Датчик температуры со встроенным калибратором Советский патент 1991 года по МПК G01K15/00 

Изобретение относится к технической физике, в частности к измерению переменных температур при нестационарном нагреве в металлургических печах.

Известны датчики со встроенными калибраторами температуры, позволяющие воспроизводить эталонные значения температуры и служащие для оценки погрешности ее измерений.

Одна из конструкций обеспечивает формирование в зоне расположения рабочего конца датчика одного или нескольких фиксированных значений температуры. Эта конструкция состоит из цилиндрического графитового стержня с запрессованным в

него рабочим концом термоэлектрического преобразователя. По периметру графитового стержня располагается несколько вставок из разных реперных материалов. При достижении компонентами калибратора своих температур плавления в калибраторе поглощается скрытая теплота плавления и преобразователь фиксирует в процессе измерения температурную площадку, т.е. в течение некоторого времени показания термопары не меняются.

Недостатком рассматриваемой конструкции является большая масса вставок из реперных материалов. При плавлении таких вставок поглощается (или выделяется) боль%1

О

о

Ы Ю

-N

шое количество скрытой теплоты кристаллизации. Вследствие этого искажается температурное поле объектива измерения и снижается точность измерений датчика со встроенным калибратором температуры. Другим недостатком является отсутствие непосредственного контакта рабочего спая термоэлектрического термометра с репер- ным материалом, При интенсивном подводе тепла температура графитового стержня не успевает стабилизироваться в момент измерения, т.е. ее значение не равно температурам фазовых переходов вставок, Известно устройство для градуировки термопары, содержащее нагреватель и регистратор,включенный в цепь градуируемой термопары. Нагреватель выполнен в виде фольги металла с эталонной температурой плавления и установлен в контакте со спаем термопары, причем нагреватель и спай размещены в герметической емкости с инертным газом. Фольга разогревается с помощью электрического тока, термоЭДС термопары регистрируется регистратором. В момент расплавления фольги спай термопары принимает температуру, равную температуре плавления металла фольги.

Указанное устройство имеет следующие недостатки. При расплавлении фольги за счет теплоты плавления дополнительно выделяется тепло и измерение температуры будет обладать погрешностью. Если масса фольги мала, то не представляется возможным зафиксировать площадку, соответствующую температуре плавления реперного материала, из-за тег.лоотвода по фольге и токопроводящим штангам и из-за инерционности термопары, малая масса фольги приводит к фиксации псевдоплощадки, выражающееся в завышении температуры плавления при нагреве.

Известно устройство датчика со встроенным калибратором температуры, содержащее термопару и плавкую вставку, размещенные в стакане. В известном устройстве обеспечивается непосредственный тепловой контакт термопары с реперным материалом в процессе калибровки и допускается возможность дальнейшего контроля температуры датчиком после калибровки.

У известного датчика интервал фиксации составляет 5-10 К, т.е. имеется значительная статическая погрешность измерения. Этому устройству также требуется значительный объем реперного материала, что делает устройство инерционным и приводит к появлению динамической погрешности измерения быстропротекающих процессов.

Цель изобретения - повышение точности измерения переменных температур при нестационарных нагревах в металлургических печах.

На чертеже представлен датчик температуры со встроенным калибратором, поперечное сечение. Предлагаемый датчик со встроенным калибратором температуры фиксирует разрыв электрической цепи термоэлектрического преобразователя. Концы термопары замыкаются проволокой из ре- перного материала. Непосредственно над чувствительным спаем термоэлектрического преобразователя закреплена электро- и

теплоизолированная от него плавкая вставка с температурой плавления, превышающей температуру плавления проволоки.

Датчик температуры со встроенным калибратором выполнен в стакане 1. Плавкая

вставка 2 цилиндрической формы имеет сквозной осевой канал, через который опущены электроды термопары 3, покрытые изоляцией 4. Концы электродов замкнуты проволокой из реперного материала 5, Для

надежного срабатывания датчика объем плавкой вставки превышает ту часть объема внутренней полости стакана, которая расположена ниже чувствительного спая термоэлектрического преобразователя.

Датчик работает следующим образом.

Датчик температуры со встроенным калибратором помещается в печь. Когда температура в области расположения датчика становится равной температуре плавления

проволоки 5, на короткое время (несколько секунд) происходит разрыв электрической цепи датчика, что фиксируется вторичным прибором. В качестве истинной температуры в момент калибровки принимается

температура плавления проволоки из реперного материала, значение которой берется из справочной литературы. В экспериментах использовались плавкие вставки 2 с температурой плавления, на 2-7

К превышающей температуру плавления проволоки 5, После проведения калибровки по мере дальнейшего нагрева вставка 2 расплавляется и, опускаясь под действием силы тяжести, материал вставки вновь

замыкает цепь термопары 3. Становится возможным дальнейшее измерение температуры с помощью датчика.

У предлагаемого датчика интервал фиксации составляет2-3 К. Малая масса прово-1

локи из реперного материала позволяет

уменьшить инерционность датчика при быстропеременных температурах в печах.

Предлагаемый датчик отличается от известного наличием плавкой вставки, закрепленной над чувствительным спаем термоэлектрического преобразователя,

Кроме того, предлагаемый датчик позволяет повысить надежность измерений, так как в случае непредставительных остановок изменения температуры нет калибровки.

Устройство датчика температуры со встроенным калибратором выполнено в стальной трубке, которая заварена снизу, с внутренним диаметром 10 мм и толщиной стенки 1,5 мм. Такой стакан заметно не искажает температурное поле объекта измерения. Также такое устройство позволяет измерять температуру локальных точек и имеет малую погрешность отнесения. Алун- довая соломка, в которую помещены электроды термопары, обеспечивает требования электро- и теплоизоляции. В качестве ре- перной проволоки использовалась алюминиевая проволока диаметром 2 мм, Плавкая вставка имела диаметр 10 мм и высоту 30 мм, изготовлена из сплава алюминия с титаном, содержащего около 0,1 мас.% титана.

Такой сплав имеет температуру плавления на 2-3 К выше, чем температура плавления алюминия (933 К). Под вставкой оставался объем высотой 10 мм, где располагались концы термопары, замкнутые алюминиевой проволокой.

Формула изобретения Датчик температуры со встроенным калибратором, содержащий термопару и плавкую вставку, размещенные в стакане, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения переменных темпе- ратур.,при нестационарном нагреве в металлургических печах, плавкая вставка выполнена в форме полого цилиндра, внутри которого пропущены электроды термопары, при этом объем плавкой вставки превышает объем части полости стакана,

расположенной ниже спая термопары, выполненного в виде плавк-ой-проволоки, температура плавления которой ниже температуры плавления плавкой вставки.

Изобретение относится к технической физике. Цель изобретения - повышение точности измерения переменных температур при нестационарном нагреве в металлургических печах. Для этого замыкают концы электродов термоэлектрического преобразователя проволокой из реперного материала и помещают непосредственно над спаем термоэлектрического преобразователя электро- и теплоизолированную от него плавкую вставку. Датчик температуры со встроенным калибратором устанавливают в печь. Когда температура в области расположения датчика становится равной темпеоа- туре плавления проволоки, происходит разрыв электрической цепи датчика, что фиксируется вторичным прибором. Плавкая вставка закреплена непосредственно над чувствительным спаем термопары. Температура плавления вставки превышает температуру плавления проволоки. По мере нагрева вставка расплавляется и, опускаясь под действием силы тяжести, материал вставки вновь замыкает цепь термопары. Интервал фиксации составляет 2-3 К. Малая масса проволоки из реперного материала позволяет уменьшить инерционность устройства при быстропеременных температурах в печах, 1 ил. (Л С