Кварцевый термометр

ю фе ф СО 103 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 091 И 11 А К 1/2 САНИ А ВТОРСКОМУ СВ ТЕЛЬСТВ евыетем 77,тра ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к измери,тельной технике, а именно к датчикам температуры, в которых в качестве чувствительного элемента используетс термочувствительный кварцевый резонатор, и предназначено для измерения температуры жидкости и газа в трубопроводах гидро газодинамических си стем. Цель изобретения - повышение точности измерения. Кварцевый термометр содержит корпус 1 с капсулой 2, кварцевый резонатор Э, помещенный в капсуле 2, генератор 5, расположенный в корпусе 1 над капсулой 2Кварцевый резонатор Э снабжен термоизолятором 15, выполненным из упругого материала в виде двух колец 19 и 22 разной жесткости, прижимного элемента 28 и крышки из упругого материала 30, установленной на прижимном элементе 28, Выполненные из резины разной упругости кольца 19, 22 и крышка 30 обеспе- ф чивают изоляцию в широком диапазоне вибронагрузок. 4 ил.С:Изобретение относится к областиизмерительной техники, а именно к датчикам температуры, в которых в качестве чувствительного элемента игполь 5зуется термочувствительный кварцевыйрезонатор, и предназначено для измерения температуры жидкости и газа втрубопроводах гидрогазодинамическихсистем.10Цель изобретения - повышение точности измерения,На фиг, 1 представлен общий видкварцевого термометра; на фиг. 2 -сечение А-А на фиг. 1; на Фиг. 3 -сечение Б-Б.на фиг. 1; на фиг. 4 -структурная схема, устройства,Кварцевый термометр состоит из ци-.линдрического корпуса 1 с капсулой 2,расположенной в погружной части термометра, которая помещается в рабочуюсреду (жидкость или газ), В капсулеустановлен кварцевый резонатор 3 соболочкой 4. Капсула 2 и оболочка 4предназначены для защиты .кварцевого 25резонатора 3 от непосредственного воздействия рабочей среды, .снижающегосрок службы термометра из-за возможной деформации и разрушения элементов крецледия кварцевого резонатора(проводов) и нарушения электрическихсвязей резонатора. Капсула 2 является дополнительным защитным элементом,позволяющим использовать термометрв экстремальных условиях, например35при, высоких давлениях рабочей среды,.Для обеспечения работы кварцевого резонатора 3 в корпусе 1 над капсулой2 установлен генератор 5. Генератор5 с помощью платы 6 крепится к установочной шайбе 7 посредством винта 8,Шайба 7 жестко закреплена в корпусекрышкой 9. Крепление осуществляетсяпосредством резьбового соединения 10.Дпя крепления платы 6 в шайбе предусмотрен вырез 11. Отверстие 12 шайбыпозволяет осуществлять разводку проводов внутри корпуса.Для закрепления термометра в трубопроводе предусмотрена резьба 13.Крепление осуществляется посредствомшестигранного высгупа 14С целью исключения влияния окружающей среды, в которой расположен трубопровод, на работу кварцевого резонатора 3, расположенного в погружноимчасти термометра, кварцевый резонаторснабжен термоизолятором 15, установленным между капсулой 2 и корпусом 1,двумя терморезисторами, один из которых 16 расположен в непогружной частикорпуса 1, а другой 17 в капсуле 2кварцевого резонатора, и варнкапом 18,Термоизолятор 15 выполнен из двухрезиновых колец разной жесткости, одно из которых 19 более мягкое, установлено между наружным буртиком 20капсулы 2 и торцом 21 корпуса 1. Другое резиновое кольцо 22 выполнено изболее жесткого упругого материала иустановлено на внутреннем буртике 23корпуса 1 между жесткими теплоизоляционными прокладками 24, 25,Резиновое кольцо 19 выполненоступенчатым с внутренним 26 и внешним27 элементами термоизоляции, что повышает устойчивость капсулы 2 иизоляционные свойства термоизолятора.Для обеспечения герметичности соединения капсулы 2 с корпусом 1 термоизолятор снабжен прижимным элементом28, выполненным в виде колпачка, Прижимной элемент (колпачок) целесообразно выполнить из термоизоляционногоматериала. Колпачок навинчен посредством резьбового соединения 29 наверхнюю часть капсулы 2, При навинчивании колпачок посредством жесткихпрокладок 24, 25.и буртика 23 корпусаобжимает кольцо 19, которое плотноприлегает к стенкам корпуса и капсулы, обеспечивая герметичность соединения, Одновременно сжимается кольцо22, которое дополнительно герметизирует соединение и центрирует капсулуотносительно корпуса совместно скольцом 19.Между прижимным элементом 28 игенератором 5 установлена теплоизоляционная крышка 30, выполненная изупругого материапа, например из резины. Цилиндрическая часть 31 крышкирасположена в зазоре между колпачком28 и корпусом 1 и плотно прилегает кповерхности корпуса и колпачка. Для обеспечения технологичности и качества сборки крышки 30 может быть выполнена путем заливки компаундом после завинчивания компачка 28. При этом крьпцка 30 обеспечивает надежное Фиксирование колпачка 28, предотвращая его отвинчивание в процессе эксплуатации термометра.Для разводки проводов в колпачке 28 и крышке 30 предусмотрены отверстия 32, 33.34 5-. 15503Завинчивание колпачка 28 осуществляется при помощи паза 34 нод отвертку.Плоская часть 35 крышки 30 выполняется с толщинои, обеспечивающейч ч5плотное прилегание нижней торцовойчасти платы 6 к поверхности крьппки,Тем самым Достигается крепление нижней части генератора, что повьппаетнадежность крепления генератора вкорпусе термометра.Для обеспечения надежного контакта с контролируемой поверхностью терморезисторы 16, 17 крепятся к корпусу 1 и капсуле 2 при помощи клея,Кварцевый термометр снабжен дешиФ -ратором 36, вынесенным за пределыкорпуса и связанным электрически сгенератором 5,В-В - линия раздела погружной инепогружной частей термометра (Фиг,1),Для улучшения термоизоляции целесообразно корпус термометра выполнятьиз материала меньшей теплопроводности.25чем материал капсулы кварцевого резонатора. В качестве примера можно ре -комендовать выполнение капсулы из меди, а корпуса - чз нержавеюцей стали. В этом случае температура рабочейсреды, в которую погружается капсула,будет быстро передаваться кварцевомурезонатору 3, что снизит инерционность термометра. Рекомендуется вэтих же целях Оботочку 4 соединить35непосредственно с внутренней поверхностью капсулы с помощью пайки, Всвою очередь корпус 1, выполненныйиз материала меньшей теплопроводности,чем капсула 3, снижает воздействиеокружающей среды на капсулу, а следовательно, на кварцевый резонатор.7 еМ самым достигается повышение точности измерения температуры за счетуменьшения теплопередачи чеРез коРпус, 45Благодаря тому, что контактныеэлементы термоизолятора 15 выполненыиз упругих материалов (вчастности,кольца 19, 22 и крьппка 30), термоизолятор помимо Функции изОляции квар 50цевого резонатора от влияния на егопоказания температуры окружающей среды дополнительно обеспечивает виброизоляцию кварцевого резонатора 3, Этотакже способствует повьппению точностипоказаний кварцевого термометра. Виб"роизоляция устраняет влияние внешнихвибраций на рабочие (Функциональные)колебания резонатора 3, возникающие под воздействием измеряемой температуры рабочей среды, находящейся в трубопроводе. Кроме того, виброизоляция снижает вибронагрузки на крепление - провод 37 резонатора 3, что повышает надежность термометра. Выполненные из резины разной упругости кольца 19, 22 и крытпка 30 обеспечивают изоляцию в широком диапазоне вибронагрузок.Возникновение вибронагрузок связано с тем, что гидрогазодинамические системы имеют в своем составе побудитель циркугтяции рабочей среды, являюцийся источником вибраций, Эти вибрации передаются трубопроводу, который, в свою очередь, создает вибронагрузки на кварцевый термометр.Устройство работает следующим образом.Находящаяся в трубопроводе рабочая среда соприкасается с помещенной в нее капсулой 2. При этом температура рабочей среды через стенки капсулы 2 и оболочки 4 передается во внутреннюю полость оболочки и воспринимается кварцевым резонатором 3. Генератор 5, связанный с кварцевым резонатором 3, генерирует электрические колебания, частота которых однозначно связана с температурой рабочей среды в трубопроводе. 1(олебания с выхода генератора воспринимаются дешиАратором 36, который переводит их в показания температуры контролируемой рабочей средыфДпя дополнительного повьппения точности измерения температуры рабочей среды в термометре предусмотрены терморезисторы 16, 17 и варикап 18, Их функция состоит в том, чтобы устранить остаточное влияние на показания термометра температуры окружающей среды. Эти остаточные влияния вызваны непосредственной близостью расположе-. ния корпуса к капсуле резонатора, которая,.обладая высокой теплопроводНостью, восприимчива к остаточным температурным воздейс-виям окружающей среды, воспринимаемым от корпуса 1, теплоизолятора 15 и конвективно через внутренние полости термометра.Работа терморезисторор 16, 17 основана на том, что терморезистор 16 постоянно измеряет температуру корпуса термометра, а терморезистор 17 - ,температуру капсулы кварцевого резонатора 3, которые неодинаковы. Фикси 1550334руемая терморезисторами температурапоступает в виде электрического напряжения на варикап 13. В связи с тем,что температуры корпуса 1 и капсулы 25различны, соответственно на варикаппоступают различные напряжения оттерморезисторов 1 б, 17. Варикап 18фиксирует разность напряжений, соот-ветствующую разности температур, которая определяет величину его емкости.,Частота генератора 5 определяется нетолько собственной частотой кварцево,го резонатора 3, но и емкостью варикапа 18, поэтому варикап корректирует частоту генератора, устраняя остаточные влияния температуры окружающейсреды. Скорректированнье показанияпередаются с генератора 5 на дешифратор 36. Тем самым достигается переда".ча температуры рабочей среды на дешифратор без,помех, что повышает точНость измерения,В процессе работы термометра одноВременно с коррекцией обеспечивается 25основная термоизоляция кварцевого резонатора термоизолятором 15 и его виброизоляция.Вместе с тем применение терморе"аисторов позволяет учитывать быстро 3 Оизменяющуюся температуру рабочей среды, так как кварцевый резонатор обладает большей инерционностью, чем териорезистор. Терморезистор 17, расположенный в капсуле 2, быстрее восприф " 35нимает изменение т емпер атуры р аб очейсреды, поступающей через капсулу, ипередает их последовательно на варикап 18 и генератор 5, где по ним производится коррекция показаний кварцевого резонатора, Тем самым снижаетсяпогрешность измерения термометра,что позволяет учитывать колебаниятемпературы рабочей среды,Последовательность поступления сигналов от кварцевого резонатора и терморезисторов к дешифратору представлена на схеме фиг. 4.формула изобретениякварцевый термометр, содержащий цилиндрическии корпус и капсулу, соединенную с ним, кварцевый резонатор с оболочкой, помещенный в капсуле, и генератор, расположенный в корпусе над капсулой, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен прижимным элементом в виде колпачка с внутренней резьбой, установленного на верхней части капсулы, выполненной с наружным буртиком и введенной внутрь корпуса с зазором, торец которого снабжен внутренним буртиком, крышкой из упругого материала, установленной на колпачке, жесткими прокладками, установленными соответственно на торце колпачка и внутреннем буртике корпуса, резиновым кольцом, размещенным между жесткими прокладками, и вторым более мягким резиновым кольцом установленным между наружным буртиком капсулы и торцом корпуса и выполненным ступенчатым, причем ступень меньшего диаметра введена с уплотнением в зазор между корпусом и капсулой.1550334Сост авитель Л. БалянинаРедактор О,Спесивых Техред И.Дидык Корректор М.Максимишинец Заказ 2 б 5 Тираж 493 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101