Патент на изобретение №2311622

Изобретения относятся к термометрии, а именно к контактным датчикам температуры, и могут использоваться при измерении температуры с минимальной глубиной погружения датчика в нефтяной, химической промышленности и коммунальном хозяйстве, в частности, в трубах малого диаметра.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемым являются датчик температуры и использованный в нем способ установки сенсора, представленные в материалах, описанные в тематическом каталоге “Датчики температуры”, 2002 г., №2, вып.2, стр.46, а также использованы в ЗАО ПГ «Метран» и представлены в техдокументации СПГК 7050.110.00 «Термопреобразователи «Метран-299» от 25.06.04.

Известный способ установки кварцевого резонатора заключается в том, что он размещен в защитной гильзе таким образом, что его выводы удалены от дна гильзы.

В этом случае точка съема тепла (выводы) удалена от термочувствительной точки – днища гильзы – и точность измерений снижается. Кроме того, основной тепловой поток к резонатору проходит не через зоновую поверхность металлической гильзы, а через выводы и точка съема тепла находится выше, чем термочувствительная точка, что сокращает действующую длину погружного зонда (датчика), что очень существенно при малой глубине погружения.

Известный датчик содержит закрепленную в трубопроводе с помощью установочной головки несущую трубку (корпус) с крышкой в верхней части, соединенную в нижней ее части резьбовым соединением с гильзой, в которой закреплен термочувствительный элемент, представляющий собой кварцевый резонатор, размещенный выводами в направлении, противоположном дну гильзы, и включенный выводами в цепь генератора частоты, собранного на печатной плате, размещенной в несущей трубке. При этом свободное пространство между кварцевым резонатором и внутренней стенкой гильзы заполнено теплопроводящим материалом, установочная головка и гильза выполнены из металла и имеют внутреннюю резьбу, а несущая трубка (корпус) имеет наружную резьбу и выполнена из пластмассы. Печатная плата соединена с внешними цепями посредством кабеля.

При указанном размещении кварцевого резонатора в гильзе основной тепловой поток проходит к резонатору не через зоновую поверхность металлической гильзы, а через выводы и термочувствительная точка (точка съема тепла) находится выше резонатора, т.е. достаточно далеко от точки замера, что сокращает действующую длину датчика, выполняющего роль погружного зонда, и снижает точность измерений.

Задачей заявляемого технического решения является уменьшение длины зонда (погружной части) и повышение точности измерений.

Поставленная задача решается тем, что:

– в способе установки чувствительного элемента, представляющего собой кварцевый резонатор, в датчике температуры, заключающийся в том, что кварцевый резонатор размещают в защитной гильзе, согласно изобретению кварцевый резонатор размещен в гильзе таким образом, что его выводы обращены к дну гильзы.

– в датчике температуры, содержащем закрепленный в трубопроводе с помощью установочной головки корпус с наружной резьбой, закрытый в верхней части крышкой и соединенный в нижней части с металлической защитной гильзой, в которой закреплен термочувствительный элемент, представляющий собой кварцевый резонатор, выводы которого посредством проводов включены в цепь генератора частоты, собранного на печатной плате, размещенной в корпусе, согласно изобретению кварцевый резонатор установлен в гильзе таким образом, что места крепления к нему выводов обращены к дну гильзы.

Размещение кварцевого сенсора выводами вниз к днищу гильзы как бы увеличивает длину погружаемой части на длину тела кварца без фактического увеличения длины зонда. Установка кварцевого резонатора выводами к дну гильзы позволяет уменьшить градиент температуры с измеряемой средой, т.е. температура выводов кварца приближается к температуре измеряемой среды и становится менее зависимой от потока тепла, уходящего по щупу (зонду) наружу, что повышает точность измерений. Максимально чувствительной зоной (как и во всех термометрах) становится “кончик” термометра, а не вся погружная часть. Вышесказанное является и техническим результатом. Заявляемый способ установки сенсора и датчик температуры с установленным таким образом сенсором обладают новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него расположением выводов кварца у днища гильзы, обеспечивающим достижение заданного результата – обеспечение меньшей длины погружного зонда и повышение точности измерений.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими достижение указанного результата, поэтому он считает, что заявляемая группа изобретений соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Заявляемые технические решения могут найти широкое применение в термометрии, а именно – в химической, нефтяной промышленности, в коммунальном хозяйстве при использовании их в датчиках с малой длиной погружной части для измерения температуры в трубах малого диаметра, а потому соответствуют критерию “промышленная применимость”.

Заявляемые изобретения иллюстрируются чертежами, где показаны на:

– фиг.1 – конструкция датчика температуры в разрезе;

– фиг.2 – конструкция кварцевого резонатора в разрезе.

Заявляемый способ заключается в том, что кварцевый резонатор размещают в защитной гильзе выводами к дну гильзы и соединяют его выводы с помощью проводов с генератором частоты.

Датчик температуры (фиг.1) содержит выполненные, например, в виде единой цельнометаллической конструкции установочную головку 1, корпус 2 и защитную гильзу 3, в которой размещен термочувствительный элемент 4, представляющий собой кварцевый резонатор, подключенный выводами 5 в цепь генератора 6 частоты, размещенного на печатной плате 7. При этом кварцевый резонатор 4 размещен выводами 5 к днищу гильзы 3. Между кварцевым резонатором 4 и стенкой гильзы 3 пространство заполнено теплопроводящим материалом 8. Корпус 2 имеет наружную резьбу. Верхняя часть корпуса закрыта крышкой 9 из материала с низкой теплопроводностью.

При этом кварцевый резонатор 4 выполнен следующим образом (см. фиг.2). Он состоит из металлической гильзы-корпуса 10, внутри которой создан вакуум или находится инертный газ и размещен кварцевый элемент 11, выполненный, например, в виде пластины или в форме камертона. К верхней части кварцевого элемента 11 прикреплены контактные площадки 12, к которым припаяны выводы 5. Сверху металлическая гильза 10 закрыта стеклянной пробкой 13.

Датчик температуры работает следующим образом.

При размещении датчика в среде, температуру которой он должен измерить, защитная металлическая гильза 3 нагревается, при этом тепло снимается с выводов 5, размещенных у днища гильзы, в месте, температура которого максимально близка к измеряемой температуре среды. При этом в самом кварцевом резонаторе основной тепловой поток проходит к резонатору 11 не через металлическую гильзу-корпус 10, а через выводы 5 и термочувствительная точка находится в самом конце погружной части, увеличивая действующую ее длину.

Поскольку теплопроводности стеклянной пробки 13 и инертного газа на порядки ниже теплопроводностей металлических выводов (в случае вакуума теплопередача осуществляется за счет излучения стенок гильзы и теплопередача оказывается еще более низкой), то данным решением обеспечивается гораздо меньший в сравнении с прототипом температурный градиент с измеряемой средой и уменьшается влияние теплооттока по выводам в окружающую среду, что в совокупности позволяет увеличить точность измерения и уменьшить зависимость погрешности измерения от температуры окружающей среды.

В сравнении с прототипом заявляемые изобретения обеспечивают более точное измерение температуры при меньшей длине зонда.

Формула изобретения

1. Способ установки кварцевого сенсора в датчике температуры, заключающийся в том, что кварцевый резонатор размещают в защитной гильзе и соединяют его выводы с помощью проводов с генератором частоты, отличающийся тем, что кварцевый резонатор размещают выводами к дну гильзы.

2. Датчик температуры, содержащий закрепленный в трубопроводе с помощью установочной головки корпус, связанный с защитной гильзой, в которой закреплен термочувствительный элемент, представляющий собой кварцевый резонатор, выводы которого посредством проводов включены в цепь генератора частоты, собранного на печатной плате, размещенной в корпусе, отличающийся тем, что кварцевый резонатор установлен в гильзе таким образом, что его выводы обращены к дну гильзы.

РИСУНКИ