Датчик температуры Советский патент 1984 года по МПК H01G9/22 G01K7/26 

vl СП

00 ND

О

Изобретение относится к горному делу и может быть исполь.зовано для оперативного определения температуры горных пород в скважинах горных массивов угольных и сланцевых шахт

Известен { лубинный термометр, содержащий установленные в одном корпусе экран со светочувствительным элементом и ртутный термометр с капилляром, ;, снабженный фиксированной диафрагмой, выполненной со щелью, напротив которой установлен экран И

Недостатком данного термометра является малая точность.измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является датчик . температуры, содержащий в качестве чувствительного элемента электрохимическую ячейку с обратимой окислительно-восстановительной системой .Ячейка содержит заполненный электролитом корпус с установленными в нем двумя -электрода; и включена в схему измерения, снабженную самописцем и источником питания, в которой между ячейкой и источником питания вклйчены задатчик тока и переключатель полярности тока 2 .

Известный датчик температуры имеет чувствительность 2-2,5%/град, но в виду необходимости подключения схемы считывания к промышленной сет датчик не обеспечивает искробезопасной работы, что недопустимо в шахтных условиях при пожароопасной ситуации. Кроме того, система громозд;ка, требует стационарных условий, 1что затрудняет ее эксплуатации в

полевых условиях. I

Целью изобретения является повышение требований техники безопасности путем обеспечения искробезопасности при наличии внутренней ЭДС.

Указанная цель достигается тем, что в датчике температуры, содержащем заполненный- электролитом корпус с установленными в нем двумя электродами, корпус, являющийся одним из электродов, выполнен в виде полого перфорированного графитового цилиндра, внутри которого коаксиально на изолированном стержне установлен второй . электрод из желёз;а, а в качестве электролита используется наполнитель из мелкодисперсного графита и водного раствора гидрата сульфата железа со следующим содержанием компонентов, мас.%:

Мелкодисперсный

графит70-75

Гидрат сульфата . железа10-15

Дистиллированная

вода10-20

На фиг. 1 представлен датчик, общий вид; на фиг. 2 - тарировочный график выходного напряжения датчика V , в функции измеряемой температуры, К.

5 Датчик температуры состоит из головной части 1 и полого перфорированного по боковой поверхности графитового корпуса 2, который является положительным электродом. Внутри 10 корпуса 2 размещен отрицательный электрод, выполненный в виде железной втулки 3, установленной на стержне 4. Пространство между корпусом 2 и втулкой 3 заполнено наполнителем, 5 состоящим из мелкодисперсного графитового порошка, пропитанного водным раствором гидрата сульфата железа. Кроме того, датчик температуры содержит втулку 5, выполненную 0 разъемной, к которой винтами б закреплен винтовой фланец 7 для присоединения составных штанг 8. Внутри штанг 8 расположены монтажные провода 9 , передающие на регист5 рируюций прибор 10. Таким образом, датчик представляет собой электрохимическую ячейку, состоящую из положительного электрода-корпуса 2, наполнителя, являющего электролитом, и отрицательного электрода - железной втулки 3.

Датчик работает следующим образом. В соответствии с законом Нернста величина ЭДС на электродах датчика определяется выражением

5 Е КдТ (n/nF)-T.ln(f ), (I) где Е - измеряемая разность потенциалов на обкладках ячейки, в;

Кф- коэффициент пропорциональ0ности К R/nF-InCf Cci ),

Б/к;

т - температура. К, И - число электронов, участвую- . щих в акте электрохимической 5 реакции;

f - коэффициент активности потенциалопределяющего иона{ cij- концентрация потенциалопределяющих ионов.

Для электрохимической системы

на основе водного раствора гидрата сульфата железа с использованием графитового и железного электродов 5 схема электрохимической реакции имеет вид

(2) (.К|с«-Н20:Ре50 -тн о РеИ

Q На поверхности электродов схемы электрохимических реакций имеют вид н-а.

угдеродном электроде

2Н20-Ю,9Н,О,2 на железном электроде H20,+ Fe504-TH20tFe-t-C- ,. f е о +FeCOH),4 co,i 50; 0 (в виду сложности характера реакции ратстановка коэффициентов не провед на) . Крутизна температурной зависимос ти KO определяется изменением кон центрации основных потенциалопределяющих ионов за счет протекания реакций Fe srS Fe Fe Fe . Одновременно за счет реакций окисления серы и графита с образованием слабых сернистыхИ угольных кислот в соответствии с (2) и (3) при увеличении температуры отношение концентраций ионов Fe и Fe значительно изменяется, что позволяет увеличить значение о вследствие увеличения величины. ln(f ci ) При введении датчика температуры в скважину и по мере его транспортирования по скважине регистрирующий прибор 10 показывает определенную постоянную ЭДС, которую непрерывно вырабатывает электрохими ческая ячейка. При наличии очага горения угля температура в скваясине повышается, что приводит к интен сификации электрохимических процессов, В результате величина ЭДС, регистрируемая измерительным прибором 10, увеличивается. Значение тем ператугы определяется по тарировочному графику, который получают экспериментальным путем следующим образом. 13 термопечь с изменяющимся градиентом температур вводится датчик температуры, на поверхности которого закреплена термопара. Затем датчик перемещается по длине термопечи В определенных точках транспортиров ния датчика одновременно снимаротся показания температуры и ЭДС датчика По выходным показаниям температуры термопары и ЭДС датчика строится тариррвочный график. Чувствительность датчика, крутиз на температурной зависимости, зависят от отношения концентрации основных потенциалопределяющих ионов Fe, Fe, а следовательно, и от концентрации электролита. Кроме того, скорость реакции, также влияющая на изменение концентрации ионов Fe, Fe, определяется активной поверхностью угольного графитовогоj электрода. Применение мелкодисперсного графитового порошка обеспечивает создание большой развитой поверхности. Таким образом, чувствительность датчика определяется соотношением компонентов н&полнителя, состоящего из мелкодисперсного графита и водного раствора гидрата сульфата железа. Экспериментально определено следующее оптимальное соотношение компонентов наполнителя, мас.%: Мелкодисперсный графит70-75 Гидрат сульфата железа10-15 Дистиллированная вода10-20Укаэанный оптимальный диапазон состава наполнителя обеспечивает постоянство выходных характеристик датчика, что подтверждено большим числом испытаний датчика. Тарировочный график (фиг. 2) получен экспериментально для образцов, имеющих соотношение компонентов наполнителя в пределах указанного оптимального диапазона. При этом отклонение тарировочного графика для каждого образца от графика незначительно. Несмотря на огра-ниченный ресурс работы вследствие потери активности наполнителя (3-4 дня) датчик надежно фиксирует повышение температуры в скважинах и удовлетворяет требованиям искробезопасности. Наличие внутренней ЭДС упрощает условия эксплуа.тации, не требует сложных электрических схем для снятия показаний. С учетом его транспортабельности, простоты изготовления, дешевизны датчик может найти широкое применение для оперативного температурного каратажа горных пород по скважинам.

ДАТЧИКТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий заполненный электролитом корпус с установленными в нем двумя электродами , отличающийся тем, что, с целью повышения техники безопасности, корпус, являющийся одним из электродов, выполнен в виде полого перфорированного графитового цилиндра, внутри которого коаксиально на йэолированном стержне установлен второй электрод из железа, а в качестве электролита используется наполнитель из мелкодисперсного графита и.водного раствора гидрата сульфата железа со следующим содержанием компонентов, мас.%: Мелкодисперсный графит70-75 Гидрат сульфата железа10-15 Дистиллированная вода10-20 (Л с