Датчик температуры

(5)Ф 6 01 К 7 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ф"., .К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ,/(56) 1. Авторское свидетельство СССР9 393621, кл. ( 01 К 7/00, 1971.2. Авторское свидетельство СССРУ 972259, кл. Ч 01 К 7/00, 1980(прототип),(54)(57) ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий корпус с крышкой цилиндрическийдиэлектрический каркас с размещеннымина нем компенсационным и измерительным электромагнитнымипреобразователями перемещений, в зонах действияэлектромагнитного. поля которых соосно ЯО 1167447 А размещены соответственно компенсационный элемент, выполненный в виде металлической пластины, и измерительный элемент, выполненный в виде биметаллической пластины,о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, датчик снабжен стержнем, установленным в отверстии вдоль оси каркаса и жестко соединенным торцами с корпусом и крышкой, а также с измерительным элементом, при этом стержень выполнен из материала с температурным коэффициентом линейного расширения большим, чем температурный коэффициент линейного расширения материала каркаса, а изме рительный биметаллический элемент обращен к измерительному преобразователю стороной, выполненной из материала с большим температурным коэффициентом линейного расширения.Изобретение относится к контрольно.измерительной технике и может. быть использовано для измерения температуры окружающей среды (воздуха, газа, жидкости) в различных областях народ ного хозяйства.Известны датчики температуры, содержащие корпус, диэлектрический каркас с компенсационной и измерительной катушками индуктивности, термочувствительный элемент в виде меуаллической пластины, расположенный в магнитном поле измерительной катушки, и диэлектрическую прокладку, размещенную между элементом и изме рительной катушкой 1 1.Точность таких термометров низкая, что обусловлено недокомпенсацией температурной погрешности, вызванной неравенством значений соб ственного начального (беэ элемента)комплексного сопротивления компенсационной катушки и полного (с элементом) начального комплексногосопротивления измерительной катушкипри начальной температуре 20 С. Чувствительность таких термометров также ограничена,Известен также датчик температуры, содержащий корпус с крышкой,цилиндрический диэлектрический каркас с компенсационным и измерительным электромагнитным преобразователями перемещений, в зонах действияэлектромагнитного поля которых соосно размещены соответственно компенсационный элемент, выполненныйв виде металлической пластины, и измерительный элемент, выполненный в виде биметаллической пластины 21.Точность данного термометра удовлетворительна и зависит от степени юидентичности параметров преобразователей, а также геометрических размеров и электрофизических свойствматериалов компенсационного элемента и измерительного со стороны,обращенной к измерительному преобразователю. Однако чувствительность,которая определяется только деформацией периферийной части измерительного элемента, остается недостаточной.Цельфизобретения - повышение чувствительности,Цель достигается тем, что в датчике температуры, содержащем корпусс крышкой, цилиндрический диэлектрический каркас с компенсационным и измерительным электромагнитными преобразователями перемещений, в зонах действия электромагнитного поля которых соосно размещены соответственно компенсационный элемент, выполненный в виде металлической пластины, и измерительный элемент, выполненный в виде биметаллической пластины, датчик снабжен стержнем, установленным в отверстии вдоль оси каркаса и жестко соединенным торцами с корпусом и крышкой, а также с измерительным элементом, при этом стержень выполнен с температурным коэффициентом линейного расширения большим, чем температурный коэффициент линейного расширения материала каркаса, а измерительный биметаллический элемент обращен к измерительному преобразователю стороной, выполненной из материала с большим температурным коэффициентом линейного расширения,На чертеже показана конструкция предлагаемого датчика температуры.Датчик содержит корпус 1, цилиндрический диэлектрический каркас 2 с компенсационным 3 и измерительным 4 электромагнитными преобразователя- ми перемещений, в зонах электромагнитного поля которых размещены компенсационный 5 и измерительный 6 эле-ф менты, отстоящие от преобразователей 3,4 на равные зазоры с"и д", крышку 7, стержень 8 и отверстие 9. Измерительный элемент 6 выполнен в виде биметаллической пластины, отделенной от преобразователя 4 воздушным промежутком, обеспечивающим возмбжность осевого перемещения какпериферийной части, так и срединного сечения элемента 6 относительно своего нейтрального положения, а компенсационный элемент 5 выполнен в виде металлической пластины из однородного материала, аналогичного по свойствам материалу измерительного элемента 6, обращенного к измерительномупреобразователю 4, В конструкции датчика вдоль его центральной оси симметрии выполнено сквозное отверстие 9, в которое введен аналогичный по профилю отверстия 9 стержень 8, жестко связанный с измерительным элементом 6, корпусом 1 и крышкой 7, а каркас 2 и корпус 1 также жестко связаны между собой, Размер профиля отверстия 9 (площадь поперечного сечения) в каркасе 2 и элементе(1)где Е - модуль продольной упругостиматериала детали;Р - площадь поперечного сечения 20 детали;продольная длина детали,Из (1) следует, что условие обес 25 печения заданной жесткости С 7 С 7 С корпуса 1, стержня 8 и крышки 7 можно достичь либо выбором материалов этих деталей с соответствующими значениями Е, либо выбором их геометричес 30 ких размеров, что в свою очередь позволит стержню 8 свободно перемещаться от температуры относительно корпуса 1 вдоль оси симметрии термометра, Одновременно дополнительное условие обеспечения неравенства р 7 35 )Ы материалов стержня 8 и каркаса 2 приводит к тому, что при изменении температуры поперечное сечение стержня 8, в котором связаны элемент 6 со стержнем 8, переместится относи тельно корпуса 1 на величинуй 1 =Ор ва 1, (2) а поперечное сечение каркаса 2, в котором размещен преобразователь 4, переместится относительно корпу са 1 на величинуа , (3)сгде р,р - длина каркаса 2 и стержня 8 от их места закрепления с корпусом 1 досечений, в которых размещены преобразователь4 и элемент 6 соответственно;Й - абсолютное изменение тем пературы;1- абсолютное изменениедлины. 5 выполнен величиной, обеспечивающейширокую посадку стержня 8, устраняющей эаклинивание стержня 8 в отверстии 9 при больших перепадах температур, Материал стержня 8 выбран такимобразом, что его механическая жесткость С меньше механической жесткости С материала корпуса 1, но большемеханической жесткости С материалакрышки 7, а величина температурного 10коэффициента линейного расширения с(,больше величины температурного коэффициента линейного расширения о материала каркаса 2. Под механическойжесткостью С понимается отношение 15величины силы к предельной деформа 47 4Следовательно, при изменении температуры зазор д будет изменятьсякак за счет "биметаллического эффекта", т,е, вследствие перемещения сР( 1периферийной части элемента 6, так идополнительно за счет разности деформаций д материалов стержня 8(2) иг(каркаса 1(3), т.е. на величинуВеличина зазора К независимо отвариации температуры будет постоянна. В качестве материалов деталейконструкции датчика могут быть, например, для каркаса - керамика, длякорпуса, крышки, стержня - металл,В качестве преобразователей перемещений могут быть индуктивные, емкостные, Для компенсации температурной погрешности датчика преобразователи включены дифференциально,Датчик работает следующим образом.Измерительный 4 и компенсационный3 преобразователи запитывают токомпеременной частоты. При нормальной(20 фС) температуре среди зазора д ид, а следовательно, и комплексныесопротивления преобразователей 3,4равны поэтому сигнал с датчика равеннулю. При изменении температуры среды измерительный элемент 6 переместится от своего нейтрального положения, например, в сторону измерительного преобразователя 4 при отрицательной температуре и в противоположнуюот преобразователя 4 сторону при положительной температуре на величину,обусловленную деформацией элемента 6и разностью деформации материаловстержня 8 и каркаса 2. В результатеиэменится величина зазора У(4), чтовызовет изменение комплексных сопротивлений преобразователей,3,4 и, какследствие, появление на выходе датчика сигнала, значение которого пропорционально величине перемещенияд элемента 6. По изменению сигнала судят о температуре среды.Чувствительность предлагаемогодатчика в сравнении с прототипомбольше примерно в 2 раза.Предлагаемое изобретение позволяет измерять как положительную, так иотрицательную температуру окружающих воздуха, газа, жидкости как внейтральных, так и в химически агрессивных средах,