покрыты защитным слоем, который предпочтительно выполнен из ПВХ и является прозрачным по меньшей мере для части видимого света, по крайней мере в области ТЭ;

(7) основа частично окрашена с использованием термочувствительного материала, обратимо изменяющего свой внешний вид при нагревании выше соответствующей пороговой температуры.