Биметаллический чувствительный элемент Советский патент 1992 года по МПК G01K5/64 

Изобретение относится к области физики, в частности к конструкции устройств для измерения температуры действие кото-1 рых основано на расширении или сжатии твердых тел, укрепленных таким образом, что тепловое расширение или сжатие вызывает их деформацию состоящих из составных биметаллических лент, а также к элементам конструкции этих составных систем

Распространенный вариант чувствительного элемента биметаллического термометра - спираль из ленты,закрепленная за центральный виток и с радиальным указателем, закрепленным на внешнем конце спирали. Такие термометры просты, могут иметь малые габариты, но их применение, в основном, ограничено использованием в качестве визуальных ненагружаемых индикаторов темперетуры, из-за большого числа переменных параметров хода и нагрузки таких пружин очень затруднительно дистанционное использование и построение передач без потери чувствительности и

идентичности показаний повышения - понижения температуры

Наиболее близким к предлагаемому является биметаллический чувствительный элемент для глубинных термометров, содержащий две многовитковые (цилиндрические из ленты) пружины, соединенные друг с другом муфтой - непосредственным писчиком устройства, Соединение двух пружин, направления их навивки и расположение слоев ленты в этой конструкции предназначены лишь для компенсации сдвига характеристики, обусловленной циклическим характером работы под разным давлением-.

Недостатком известной конструкции являются большие механические потери в элементе и узле сопряжения его с индикаторными или другими устройствами, сложность сопряжения, большие размеры. В такой конструкции неизбежна несинхронность раскручивания-закручивания и поэтому - воздействие друг на друга пружин, даже одинаковых, Противоположное расположение слоев.усиливает это бесполезное

(Л

со

вш

СП

пзяимодействие составляющих элемента, искажающее и уменьшающее полезную информацию - поворот муфты. Изменение геометрии пружин (радиус, длина, изгиб) при изменении температуры приводит также к бесполезной механической нагрузке выхода элемента - муфты - оси, что также снижает чувствительность, вносит непредсказуемые нелинейности характеристики термометра и уменьшает достовер- ность показаний. Эти же причины, не чистый вращающий момент на выходе элемента служат препятствием иному, чем в данном приборе, расположению регистратора, требуют усложненных узлов сопряже- ния с индикаторными или другими устройствами в иных случаях использования, С уменьшением жесткости пружин, расширением пределов измеряемой температуры указанные потери могут стать крити- ческими, вплоть до потери возможности взаимодействия с индикатором. Указанные недостатки ограничивают область применения и удобство биметаллических чувствительных элементов.

Целью изобретения является повышение надежности,

Указанная цель достигается тем, что биметаллический чувствительный элемент содержит соединенные пружины, которые выполнены спиральными и попарно одинаковыми (материал, расположение слоев, ге- бметрия), расположены соосно друг за другом в четном количестве и на одной оси. Внутренние концы пружин закрепляются на втулках-подшипниках и свободно вращаются на оси. Пружины соединены последовательно друг за другом без перекосов; начиная от центра первой, в сумме образуют составную пружину с однонаправленной температурной закруткой (навивкой) со схемой соединение концов: центр 1-й периферия 1и-периферия 2и-центр ,2й-центр Зи-периферия 3й-, . - периферия nu - центр пи Здесь п четное число составляющих составной пружины Она оканчивается втулками, одна из них закрепляется на оси, а информация снимается с другой втулки или с оси при закреплении элемента, соответственно, за ось или за не связанную с осью крайнюю втулку Такое решение выбрано с целъто получения элемента с малыми механическими потерями, т.к при таком исполнении геометрия составляющих изменяется синхронно, их влияние друг на друга и на ось сводится к минимуму, а поворот с кратным увеличением передается по цепочке до крайней втулки, исключаются напряжения, прогиГш пруя пн цризбржные при нецентрал LI °м р г; (-«мчи и смятии информации.

упрощается связь и сопряжение элемента с индикаторным или другими устройствами, что расширяет применение и удобство чувствительного элемента. Важно отметить, что составляющие элемента без ущерба для свойств устройства могут быть одинаковыми попарно, в состав элемента могут быть введены компенсирующие иные, кроме температурных, воздействия на деформацию пары (центр-периферия-периферия-центр) одинаковых между собой пружин, а внешнее оформление элемента зависит от среды и условий работы.

На фиг. 1 и 2 схематично изображено построение биметаллического чувствительного элемента, состоящего из четырех попарно одинаковых пружин с однонаправленной температурной закруткой; на фиг. 1 - материал и расположение слоев одинаковы; на фиг. 2 - материал одинаков, расположение слоев разное для компенсации воздействия давления.

Чувствительный элемент содержит четное число одинаковых или попарно одинаковых спиральных пружин из биметаллической ленты 1, внутренние концы пружин закреплены на втулках-подшипниках 2 и расположены на общей оси элемента 3. Спирали соединены последовательно, без перекосов плоскостей, перемычками 4, общими или с безлюфтовыми сцеплениями втулками, образуя составную пружину с однонаправленной температурной закруткой, оканчивающуюся втулками. Результирующий угол поворота равен сумме углов поворота составляющих пружины. При тесном расположении между втулками могут находится антифрикционные шайбы или подшипники 5. Одна из крайних втулок закрепляется на оси, информации о температуре (вращение) снимается с другой крайней втулки или с оси при закреплении элемента, соответственно, за ось или за не связанную с осью крайнюю втулку. Для защиты элемента от механических воздействий он закрывается перфорированным корпусом (на чертеже не показан) или теп- лообменным с жидкостью одновременно и демпфирующей элемент.

Исполнение биметаллического чувствительного элемента по предлагаемому решению расширяет область применения и удобство биметаллических термометров, термодатчиков, терморегуляторов, в которых он может быть применен, позволяя выполнить их более чувствительными и с более стабильной характеристикой, позволяя осуществить сменность чувствительных зло ментов для разных пределов измрронич сроды или при замрме Кроме того упрощя

ется сопряжение с индикаторным или другими устройствами, т.к. на.них передается только вращение, появляется возможность дистанционной работы с использованием только механической связи, угол поворота оси не лимитирован связями и ограничивается лишь допустимой температурой, которую выдерживает элемент, сохраняя свои свойства. Защитный или теплообменный корпус также может быть сменным, в зависимости от условий работы и рабочей среды. Формула изобретения Биметаллический чувствительный элемент, содержащий пару соединенных пру0

жин, отличэющийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены ось с размещенными на ней втулками-подшипниками, перемычки и дополнительные пары соединенных пружин, при этом все пружины расположены на оси и выполнены в виде спиралей с однонаправленной навивкой, причем внутренние концы пружин закреплены на втулках-подшипниках, а внешние концы каждой пары направлены навстречу друг другу и соединены между собой через перемычки, причем одна из крайних втулок закреплена на оси. а другая установлена на ней свободно.

Использование: для измерения температуры Сущность изобретения: чувствительный элемент выполнен в виде ряда пар спиральных пружин Пружины расположены соосно на одной оси и выполнены с однонаправленной навивкой. Внутренние концы пружин закреплены на втулках-подшипниках, установленных на оси, а внешние концы каждой пары направлены навстречу друг другу и соединены через перемычку. 2 ил.

5

4

/

/

Фиг. 2