Термозонд и способ его изготовления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕНТ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(76) Занцев Владимир Константинович; Гусев Владимир Иванович(54) ТЕРМОЗОНД И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ(57) Использование: измерение высоких температур жидких и газообразных сред. Сущность изобретения: в огнеупорном блоке из керамического тепло- изоляционного материала на основе силикатных волокон установлена термопара Рабочая часть блока имеет термостойкое покрытие из плотной керамики на основе кварцевого и боросиликатного стекла с эачерняющей добавкой На торце блока в(5 Ц 001 К 7 02 слое термостойкого покрытия размещен рабочий спай термопары с примыкающими к нему участками термоэлектродов. Блок закреплен на одном из концов держателя в форме трубки, в которой со стороны ее другого конца установлена ппата в оболочке из материала на основе боросиликатных волокон. На плате закреплены свободные концы термоэлектродов термопары. Перед укладкой термоэлектродовна рабочую часть огнеупорного блока наносят грунтовый силикатный слой, затем блок сушат на воздухе и в печи, обжигают и охлаждают до комнатной температуры После нанесения покрытия блок повторно высушивают на воздухе и затем обжигают, Сушку и обжиг огнеупорного блока проводят по заданным режимам. 2 сп. ф-лы, 1 ипмИзобретение относится к термометрии, вчастности к измерению температуры жидкихи газообразных сред, и может использоватьсяв различных областях техники, занимающихся разработкой и созданием изделий, работающих в условиях высокоинтенсивноготеплового воздействия (теплоэнергетика, ма-.териаловедение, космическая техника и др.).Известен термозонд, содержащий огнеупорный керамический блок с установленной 10в нем термопарой в защитном чехле, выполненный из теплоизоляционного материала иимеющий термостойкий слой на своей рабочей части. Блок закреплен на держателе, выполненном в виде трубки, в которой 15расположены термоэлектроды термопары,связывающие ее с регистрирующим прибором,Способ изготовления такого термоэондавключает изготовление огнеупорного блока, 20его сушку, поучение термостойкого слоя на .рабочей части блока, установку в блоке термопары в чехле, закрепление огнеупорногоблока на держателе и соединение термоэлектродов термопар с регистрирующим 25прибором.В известном устройстве рабочий спайтермопары установлен в защитном чехле ввиде металлической трубки, которая размещена в теплоизоляционном блоке. Поэтому 30устройство измеряет непосредственно нетемпературу среды, куда его вводят, а температуру стенки защитного чехла, в которомустановлена термопара, что снижает точность результатов измерений, 35Кроме того, известное устройство содержит материалы с различными коэффициентами теплового расширения, чтоспособствует развитию термонапряжений.вэлементах конструкции, растрескиванию40керамических элементов и; как следствие,приводит к снижению надежности устройства,Наиболее близким к заявленному устройству является термозонд, содержащий 45термопару, установленную в огнеупорномблоке из керамического теплоизоляционного материала, имеющем термостойкое покрытие на рабочей части и закрепленном наодном из концов держателя в форме трубки, 50внутри которой пропущены термоэлектроды термопары на части своей длины вблизиее рабочего спая, совместно с ним размещенные на торце огнеупорного блока в слоетермостойкого покрытия, а свободными 55концами через соединительные проводаподключенные к .регистрирующему прибоРуНаиболее близким к заявленному способу является способ изготовления термозонда, включающий установку термопары в огнеупорном блоке, укладку термоэлектродов на части их длины вблизи рабочего спая термопары на торце огнеупорного блока, натяжение термоэлектродов, нанесение термостойкого покрытия на рабочую часть огнеупорного блока. закрепление блока на держателе. и подсоединение термопары к регистрирующему прибору.Недостатком известных термозонда и способа его изготовления является низкая надежность устройства,Цель изобретения - повышение надежности термозонда.Цель достигается тем, что известное устройство введена установленная внутри трубки плата в оболочке из легковесного низкоплотного материала на основе боросиликатных волокон, на которой закреплены свободные концы термоэлектродов термопары, в качестве керамического теплоизоляционного материала использован легковесный низкоплотный материал на основе боросиликатных химически сваренных между собой волокон диаметром 1 - 10 мкм длиной 100 - 1000 мкм, обладающий температурой плавления Тпл 1600 С, коэффициентом теплопроводностиЛ= 0,01-0,1 Вт/мК и плотностью р = (0,07 - 0,4) 10 кг/м, термостойкое покрытие выполнено из плотной керамики толщиной (1-8) 10 и степенью черноты не менее 0,6 на основе кварцевого и боросиликатного стекла с зачерняющей добавкой,Цель достигается также тем, что в известном способе изготовления термозонда после укладки термоэлектродов огнеупорный блок высушивают на воздухе в течение 300 - 2400 с, кварцевым валиком выравнивают поверхность блока, приводят его сушку при температуре 373-423 К в течение 300- 2400 с, обжигают огнеупорный блок при температуре 1273 - 1973 К в течение 300- 1800 с и охлаждают его до комнатной температуры, а после нанесения термостойкого покрытия огнеупорный блок высушивают при комнатной температуре в течение 300 - 2400 с, обжигают при температуре 1473 - 1726 К в течение 300-1800 с и охлаждают до комнатной температуры.На чертеже приведена схема предлагаемого термозонда.Устройство содержит огнеупорный блок 1, выполненный из керамического тепло- изоляционного материала и имеющий термостойкое покрытие 2 с термопарой, рабочий спай 3. которой размещен в слое покрытия. Огнеупорный керамический блок закреплен на держателе 4, выполненном ввиде трубки, в которой расположены термоэлектроды 5 термопары, связывающие ее срегистрирующим прибором 6.В качестве материала огнеупорногоблока использован материал на основе силикатных химически сваренных между собой волокон с диаметром волокон 1-10 мкми длиной 100 - 1000 мкм,Такие характеристики материала блока1 выбраны, исходя из следующих условий, 10Во-первых, материал огнеупорного блока должен выдерживать высокие температуры, характерные для условий измерений всреде жидких и газообразных агрессивныхсред, быть стойким к воздействию термоударов, которым подвергается конструкцияпри вводе термозонда в высокотемпературную среду,Во-вторых, обладать высокими теплоизоляционными свойствами, т.е, иметь коэффициент теплопроводности А0,1Вт/м К.В-третьих, быть технологичным в изготовлении.В-четвертых, обладать низким весом 25т.е. иметь плотность р = (0,07 - 0,4) 10кгlм .Исходя из этих требований, выбран легковесный низкоплотный материал на основе волокон 502. 30Характерной особенностью материаловна основе ЯЮ 2 является сложный характертеплопереноса в них, обусловленный одновременным участием конвективной, радиационной и кондуктивной составляющих 35теплаперенасов.Результаты исследования характеристик блоков из таких материалов показали,что наиболее предпочтительными как с тачки зрения обеспечения требуемых характеристик блока (Тлл, А,р), так и технологииизготовления являются волокна диаметрал1 - 10 мкм и длиной 100 - 1000 мкм.Термостойкое покрытие 2 выполнено изплотной керамики на основе кварцевого и 45боросиликатного стекла и зачерняющгй добавкой толщиной(1-8) 10 м и степенью-4черноты я0,6. Такие характеристики по. крытия обеспечивают возможность размещения в нем термоэлектродов диаметром 50(0,01 - 5) 10 м, высокую термастойкастьпокрытия и высокую интенсивность сбросатепла посредствам радиационного теплаабмена (а, - е оТ ).Свободные концы термозлектрадав 5 55выведены с противоположной стороны огнеупорного блока 1 и закреплены в верхнейчасти держателя 4 на плате 7, закрытой совсех сторон оболочкой 8 из легковесного низкоплотнога материала на основе баро- силикатных волокон.Способ изготовления термозанда включает следующие операции и поясняется конкретным примером аеализации.На рабочую часть огнеуп онаго блока 1, выполненного из материала на основе волокон 902, наносят грунтовый слой из 100% Я 02 толщиной 1-3) 10 м, одинаковый по коэффициенту термического расширения с материалом блока 1. Укладывают термоэлектроды 5 на торце блока, свободные концы термоэлектродав выводят с протИвоположной стороны блока 1 и производят их натяжение, В качестве термопары используют термопару платина-платинорадий с диаметром термоэлектрадов, равным 1 10м. После укладки термаэлектрадав проводят сушку блока на воздухе в течение 1800 с, выравнивают поверхность блока кварцевыл 1 валиком с шероховатостью поверхности, соответствующей 7 классу чистоты, а затем проводят сушку блока при температуре 400 К в течение 1000 с. После этого огнеупорный блок обжигают при температуре 1500 К в течение 1500 с и охлаждают до комнатной температуры,Далее на рабочую Часть блока наносят слой терл 1 остайкога покрытия толщиной 2 10 м, содержащий 15% барссиликатнага стекла, 75% кварцевого стекла и 10% зачерняющей добавки, проводят сушку блока при комнатной температуре в течение 2000 с и его обжиг при температуре 1500 К втечение 1500 с, после чего ола охлаждают до комнатной температурььНижний и верхний пределы диапазона температуры обжига обусловлены л 1 инимальна и максимальна дап.стимай температурой спекания кол 1 понентав глазурнаго слоя покрытия.Благодаря тому, чта установка термопары проводится в процессе изгагавления огнеупорного блока, не нарушается целостность и не сни;ка,атся прочностные свойства конструкции, При этом, поскольку наружная часть термаэанда содержит материалы с одиггакавыми коэффициентами тепловага расширения, снижаатся уровень термонапряжений и вероятность растрескивания керамических эле;";е тав, повышаются надежность и долговечность устройства.Одновременно, павкаьку термапара установлена в танкам наружном терластайкам покрытии, снижается и;с;.цианнасть термазон а, а за с ет тога, что термаплад устанавливается в пао:, ссе изготовя н я покрытия, снижается контактное терли;ческае "апратииление л.ежду 1 еамаплрай и2002218 Формула изобретения Составитель Н.Соловьева Редактор Т.Локшарева Техред М.Моргентал Корректор Н.МилюковаЗаказ 3169 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 материалом покрытия, в результате повышле 1 ся то гно:ть измерения. Погрешностьизмерения температуры составляет 5%. 1.Термоэонд, содержащий термопару, ус, тановленную в огнеупорном блоке из керамического теплоиэоляционного материала, имеющем термостойкое покрытие на рабочей части и закрепленном на одном из концов держателя в форме трубки, внутри коТорой пропущены термоэлектроды термопары на части своей длины вблизи ее рабочего спая, совместно с ним размещен-, ные на торце огнеупорного блока в слое термостойкого покрытия, а свободными концами через соединительные провода подключенные к регистрирующему прибору, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введена плата в оболочке из легковесного низкоплотного материала на основе боросиликатных волокон, установленная в трубке со стороны ее другого конца, в качестве керамического теплоизоляционного материала использован легковесный низкоплотный материал с температурой плавления Тп.1600 С, коэффициентом теплопроводности А = (0,01 - 0,1) Вт/мК и плотностью р = (0,07 - 0,4)10 кг/м, на основе силикатных химически сваренных между собой волокон с диаметром 1 - 10 мкм и длиной 100 - 1000 мкм, термостойкое покрытие выполнено из плотной керамики толщиной (3 - 8) :10 м и степенью черно ты не менее 0,6 на основе кварцевого и бо(56) Патент СССР М 321026, кл. 6 01 К7/02, 1971,Авторское свидетельство СССРМ 355510, кл. 6 01 К 1/14, 1971,5росиликатного стекла с эачерняющей добавкой, а свободные концы термоэлектродов, имеющих диаметр (0,01 - 5) 10 м,закреплены на плате,10 2.Способ изготовления термозонда,включающий установку термопары в огнеупорном блоке, укладку термоэлектродовна части их длины вблизи рабочего спаятермопары на торце огнеупорного блока,15 натяжение термоэлектродов, нанесениетермостойкого покрытия на рабочу . астьогнеупорного блока, закрепление блока надержателе и подсоединение термопары крегистрирующему прибору, отличающийся20 тем, что,с целью повышения надежности,перед укладкой термоэлектродов на рабочую часть огнеупорного блока наносятгрунтовый силикатный слой толщиной (13)10 м, после укладки термоэлектродовогнеупорный блок высушивают на воздухев течение 300 - 2400 с, кварцевым валикомвыравнивают поверхность блока, проводятего сушку при 373 - 423 К в течение 3002400 с, обжигают огнеупорный блок при1273 - 1973 К в течение 300 - 1800 с и охлаждают его до комнатной температуры, апосле нанесения термостойкого покрытияогнеупорный блок высушивают при ком 35 натной температуре в течение 300 - 2400 с,обжигают при 1473 - 1623 К в течение 3001800 с и охлаждают до комнатной температуры.