Датчик температуры

ОПИСА ОБ 0-15 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ А В ТОР СНОМУ С ВИДЕТЕП(72) В.Н,Вылегжанин и В.И,Голубев (71) Восточное отделение Восточного научно-исследовательского института горноспасательного дела(56) 1Авторское свидетельство СССР 9 492650, кл. Е 21 К 17/06, 1974,2. Авторское свидетельство СССР Р 518647, кл. 0 01 К 11/00. 1976 . (54)(57) ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержа- щий заполненный электролитом корпус с установленными в нем двумя электродами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения техники безопасности, корпус, являющийся одним из электродов, выполнен в виде полого перфорированного графитового цилиндра, внутри которого коак сиально на изолированном стержне установлен второй электрод из железа, а в качестве электролита исполь зуется наполнитель из мелкодисперсного графита и водного раствора гидрата сульфата железа со следующим содержанием компонентов, мас.Ф;Мелкодисперсныйграфит 70-75 Гидрат сульФатажелеза 1Дистиллированнаявода 10-2040 50 Для электрохимической системына основе водного раствора гидратасульфата железа с использованиемграфитового и железного электродов55 схема электрохимической реакцииимеет вид(+)С 1 С+НО:. Ге 80 ТН 01 РЕ(;) 10-15 10"20 у Изобретение относится к горномуделу и может быть использовано дляоперативного определения температу-.ры горных пород в скважинах горныхмассивов угольных и сланцевых шахт,Известен глубинный термометр,содержащий установленные в одцомкорпусе экран со светочувствительным элементом и ртутный термометрс капилляром, , снабженный фиксированной диафрагмой, выполненной сощелью, напротив которой установленэкран Я ,Недостатком данного термометраявляется малая точность. измерения.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является датчиктемпературы, содержащий вкачествечувствительного элемента электрохимическую ячейку с обратимой окислительно-восстановительной системой,Ячейка содержит заполненный электролитом корпус с установленными внем двумя электродаМи и включена всхему измерения, снабженную самописцем и источником питания, в котороймежду ячейкой и источником питаниявключены задатчик тока н переключатель полярности тока 2 .Известный датчик температуры имеет чувствительность 2-2,5/град,но в виду необходимости подключениясхемы считывания к промьпаленной сетидатчик не обеспечивает искробезопасной работы, что недопустимо в шахтных условиях при пожароопасной ситуации. Кроме того, система громоздка, требует стационарных условий,;что затрудняет ее эксплуатации вполевых условиях,1Целью изобретения является повышение требований техники безопасности путем обеспечения искробезопасности при наличии внутренней ЭДС. Указанная цель достигается тем, что в датчике температуры, содержащем заполненный электролитом корпус с установленными в нем двумя электродами, корпус, являющийся одним из электродов, выполнен в виде полого перфорированного графитового цилиндра, внутри которого коаксиально на изолированном стержне установлен второй электрод из железа, а в качестве электролита используется наполнитель из мелкодисперсного графита и водного раствора гидрата сульфата железа со следующим содержанием компонентов, мас.Ъ:Иелкодисперсныйграфит 70-75 Гидрат сульфатажелезаДистиллированнаявода На Фиг. 1 представлен датчик,общий вид; на фиг. 2 - тарировочныйграфик выходного напряжения датчика Ч, в функции измеряемой темпера"туры, К.Датчик температуры состоит из головной части 1 и полого перфорированного по боковой поверхности графитового корпуса 2, который является положительным электродом. Внутри10 корпуса 2 размещен отрицательныйэлектрод, выполненный в виде железной втулки 3, установленной на стержне 4. Пространство между корпусом 2и втулкой 3 заполнено наполнителем,15 состоящим из мелкодисперсного графитового порошка, пропитанного вод ным раствором гидрата сульфата железа. Кроме того, датчик температуры содержит втулку 5, выполненнуюразъемной, к которой винтами 6 закреплен винтовой Фланец 7 для присоединения составных штанг 8. Внутриштанг 8 расположены монтажные провода 9, передающие сигнал на регистрирующий прибор 10. Таким образом,датчик представляет собой электрохимическую ячейку, состоящую из положительного электрода-корпуса 2, наполнителя,являющего электролитом,3 ) и отрицательного электрода - железной втулки 3.Датчик работает следующим образом.В соответствии с законом Нернставеличина ЭДС на электРодах датчикаопределяется выражениемК = К т =(Н/пГ).т 1 п(Г С ),(1)где Е " измеряемая разность и тенциалов на обкладкахячейки, В,Кп- коэффициент пропорциональности К, = В/пГ 1 п( (:13 ),В/1(;Т - температура, К;П - число электронов, участвующих в акте электрохимической45 реакции,коэффициент активности потенциалопределяющего ионаС - концентрация потенциалопределяющих ионов,60 На поверхности электродов схемыэлектрохимических реакций имеют виднаугдеродном электродеТЯНО+ Ос 2 НОна железном электродеЧНОРе 50 7 НОфРе+С, )Ге (3)еО+ГЕ(ОН,СО 1+ 5 О,1+Н,О(в виду сложности характера реакции,ра,становка коэффициентов не проведена).1",рутизна температурной зависимости 10 определяется изменением концентрации основных потенциалопределяющих ионов за счет протеканияреакций2 ДФ ФРеРе Ре д РеОдновременно за счет реакцийокисления серы и графита с образованием слабых сернистых и угольныхкислот в соответствии с (2) и (3)при увеличении температуры отношение концентраций ионов Реи Резначительно изменяется, что позволяет увеличить значение о вслед" 20ствие увеличения величины. 1 п(Г С 11 ).При введении датчика температуры в скважину и по мере его транспортирования по скважине регистрирующий прибор 10 показывает определенную постоянную ЭДС, которуюнепрерывно вырабатывает электрохимическая ячейка. При наличии очагагорения угля температура в скважине повышается, что приводит к интенсификации электрохимических процессов. В результате величина ЭДС, ре- .гистрируемая измерительным прибором 10, увеличивается, Значение температуры определяется по тарировочному графику, который получают экспериментальным путем следующим образом.Б термопечь с изменяющимся градиентом температур вводится датчиктемпературы, на поверхности которого закреплена термопара. Затем датчик перемещается по длине термопечи.В определенных точках транспортирования датчика одновременно снимаютсяпоказания температуры и ЭДС датчика. 45По выходным показаниям температурытермопары и ЭДС датчика строитсятарировочный график,Чувствительность датчика, крутиз"на температурной зависимости, зави сят от отношения концентрации основных потенциалопределяющих ионов Реф, Ре , а следовательно, и от концентрации электролита. Ероме того, скорость реакции, также влияющая на изменение концентрации ионов Ре , Ре, определяется активной поверхностью угольного (графитового) электрода, Применение мелкодисперсного графитового порошка обеспечивает создание .большой развитой поверхности. Таким образом, чувствительность датчика определяется соотношением компонентов исполнителя, состоящего из мелкодисперсного графита и водного раствора гидрата сульфата железа.Экспериментально определено следующее оптимальное соотношение компонентов наполнителя, мас.Ъ;Мелкодисперсныйграфит 70-75 .Гидрат сульфатажелеза 10-15 Дистиллированнаявода 10-20.Указанный оптимальный диапазон состава наполнителя обеспечивает постоянство выходных характеристик датчика, что подтверждено большим числом испытаний датчика, Тарировочный график (фиг. 2). получен экспериментально для образцов, имеющих соотношение компонентов наполнителя в пределах указанного оптимального диапаэона. При этом отклонение тарировочного графика для каждого образца от графика незначительно. Несмотря на ограниченный ресурс работы вследствие потери активности наполнителя (3-4 дня) датчик надежно фиксирует повышение температуры в скважинах и удовлетворяет требованиям искробезопасности. Наличие внутренней ЭДС упрощает условия эксплуа.- тации, не требует сложных электрических схем для снятия показаний, С учетом его транспортабельности, простоты изготовления, дешевизны датчик может найти широкое применение для оперативного температурного каратажа горных пород по скважинам..Шу ПодписноСР акаэ д. 4/ ППП фПатентф, г.ужгород, ул.Проектная, 4 13/45ЭНИИПИ Госпо делам113035, Ио Тираж арственного эобретений ва, Ж, Р