Устройство для измерения температуры Советский патент 1980 года по МПК G01K5/32 

Изобретение относится к устройствам для измерения температуры и може найти применение в различных областях техники, в частности в системах оперативного и автоматического конт роля и управления производительными технологическими процессами в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Известно устройство для измерени температуры, содержащее термочувств тельный элемент, заполненный рабоче (термометрической) жидкостью, разде лительный упругий элемент (сильфон или мембрану) и устройство для преобразования теплового расширения жидкости в выходной сигнал прибора 1 . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный элемент, включающий размещенный в корпусе, заполненном рабочей жидкостью, разделительный сильфон, с помещенным в нем поплавком, и механизм преобразования усилия в выходной сигнал 23 . Недостатком известного устройсаол является недостаточно высокая точность измерения температуры и большая инерционность, обусловленные наличием узлов трения и значительным количеством рабочей жидкости в термочувствительном элементе. Точность устройства прямо пропорциональна количеству рабочей жидкости в термочувствительном элементе, а увеличение количества рабочей жидкости приводит к увеличению температурной инерционности, т.е. к снижению точности. Целью изобретения является повышение точности измерения и снижение инерционности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры поплавок выполнен из двух полостей, герметичная перегородка между которыми соединена с подвижным бортиком разделительного сильфона и имеет канал, сообщающий рабочую полость термочувствительного элемента с верхней полостью поплавка, нижняя часть которой заполнена рабочей жидкостью, а верхняя сообщена с атмосферой, причем наружный торец

верхней полости поплавка соединен с механизмом преобразования усилия в выходной сигнал, при этом нижняя часть поплавка размещена в рабочей жидкости 1C зазором порядка 0,51,00 мм относительно внутренней поверхности корпуса термочувствительного элемента, На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

К корпусу термочувствительного элемента 1 приварен неподвижный бортик разделительного сильфона 2. В корпусе, размещен поплавок 3, разделенный перегородкой 4 на две полости нижнюю 5 и верхнюю б. Перегородка 4 приварена к подвижному бортику сильфона 2. Рабочая полость термочувствительного элемента (полость между корпусом 1, сильфоном 2 и поплавком 3) заполнена рабочей (термометрической) жидкостью 7. Причем рабочая жидкость полностью окружает нижнюю част 5 поплавка 3 и через канал 8 небольшого сечения, просверленный в перегородке 4,сообщается с полостью верхней части б поплавка 3, частично заполненной той же жидкостью. Верхнюю часть поплавка 6 (пространство над рабочей жидкостью) через капиллярный змеевик 9 сообщена с атмосферой. Верхний наружный торец поплавка 3 штоком 10 соединен с рычажной системой пневмосилового преобразователя 11, узел сопло-заслонка 12 которого отрабатывает выходной сигнал устройства. Корпус 1 термочувствительного элемента устройства смонтирован на технологической емкости 13, температура среды в которой контролируется. Размеры поплавка 3 выполнены так, что зазор между наружными поверхностями нижней части 5 поплавка и внутренними поверхностями ми нижней части 5 поплавка и внутренними поверхностями корпуса 1 и сильфона 2 сведены к минимуму, достаточному для разобщения этих поверхностей - порядка 0,5-1,0 мм. Таким образом, количество рабочей . жидкости 7 является минимальным.

Количество рабочей жидкости, заполняющей часть объема верхней полости б поплавка 3 и объем этой полости рассчитываются в зависимости от коэффициента объемного расширения рбочей жидкости и предела измерения устройства. Критериями для такого расчета являются требования, чтобы при минимальной температуре, измеряемой устройством уровень рабочей жидкости 7 в верхней полости 6 поплавка 3 был не ниже разделительной перегородки 4, а при максимальной .температуре - не был выше основания капилляра 9.

Усгройство работает следуклцим .образом.

В исходном положении, при установившейся температуре контролируемой среды в емкости 13 кинематическая система устройства находится в равновесии, обусловленном равенством погружающей и .выталкивающей сил, действующих на погруженную в рабочую жидкость 7 нижнюю часть поплавка 5,

:i)

РЬ

о,

+

п

где FP - рабочее усилие термочувствительного элемента;

РП погружающая сила, действующая на поплавок, равная весу поплавка;

F, выталкивающая сила, действующая на поплавок, зависящая от объема погруженной в рабочую хчидкость части поплавка и от плотности рабочей жидкости.

При изменении температуры контролируемой среды равновесие/ выраженное равенством (1), нарушается. Например, при повышении температуры плотность рабочей жидкости уменьшается, и выталкивающая сила, действующа на поплавок, уменьшается на величину

Рж/ь- t-s

(2)

где Д F.J. - изменение выталкивающей , силы;

VP - наружный объем погруженной в рабочую жидкость части поплавка (нижней части 5 поплавка 3); : pjj, - начальная плотность рабоче

жидкосгти;

|3 - коэффициент температурного объемного расширения рабочей жидкости;

At - изменение температуры контролируемой среды (и рабоче жидкости);

g - ускорение силы тяжести. Одновременно (при том же изменении температуры рабочей жидкости At) увеличится объем рабочей жидкости 7 в термочувствительном элементе, Это увеличение объема рабочей жидкости определяется выражением

(3)

где - изменение объема рабочей

жидкости; Vjj - начальный объем рабочей

жидкости.

Этот добавочный объем AV,, рабочей жидкости через канал 8 перетекает из рабочей камеры термочувствительного элемента в верхнюю полость б поплавка 3, повышая уровень рабочей жидкости в этой полости. Это повышение уровня жидкости в верхней полости б поплавка 3 приводит к увеличению веса поплавка на величину

(Ц )

л п ж-Рж65 Где дСп - изменение веса поплабка.