Диффузионный преобразователь температуры в электрический сигнал Советский патент 1992 года по МПК G01K7/26 

ел

С

Использование: измерение температуры газов и жидкостей. Сущность изобретения: поеобразователь содержит герметичный корпус 1 с электролитом 2, биметаллическими (активный слой 3, пассивный 4 ) и кардам (активный слой 5, пассивный 6), вспомогательный анод Ь и вспомогательный катод 11 Анод и катод установлены активными слоями 3 и 5 напротив друг друга на расстоянии с образованием плоскощелевого капилляра, а пассивные слои б и 4 образуют с корпусом 1 заполненные электролитом вспомогательные отсеки 10, соединенные с плоскощелевым капилляром 1 ил

Изобретение относится к технике преобразования неэлектрических величин в электрические, в частности к измерительным преобразователям температуры в электрический сигнал, и может быть использовано в различных измерительных устройствах, системах контроля, управления и регулирования сложных технологических процессов, где возникает необходимость измерения температу- ры воздуха, газов и жидкостей в инфранизкочастотном диапазоне.

Известны преобразователи аналогичного назначения, представляющие собой герметичный корпус, заполненный электролитом обратимой окислительно-восстановительной системы, в котором размещены анод и катод измерительной цепи К электродам подключается постоянное напряжение, соответствующее режиму предельного диффузионного тока Так как коэффициент

диффузии и вязкость электролита изменяются при изменении температуры, то выходной ток является функцией измеряемой температуры (см Лапидес Л М. Химотроника Москва Военное издательство Министерства обороны СССР, 1968, с 40, 41)

Существенный недостаток таких преобразователей состоит в сравнительно малой величине коэффициента передачи, так как выходной ток преобразователя определяется влиянием контролируемой температуры только на коэффициент диффузии и вязкость электролита Преобразователь обладает низкой стабильностью коэффициента передачи так как параметры возникающих в электролите конвективных потоков зависят от расположения электродов в пространстве относительно вектора силы тяжести.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является преобразоч

С

ел VI к о

ватель, содержащий герметично закрытый корпус, внутри которого расположены измерительный отсек с электролитом, в котором размещены анод и катод, включенные в измерительную цепь, компенсационный отсек и вспомогательный катод (см. Сб, Приборостроение, № 11. Киев: , 1971, с.93, рис. 4).

Основные существенные его недостатки состоят в низкой точности измерений из-за нестабильности и низкой величины коэффициента передачи и ограниченных фун- кциональных возможностях. Это обусловлено тем, что при изменении температуры приращение выходного тока определяется только зависимостью коэффициента диффузии и вязкости электролита оттемпера- туры, а также изменением средней концентрации реагента. При этом чувствительность прототипа достигает 2 мкА/°С.

Непосредственный контакт ртути с электролитом вызывает с течением времени изменение собственно параметров электролита из-за растворения ртути в последнем, что отрицательно скажется на стабильности параметров преобразователя во времени.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет повышения величины и стабильности коэффициента передачи при одновременном расширении функциональ- ных возможностей за счет измерения скорости увеличения температуры.

Эта цель достигается тем, что в известном диффузионном преобразователе температуры закрытый корпус, внутри которого расположены измерительный отсек с электролитом, в котором размещены анод и катод, включенные в измерительную цепь, компенсационный отсек и вспомогательный катод, в него введен вспомогательный анод, размещенный на внешней поверхности измерительного отсека, анод и катод выполнены в виде термобиметаллических пластин, активные слои которых обращены друг к другу с образованием плоскощелево- го капилляра, а между пассивными слоями и корпусом, в котором выполнены капилляры, образованы вспомогательные отсеки, соединенные между собой и с измерительным отсеком с помощью капилляров, в одном из которых, примыкающем к измерительному отсеку, размещен вспомогательный катод, при этом один из вспомогательных отсеков соединен капилляром с компенсационным отсеком, запол- ненным инертным газом.

В предложенной конструкции преобразователя исключен объем ртути, непосредственно соприкасающийся с объемом

электролита, что существенно способствует стабилизации параметров электролита и, следовательно, повышению стабильности коэффициента передачи преобразователя. Одновременно повышается и величина коэффициента передачи, так как анод и катод выполнены в виде термобиметаллических пластин и установлены так, что при увеличении температуры они деформируются в направлении уменьшения расстояния между ними с одновременным увеличением площади электродов. Это в значительной степени способствует увеличению выходного тока. Таким образом, помимо общих с прототипом факторов, определяющих увеличение выходного тока при возрастании температуры, в предложенном преобразователе существенно проявляются эффекты уменьшения межэлектродного расстояния и увеличения площади электродов, определяющиеся деформацией обоих электродов из- мерительной цепи. Наоборот, при уменьшении температуры все указанные факторы способствуют уменьшению величины выходного тока. Размещение в общей части капилляров, соединяющих вспомогательные и измерительный отсеки, вспомога- тельногокатодарасширяет

функциональные возможности преобразователя, так как этот катод работает в режиме полного поглощения реагента, поэтому ток в его цепи пропорционален скорости нарастания температуры. Анализ заявленной совокупности признаков позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию существенные отличия.

На фиг. 1 изображен диффузионный преобразователь температуры в разрезе и схема его включения при начальной температуре; на фиг, 2 - тот же преобразователь при возрастании температуры на величину AT,

Преобразователь включает в себя герметичный корпус 1,внутри которого находится электролит 2 с биметаллическим анодом (активный слой 3, пассивный слой 4) и катодом (активный слой 5, пассивный слой 6).

На цилиндрической части измерительного отсека 7 расположен вспомогательный анод 8, а в капилляре 9, соединяющем вспомогательные отсеки 10 между собой и с измерительным отсеком 7, расположен вспомогательный катод 11. Компенсационный отсек 12, заполненный инертным газом, с помощью капилляра соединен со-вспомогательным отсеком 10, С помощью переключателей П1 и П2 схема приводится в рабочее состояние или же в состояние подготовки к

работе. Источник напряжения U обеспечивает режим предельного диффузионного тока.

Работа преобразователя по схеме, изображенной на фиг. 2, протекает в следующей последовательности. Перед измерением переключатели П1 и П2 переводится в положение II (подготовка). При этом вспомогательный анод 8 подключается к плюсовой клемме источника питания, а все другие электроды - к минусовой клемме, В результате этого по истечении некоторого времени вспомогательные отсеки 10 и капилляр 9 очищаются от реагента, который переносится в измерительный отсек 7. После этого преобразователь готов к работе, и переключатели П1 и П2 переводят в положение I (измерение). При неизменной температуре окружающей среды в выходной цепи устанавливается ток Вых, пропорциональный температуре. При возрастании температуры на величину AT 0 увеличивается коэффициент диффузии реагента. Одновременно происходит деформация анода и катода в направлении уменьшения расстояния между противолежащими точками электродов и увеличения площади самих электродов. Электролит из измерительного отсека вытесняется во вспомогательные ог- секи, обтекая при этом катод 11. Однако благодаря тому,что катод 11 работает в режиме полного поглощения, во вспомогательные отсеки поступает чистый от реагента электролит, а в измерительном отсеке концентрация реагента возрастает. Все указанные факторы действуют согласно и способствуют увеличению тока Вых, являющегося мерой контролируемой температуры. Так как катод 11 работает в режиме полного поглощения, то ток этого катода к пропорционален скорости нарастания внешнего воздействия, т.е. скорости нарастания температуры. Наоборот, при понижении температуры уменьшаются коэффициент диффузии и средняя концентрация реагента. Деформация электродов (анода и катода) в этом случае вызывает увеличение межэлектродного расстояния и уменьшение площади электродов. Поэтому из вспомогательных отсеков в измерительный будет поступать очищенный от реагента электролит. Следовательно, выходной ток 1Вых будет уменьшаться.

С увеличением температуры возрастает объем электролита, который через капилляр вытесняется в компенсационный объем 12. Таким образом в предложенном преобразователе обеспечивается повышение точности измерения за счет повышения величины и стабильности коэффициента передачи при одновременном расширении функциональных возможностей преобразователя, так как ток U в цепи вспомогательного катода 11 пропорционален скорости нарастания температуры.

Изготовлен и испытан опытный образец

предложенного преобразователя, в котором цилиндрический корпус выполнен из стекла с диаметром основания 30 мм. Анод и катод изготовлены в виде круглых пластин из термобиметалла ТБ 1423 толщиной h

0 0, и диаметром токоопределяющей поверхности электродов, равным 10 мм. Межэлектродное расстояние в исходном состоянии 100 мКм. Для обеспечения химической инертности электродов они с обеих

5 сторон покрывались платиновой пленкой толщиной 4...5 мкм. Вспомогательные анод 8 и катод 11 выполнены из платиновой проволоки в виде соединенных накоротко между собой колец и прямого стержня. Объемы

0 вспомогательных и измерительного отсеков и исходная концентрация реагента выбраны так, что после завершения стадии Подготовка в измерительном отсеке образуется водный раствор 2NKI + 0,002 NIa. При ука5 занных параметрах в диапазоне температур 5...25°С чувствительность преобразователя оказалась 60 мкА/°С, что значительно превышает чувствительность прототипа (2 мкА/°С). При выбранных расстояниях меж0 ду электродами измерительной цепи, когда в исходном состоянии электролит находится в плоскощелевом капилляре, практически не возникают конвективные потоки, что обеспечивает стабильность выходного сиг5 нала независимо от положения преобразователя в пространстве. При этом расширяются функциональные возможности преобразователя, так как ток к в цепи вспомогательного катода пропорционален

0 скорости нарастания температуры.

Как следует из изложенного, предлагаемый преобразователь свободен от отмеченных недостатков, присущих прототипу. Технико-экономическая эффективность

5 предложения состоит в повышении точности измерений за счет повышения величины и стабильности коэффициента передачи и расширении функциональных возможностей, что позволяет увеличить область его

0 практического применения при преобразовании температуры инфранизкочастотного диапазона в электрический сигнал. Формула изобретения Диффузионный преобразователь тем5 пературы в электрический сигнал, содержащий герметичный корпус, внутри которого расположены измерительный отсек с электролитом, в котором размещены анод и катод, включенные в измерительную цепь,

компенсационный отсек и вспомогательный катод, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет повышения величины и стабильности коэффициента передачи при одновременном расширении функциональных возможностей за счет измерения скорости увеличения температуры, в него введен вспомогательный анод, размещенный на внешней поверхности измерительного отсека, анод и катод выполнены в виде термобиметаллических пластин, активные слои которых обращены друг к дру0

гу с образованием плоскощелевого капилляра, а между пассивными слоями и корпусом, в котором выполнены капилляры, образованы вспомогательные отсеки, соединенные между собой и с измерительным отсеком с помощью капилляров, в одном из которых, примыкающем к измерительному отсеку, размещен вспомогательный катод, при этом один из вспомогательных отсеков соединен капилляром с компенсационным отсеком, заполненным инертным газом.

см

I-

:s

e