RU94700U1 - THERMOELECTRIC CONVERTER - Google Patents

Abstract

1. Преобразователь термоэлектрический, содержащий наружный защитный чехол, один или два чувствительных элемента в виде термопар, помещенных во внутренний защитный чехол, узел коммутации, позволяющий размещать контрольный или эталонный термоэлектрический преобразователь внутри защитного чехла, отличающийся тем, что он содержит второй внутренний защитный чехол, идентичный первому, и предназначенный для установки в нем контрольного или эталонного термоэлектрического преобразователя, причем оба внутренних чехла и наружный выполнены герметичными к измеряемой среде. ! 2. Преобразователь термоэлектрический по п.1, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены в виде платинородий-платиновых или платинородий-платинородиевых термопар. ! 3. Преобразователь термоэлектрический по п.1, отличающийся тем, что оба внутренних и наружный чехол изготовлены из газоплотной керамики. ! 4. Преобразователь термоэлектрический по п.1, отличающийся тем, что наружный чехол изготовлен из жаростойкой стали или сплава. 1. Thermoelectric converter containing an external protective cover, one or two sensitive elements in the form of thermocouples placed in an internal protective cover, a switching unit that allows you to place a control or reference thermoelectric converter inside the protective cover, characterized in that it contains a second internal protective cover, identical to the first one, and designed to install a control or reference thermoelectric converter in it, both inner and outer covers being sealed to the medium being measured. ! 2. Thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that the sensing elements are made in the form of platinum-rhodium-platinum or platinum-rhodium-platinum-rhodium thermocouples. ! 3. Thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that both the inner and outer case are made of gas-tight ceramics. ! 4. Thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that the outer case is made of heat-resistant steel or alloy.

Description

Полезная модель относится к термометрии и может быть использована при измерении температуры на оборудовании, применяемом в длительных технологических циклах.The utility model relates to thermometry and can be used to measure temperature on equipment used in long technological cycles.

Известен преобразователь термоэлектрический (ТП), содержащий защитную арматуру, состоящую из наружной и внутренней оболочек, керамический изолятор, внутри которого размещены термоэлектроды, соединенные попарно горячими спаями. При этом основной термоэлектрический преобразователь имеет возможность периодической установки в него проверочного преобразователя, помещаемого в общий для всех термоэлектродов изолятор. Термоэлектроды основного преобразователя и проверочный преобразователь размещены в сквозных каналах изолятора, расположенного по длине основного преобразователя, спаи термоэлектродов основного преобразователя расположены в пазах, выполненных в торцевой части изолятора, внутренняя оболочка выполнена в виде керамического колпачка, надетого на торцевую часть изолятора, или в виде намотки из огнеупорной керамической нити, закрывающих горячие спаи термоэлектродов /RU41864, G01K 15/00, 2004/.Known thermoelectric converter (TP), containing protective fittings, consisting of outer and inner shells, a ceramic insulator, inside of which are placed thermoelectrodes connected in pairs by hot junctions. In this case, the main thermoelectric converter has the ability to periodically install a test transducer into it, which is placed in an insulator common to all thermoelectrodes. The thermoelectrodes of the main transducer and the test transducer are placed in the through channels of the insulator located along the length of the main transducer, the junctions of the thermoelectrodes of the main transducer are located in the grooves made in the end part of the insulator, the inner shell is made in the form of a ceramic cap worn on the end part of the insulator, or in the form of a winding from refractory ceramic filament covering the hot junctions of thermoelectrodes / RU41864, G01K 15/00, 2004 /.

Недостатками известного ТП являются, во-первых, низкий ресурс работы, связанный с тем, что защита изолятора выполнена только в части расположения горячего спая снижает ресурс работы ТП, при этом внутренняя оболочка отсутствует в зоне основного градиента температуры, а именно в этой зоне формируется основная часть термоэлектродвижущей силы, а, во-вторых, недостаточная достоверность измерений, связанная с тем, что введение проверочного ТП в зону горячих спаев стационарных термопар, даже при расположении всех спаев в одном сечении, не может гарантировать идентичность их температуры. Различие пространственного расположения спаев обуславливает различные условия теплопередачи к ним, осуществляемой в основном излучением. Пары термоэлектродов основного ТП размещены в четырех периферийных каналах, имеющих диаметр около 1 мм, керамического изолятора наружным диаметром 8,5 мм с центральным каналом диаметром около 4 мм и находятся ближе к наружному чехлу, собственно и имеющему температуру окружающей его среды, чем термоэлектроды проверочного ТП, помещенного в дополнительную керамическую соломку, вставляемую в центральный канал, что и обуславливает различие в условиях теплопередачи.The disadvantages of the known TP are, firstly, the low resource of operation, due to the fact that the insulator protection is performed only in terms of the location of the hot junction reduces the life of the TP, while the inner shell is absent in the zone of the main temperature gradient, namely, in this zone the main part of the thermoelectromotive force, and, secondly, the insufficient reliability of the measurements, due to the fact that the introduction of a test TP in the zone of hot junctions of stationary thermocouples, even when all the junctions are in the same section, cannot guarantee the identity of their temperature. The difference in the spatial arrangement of the junctions causes various conditions for heat transfer to them, carried out mainly by radiation. Pairs of thermoelectrodes of the main TP are located in four peripheral channels with a diameter of about 1 mm, a ceramic insulator with an outer diameter of 8.5 mm and a central channel with a diameter of about 4 mm and are closer to the outer cover, which actually has its ambient temperature, than the thermoelectrodes of the test TP placed in an additional ceramic straw inserted into the Central channel, which leads to a difference in heat transfer conditions.

Известен преобразователь термоэлектрический, содержащий попарно соединенные платиновые и платинородиевые термоэлектроды двух основных термоэлектрических преобразователей, наружную оболочку, внутренний керамический чехол, в котором помещена четырехканальная керамическая соломка. Преобразователь имеет возможность периодической установки в него поверочного преобразователя, для чего внутренний керамический чехол расположен со смещением его оси в половине продольного объема наружной оболочки, а поверочный преобразователь устанавливают во второй половине продольного объема наружной оболочки. В нижней ее части выполнено ступенчатое донышко, позволяющее поверочный преобразователь устанавливать в зону измерения основных термоэлектрических преобразователей /RU 67712, G01K 15/00, 2007/. Данное техническое решение принято за прототип.Known thermoelectric converter containing pairwise connected platinum and platinum rhodium thermoelectrodes of the two main thermoelectric converters, an outer shell, an inner ceramic case, in which a four-channel ceramic straw is placed. The converter has the ability to periodically install a calibration transducer into it, for which the inner ceramic case is located with an axis offset in half of the longitudinal volume of the outer shell, and the calibration transducer is installed in the second half of the longitudinal volume of the outer shell. In its lower part, a step bottom is made, allowing the calibration transducer to be installed in the measurement zone of the main thermoelectric transducers / RU 67712, G01K 15/00, 2007 /. This technical solution is taken as a prototype.

Прототип характеризуется следующими недостатками. Пониженный ресурс работы поверочного преобразователя, связан это с тем, что поверочный преобразователь предлагается располагать в половине продольного объема наружной оболочки. В качестве поверочного преобразователя без снижения точности во всем рабочем диапазоне температур платинородий-платиновых термоэлектрических преобразователей возможно использовать только платинородий-платиновый термоэлектрический преобразователь, причем конструктивно он выполнен в виде керамического стержня во внутренние каналы которого помещены термоэлектроды. При такой конструкции газовая среда находящаяся внутри наружной оболочки воздействует на термоэлектроды. С течением времени внутри чехла накапливаются химические элементы, изменяющие химический состав термоэлектродов и как следствие, метрологические характеристики преобразователя. Накопление элементов происходит за счет их диффузии через наружную оболочку, тем более, если она выполнена из пористой керамики, и (или) за счет их выделения из самой оболочки.The prototype is characterized by the following disadvantages. The reduced service life of the calibration transducer is due to the fact that the calibration transformer is proposed to be located in half the longitudinal volume of the outer shell. It is possible to use only a platinum-rhodium-platinum thermoelectric converter as a calibration transducer without loss of accuracy in the entire operating temperature range of platinum-rhodium-platinum thermoelectric converters, moreover, it is structurally made in the form of a ceramic rod in whose internal channels thermoelectrodes are placed. With this design, the gas medium inside the outer shell acts on the thermoelectrodes. Over time, chemical elements accumulate inside the case, which change the chemical composition of thermoelectrodes and, as a result, metrological characteristics of the converter. The accumulation of elements occurs due to their diffusion through the outer shell, especially if it is made of porous ceramics, and (or) due to their separation from the shell itself.

Кроме того, при использовании пористой керамики снижается надежность выполнения измерений, т.к. пористая керамика имеет меньшую прочность, чем газоплотная (Прочность на изгиб 30МПа для пористой Сеr 530 по стандарту МЭК 60672 и 280МПа для газоплотной Сеr 795). В случае размещения чехла из газоплотной керамики внутри чехла из пористой керамики, при остывании термопреобразователя может произойти разрушение наружного чехла, т.к. он остывает быстрее и упирается во внутренний имеющий большую температуру и больший коэффициент термического расширения.In addition, when using porous ceramics, the reliability of measurements is reduced, because porous ceramics have lower strength than gas-tight (Bending strength 30 MPa for porous Ce 530 according to IEC 60672 and 280 MPa for gas tight Ce 795). If a cover made of gas-tight ceramic is placed inside a cover made of porous ceramic, the cooling of the outer cover may occur when the thermal converter cools, as it cools faster and abuts against an internal one having a higher temperature and a larger coefficient of thermal expansion.

Еще одним недостатком прототипа являются различные условия теплообмена чувствительных элементов ТП расположенных в керамической соломке, помещенной во внутренний керамический чехол, и поверочного преобразователя, располагаемого в половине продольного объема наружной оболочки, будет приводить к дополнительной погрешности сличения их показаний.Another disadvantage of the prototype is the different heat transfer conditions of the sensitive elements of the TP located in a ceramic straw placed in an internal ceramic case, and a calibration transducer located in half the longitudinal volume of the outer shell will lead to an additional error in comparing their readings.

Задача, решаемая полезной моделью, сводится к созданию термоэлектрического преобразователя, лишенного указанных недостатков. Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение погрешности сличения показаний чувствительных элементов термоэлектрического преобразователя с контрольным термоэлектрическим преобразователем и повышение ресурса работы, как основного термоэлектрического преобразователя, так и контрольного.The problem solved by the utility model is to create a thermoelectric converter devoid of these drawbacks. The technical result of the claimed utility model is to reduce the error in comparing the readings of the sensitive elements of the thermoelectric converter with the control thermoelectric converter and increase the service life of both the main thermoelectric converter and the control one.

Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается преобразователь термоэлектрический, содержащий наружный защитный чехол, один или два чувствительных элемента в виде платинородий-платиновых или платинородий-платинородиевых термопар помещенных во внутренний защитный чехол, узел коммутации, позволяющий размещать контрольный или эталонный термоэлектрический преобразователь внутри защитного чехла. Отличительной особенностью заявляемого преобразователя является то, что он содержит второй внутренний защитный чехол идентичный первому и предназначенный для установки в нем контрольного или эталонного термоэлектрического преобразователя, причем оба внутренних чехла и наружный выполнены герметичными к измеряемой среде.To solve the problem, as well as to achieve the claimed technical result, we propose a thermoelectric converter containing an external protective cover, one or two sensitive elements in the form of platinum rhodium-platinum or platinum rhodium-platinum rhodium thermocouples placed in an internal protective cover, a switching unit that allows you to place a control or reference thermoelectric converter inside the protective cover. A distinctive feature of the inventive transducer is that it contains a second inner protective cover identical to the first and designed to install a control or reference thermoelectric transducer in it, both internal covers and the outer one being sealed to the medium being measured.

Дополнительно предлагается оба внутренних и наружный чехол изготовить из газоплотной керамики.Additionally, it is proposed that both the inner and outer case be made of gas-tight ceramics.

Также дополнительно предлагается наружный чехол изготовить из жаростойкой стали или сплава.It is also proposed that the outer cover be made of heat-resistant steel or alloy.

Введение в конструкцию ТП второго внутреннего защитного чехла идентичного первому и предназначенного для установки в нем контрольного или эталонного термоэлектрического преобразователя, позволяет создать одинаковые условия теплообмена для чувствительных элементов ТП и контрольного преобразователя. Что снижает погрешность сличения их показаний.The introduction of a second internal protective cover identical to the first and designed for installation in it of a control or reference thermoelectric converter into the design of the TP allows you to create the same heat transfer conditions for the sensitive elements of the TP and the control transducer. Which reduces the error in comparing their testimony.

Выполнение всех чехлов герметичными к измеряемой среде, позволяет повысить ресурс работы чувствительных элементов основного ТП и увеличить ресурс контрольной термоэлектрического преобразователя за счет предотвращения отравления его термоэлектродов химическими элементами, накапливающимися в пространстве между наружным и внутренними чехлами.The implementation of all covers sealed to the measured medium, allows to increase the service life of the sensitive elements of the main TP and to increase the resource of the control thermoelectric converter by preventing poisoning of its thermoelectrodes by chemical elements that accumulate in the space between the outer and inner covers.

Применение внутреннего и наружного чехлов из газоплотной керамики, имеющих одинаковые или близкие прочностные характеристики и коэффициенты термического расширения, позволит повысить надежность выполнения измерений, т.к. снижает вероятность разрушения чехлов особенно в режиме теплосмен.The use of inner and outer covers made of gas-tight ceramics having the same or similar strength characteristics and thermal expansion coefficients will improve the reliability of measurements, since reduces the likelihood of destruction of covers especially in the heat exchange mode.

На прилагаемом чертеже представлено заявляемое устройство, где 1 - наружный защитный чехол, 2 и 3 - внутренние защитные чехлы, 4 - чувствительный элемент в виде термопары, 5 - узел коммутации, 6 - бандаж для крепления внутренних защитных чехлов 3 и 3. В защитный чехол 2 помещают один или два чувствительных элемента рабочего ТП. Защитный чехол 3 во время работы ТП может оставаться свободным, либо в него может быть помещен один из чувствительных элементов рабочего ТП для повышения надежности измерений. В процессе эксплуатации, не снимая ТП с объекта, в защитный чехол 3 помещают контрольный или эталонный термоэлектрический преобразователь и проводят сличение его показаний с показаниями чувствительных элементов рабочего ТП. На время проведения поверки чувствительный элемент рабочего ТП, если он помещен в защитный чехол 3, может быть заменен на контрольный или эталонный. В этом случае сначала сличают показания чувствительного элемента расположенного в чехле 2 с контрольным ТП, а затем показания чувствительного элемента расположенного в чехле 2 с возвращенным в чехол 3 чувствительным элементом рабочего ТП.The attached drawing shows the claimed device, where 1 is the outer protective cover, 2 and 3 are the internal protective covers, 4 is the sensing element in the form of a thermocouple, 5 is the switching unit, 6 is the bandage for attaching the internal protective covers 3 and 3. In the protective cover 2 place one or two sensing elements of the working TP. The protective cover 3 during operation of the TP can remain free, or one of the sensitive elements of the working TP can be placed in it to increase the reliability of measurements. During operation, without removing the TP from the object, a control or reference thermoelectric converter is placed in the protective cover 3 and its readings are compared with the readings of the sensitive elements of the working TP. At the time of verification, the sensitive element of the working TP, if it is placed in a protective cover 3, can be replaced by a control or reference one. In this case, first, the readings of the sensor located in the case 2 with the control TP are compared, and then the readings of the sensor located in the case 2 with the sensor of the working TP returned to the case 3.

Таким образом решается поставленная задача и достигается технический результат.Thus, the task is solved and a technical result is achieved.

Claims (4)

1. Преобразователь термоэлектрический, содержащий наружный защитный чехол, один или два чувствительных элемента в виде термопар, помещенных во внутренний защитный чехол, узел коммутации, позволяющий размещать контрольный или эталонный термоэлектрический преобразователь внутри защитного чехла, отличающийся тем, что он содержит второй внутренний защитный чехол, идентичный первому, и предназначенный для установки в нем контрольного или эталонного термоэлектрического преобразователя, причем оба внутренних чехла и наружный выполнены герметичными к измеряемой среде.1. Thermoelectric converter containing an external protective cover, one or two sensing elements in the form of thermocouples placed in an internal protective cover, a switching unit that allows you to place a control or reference thermoelectric converter inside the protective cover, characterized in that it contains a second internal protective cover, identical to the first one, and intended for installation in it of a control or reference thermoelectric transducer, both inner covers and outer made of ge metichnymi to the measured medium. 2. Преобразователь термоэлектрический по п.1, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены в виде платинородий-платиновых или платинородий-платинородиевых термопар.2. The thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that the sensitive elements are made in the form of platinum-rhodium-platinum or platinum-rhodium-platinum-rhodium thermocouples. 3. Преобразователь термоэлектрический по п.1, отличающийся тем, что оба внутренних и наружный чехол изготовлены из газоплотной керамики.3. The thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that both the inner and outer case are made of gas-tight ceramics. 4. Преобразователь термоэлектрический по п.1, отличающийся тем, что наружный чехол изготовлен из жаростойкой стали или сплава.

4. The thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that the outer case is made of heat-resistant steel or alloy.