Кварцевый термометр Советский патент 1990 года по МПК G01K1/26 

Фиг Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к датчикам температуры, в которых в качестве чувствительного элемента используется термочувствительный кварцевый резонатор, и предназначено для измерения температуры жидкости и газа в трубопроводах гидрогазодинамических систем.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлен общий вид кварцевого термометра; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 -структурная схема,устройства.

Кварцевый термометр состоит из цилиндрического корпуса 1 с капсулой 2, расположенной в погружной части термометра, которая помещается в рабочую среду (жидкость или газ), В капсуле установлен кварцевый резонатор 3 с оболочкой 4. Капсула 2 и оболочка 4 предназначены для защиты кварцевого резонатора 3 от непосредственного воздействия рабочей среды, снижающего срок службы термометра из-за возможной деформации и разрушения элементов крепления кварцевого резонатора (проводов) и нарушения электрических связей резонатора. Капсула 2 является дополнительным защитным элементом, позволяющим использовать термометр в экстремальных условиях, например при. высоких давлениях рабочей среды. Для обеспечения работы кварцевого резонатора 3 в корпусе 1 над капсулой 2 установлен генератор 5. Генератор 5 с помощью платы б крепится к установочной шайбе 7 посредством винта 8. Шайба 7 жестко закреплена в корпусе крышкой 9. Крепление осуществляется посредством резьбового соединения 10. Для крепления платы 6 в шайбе предусмотрен вырез 11. Отверстие 12 шайбы позволяет осуществлять разводку проводов внутри корпуса.

Для закрепления термометра в трубопроводе предусмотрена резьба 13. Крепление осуществляется посредством шестигранного выступа 14.

С целью исключения влияния окружающей среды, в которой расположен трубопровод, на работу кварцевого резонатора 3, расположенного в погружной части термометра, кварцевый резонатор снабжен термоизолятором 15, установленным между капсулой 2 и корпусом 1,

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

двумя терморезисторами, один из которых 16 расположен в непогружной части корпуса 1, а другой 17 в капсуле ,2 кварцевого резонатора, и варикапом 18.

Термоизолятор 15 выполнен из двух резиновых колец разной жесткости, одно из которых 19 более мягкое, установлено между наружным буртиком 20 ка псулы 2 и торцом 21 корпуса 1. Другое резиновое кольцо 22 выполнено из более жесткого упругого материала и установлено на внутреннем буртике 23 корпуса 1 между жесткими теплоизоляционными прокладками 24, 25.

Резиновое кольцо 19 выполнено ступенчатым с внутренним 26 и внешним

27элементами термоизоляции, что повышает устойчивость капсулы 2 и изоляционные свойства термоизолятора.

Для обеспечения герметичности соединения капсулы 2ч с корпусом 1 термоизолятор снабжен прижимным элементом 28, выполненным в виде колпачка. Прижимной элемент (колпачок) целесообразно выполнить из термоизоляционного материала. Колпачок навинчен посредством резьбового соединения 29 на верхнюю часть капсулы 2. При навинчивании колпачок посредством жестких прокладок 24, 25 и буртика 23 корпуса обжимает кольцо 19, которое плотно прилегает к стенкам корпуса и капсулы, обеспечивая герметичность соединения, Одновременно сжинается кольцо 22, которое дополнительно герметизирует соединение и центрирует капсулу относительно корпуса совместно с кольцом 19.

Между прижимным элементом 28 и генератором 5 установлена теплоизоляционная крышка 30, выполненная из упругого материала, например из резины. Цилиндрическая часть 31 крышки расположена в зазоре между колпачком

28и корпусом 1 и плотно прилегает к поверхности корпуса и колпачка.

Для обеспечения технологичности и качества сборки крышки 30 может быть выполнена путем заливки компаундом после завинчивания компачка 28. При этом крышка 30 обеспечивает надежное фиксирование колпачка 28, предотвращая его отвинчивание в процессе эксплуатации термометра.

Для разводки проводов в колпачке 28 и крышке 30 предусмотрены отверстия 32, 33.

Завинчивание колпачка 28 осуществляется при помощи паза 34 под отвертку.

Плоская часть 35 крышки 30 выполняется с толщиной, обеспечивающей плотное прилегание нижней торцовой части платы 6 к поверхности крышки. Тем самым ribстирается крепление нижней части генератора, что повышает надежность крепления генератора в корпусе термометра.

Для обеспечения надежного контакта с контролируемой поверхностью терморезисторы 16, 17 крепятся к корпусу 1 и капсуле 2 при помощи клея.

Кварцевый термометр снабжен дешифратором 36, вынесенным за пределы корпуса и связанным электрически с генератором 5,

В-В - линия раздела погружной и непогружной частей термометра (фиг.1)

Для улучшения термоизоляции целеНаходящаяся в трубопроводе рабочая среда соприкасается с помещенной в нее капсулой 2„ При этом температура

сообразно корпус термометра выполнять

из материала меньшей теплопроводности.25рабочей среды через стенки капсулы 2

чем материал капсулы кварцевого резо-и.оболочки 4 передается во внутреннюю

натора. В качестве примера можно ре-полость оболочки и воспринимается

комендовать выполнение капсулы из ме-кварцевым резонатором 3. Генератор 5,

ди, а корпуса - из нержавеющей ста-связанный с кварцевым резонатором 3,

ли. В этом случае температура рабочей зогенерирует электрические колебания,

1550334

под воздействием измеряемой температуры рабочей среды, находящейся в трубопроводе. Кроме того, виброизоляция снижает вибронагрузки на крепление - провод 37 резонатора 3, что повышает надежность термометра. Выполненные из резины разной упругости кольца 19, 22 и крыгака 30 обеспечивают изоляцию в широком диапазоне виб- ронагрузок. Возникновение вибронагрузок связано с тем, что гидрогазодинамические системы имеют в своем составе побу5 дитель циркуляции рабочей среды, являющийся источником вибраций. Эти вибрации передаются трубопроводу, который, в свою очередь, создает вибронагрузки на кварцевый термометр.

Устройство работает следующим образом.

Находящаяся в трубопроводе рабочая среда соприкасается с помещенной в нее капсулой 2„ При этом температура

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам температуры, в которых в качестве чувствительного элемента используется термочувствительный кварцевый резонатор, и предназначено для измерения температуры жидкости и газа в трубопроводах гидрогазодинамических систем. Цель изобретения - повышение точности измерения. Кварцевый термометр содержит корпус 1 с капсулой 2, кварцевый резонатор 3, помещенный в капсуле 2, генератор 5, расположенный в корпусе 1 над капсулой 2. Кварцевый розонатор 3 снабжен термоизолятором 15, выполненным из упругого материала в виде двух колец 19 и 22 разной жесткости, прижимного элемента 28 и крышки из упругого материала 30, установленной на прижимном элементе 28. Выполненные из резины разной упругости кольца 19, 22 и крышка 30 обеспечивают изоляцию в широком диапазоне вибронагрузок. 4 ил.

среды, в которую погружается капсула, будет быстро передаваться кварцевому резонатору 3, что снизит инерционность термометра. Рекомендуется в этих же целях оболочку 4 соединить непосредственно с внутренней поверхностью капсулы с помощью пайки. В свою очередь корпус 1, выполненный из материала меньшей теплопроводности, чем капсула 3, снижает воздействие окружающей среды на капсулу, а следовательно, на кварцевый резонатор. Тем. самым достигается повышение точности измерения температуры за счет

35

40

частота которых однозначно связана с температурой рабочей среды в трубопроводе. Колебания с выхода генератора воспринимаются дешифратором 36, который переводит их в -показания температуры контролируемой рабочей среды.

Для дополнительного повышения точности измерения температуры рабочей среды в термометре предусмотрены терморезисторы 16, 17 и варикап J8. Их функция состоит в том, чтобы устранить остаточное влияние на показания термометра температуры окружающей

уменьшения теплопередачи через корпус. 45 среды. Эти остаточные влияния вызваны Благодаря тому, что контактные непосредственной близостью расположе- элементы термоизолятора 15 выполнены из упругих материалов (в частности, кольца 19, 22 и крышка 30), термоизолятор помимо функции изоляции квар- о цевого резонатора от влияния на его показания температуры окружающей среды дополнительно обеспечивает виброизоляцию кварцевого резонатора 3. Это

ния корпуса к капсуле резонатора, которая, обладая высокой теплопроводностью, восприимчива к остаточным температурным воздействиям окружающей среды, воспринимаемым от корпуса 1, теплоизолятора 15 и конвективно через внутренние полости термометра.

Работа терморезисторон 16, 17 остакже способствует повышению точностинована на том, что терморезистор 16

показаний кварцевого термометра. Виб-постоянно измеряет температуру корпуроизоляция устраняет влияние внешнихса термометра, а терморезистор 17 вибраций на рабочие (функциональные),температуру капсулы кварцевого резоколебания резонатора 3, возникающие,натора 3, которые неодинаковы. б икси5

0

частота которых однозначно связана с температурой рабочей среды в трубопроводе. Колебания с выхода генератора воспринимаются дешифратором 36, который переводит их в -показания температуры контролируемой рабочей среды.

Для дополнительного повышения точности измерения температуры рабочей среды в термометре предусмотрены терморезисторы 16, 17 и варикап J8. Их функция состоит в том, чтобы устранить остаточное влияние на показания термометра температуры окружающей

среды. Эти остаточные влияния вызваны непосредственной близостью расположе-

ния корпуса к капсуле резонатора, которая, обладая высокой теплопроводностью, восприимчива к остаточным температурным воздействиям окружающей среды, воспринимаемым от корпуса 1, теплоизолятора 15 и конвективно через внутренние полости термометра.

Работа терморезисторон 16, 17 осруемая терморезисторами температура поступает в виде электрического напряжения на варикап 13. В связи с тем, что температуры корпуса 1 и капсулы 2 различны, соответственно на варикап поступают различные напряжения от терморезисторов 16, 17. Варикап 18 фиксирует разность напряжений, соответствующую разности температур, ко- торая определяет величину его емкости. Частота генератора 5 определяется не только собственной частотой кварцевого резонатора 3, но и емкостью варикапа 18, поэтому варикап корректиру- ет частоту генератора, устраняя остаточные влияния температуры окружающей среды. Скорректированные показания передаются с генератора 5 на дешифратор 36. Тем самым достигается переда- ча температуры рабочей среды на дешифратор без помех, что повышает точность измерения.

В процессе работы термометра одновременно с коррекцией обеспечивается основная термоизоляция кварцевого резонатора термоизолятором 15 и его виброизоляция.

Вместе с тем применение терморезисторов позволяет учитывать быстро изменяющуюся температуру рабочей среды, так как кварцевый резонатор обладает большей инерционностью, чем терморезистор. Терморезистор 17, расположенный в капсуле 2, быстрее воспри- нимает изменение температуры рабочей среды, поступающей через капсулу, и передает их последовательно на варикап 18 и генератор 5, где по ним проА А

6

фиг. 2

изводится коррекция показаний кварцевого резонатора, Тем самым снижается погрешность измерения термометра, что позволяет учитывать колебания температуры рабочей среды.

Последовательность поступления сигналов от кварцевого резонатора и терморезисторов к дешифратору представлена на схеме фиг. 4.

Формула изобретения

Кварцевый термометр, содержащий цилиндрический корпус и капсулу, соединенную с ним, кварцевый резонатор с оболочкой, помещенный в капсуле, и генератор, расположенный в корпусе над капсулой, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен прижимным элементом в виде колпачка с внутренней резьбой, установленного на верхней части капсулы, выполненной с наружным буртиком и введенной внутрь корпуса с зазором, торец которого снабжен внутренним буртиком, крышкой из упругого материала, установленной на колпачке, жесткими прокладками, установленными соответственно на торце колпачка и внутреннем буртике корпуса, резиновым кольцом, размещенным между жесткими прокладками, и вторым более мягким резиновым кольцом, установленным между наружным буртиком капсулы и торцом корпуса и выполненным ступенчатым, причем ступень меньшего диаметра введена с уплотнением в зазор между корпусом и капсулой.

В-В

/4

фиг.З

if.

17

.

16

fc

36

фигА