Датчик температуры - RU169976U1

Чертежи

Описание

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам, предназначенным для измерения температуры нагрева поверхности лунок термоблоков термошейкеров в диапазоне (20…100)°С. Термошейкеры применяются в медицине, служат для перемешивания реагентов при лабораторных анализах и требуют повышенной точности поддержания температуры перемешивания. Лунки предназначены для установки микропробирок емкостью от 0,5 до 2 мл, имеют соответствующие размеры и довольно сложную форму внутренней поверхности (цилиндр, переходящий в конус, переходящий в сферу).

Для измерения температуры лунки с точностью ±0,2°С в диапазоне температур (20…100)°С датчик должен удовлетворять следующим специальным требованиям:

- рабочая область датчика должна полностью находиться в лунке;

- теплопроводность промежутка «стенка лунки - терморезистор» должна быть максимально возможной;

- теплопередача от терморезистора в окружающую среду должна быть минимально возможной.

Большинство известных описанных и выпускаемых датчиков температуры имеют конструкцию, предназначенную для применения в сугубо конкретных условиях (трубопроводы, резервуары, двигатели и т.д.). Среди них отсутствуют специализированные датчики для измерения температуры в лунках, потому что не удовлетворяют одновременно всем трем требованиям (велики по габаритам рабочей области, или же имеют неприемлемую форму рабочей области, не обеспечивающую хороший тепловой контакт, или же имеют повышенную теплоотдачу в окружающую среду за счет внешних элементов конструкции). Поэтому они неприменимы для выполнения поставленной задачи.

Известна конструкция цилиндрического датчика, описанная в патенте на полезную модель RU №111288 (МПК G01K 7/00, опуб. 10.12.2011 г.), которая может быть применена для измерения температуры поверхности лунок. Датчик состоит из платинового терморезистора, помещенного в металлическую гильзу, заполненную внутренней минеральной изоляцией на основе Al₂O₃. К открытому торцу гильзы встык присоединена кабельная вставка, через которую из датчика наружу выходят выводы терморезистора.Кабельная вставка представляет собой тонкую металлическую трубку, заполненную компаундом на основе Al₂O₃. Вся эта сборная конструкция помещена коаксиально в защитный цилиндрический чехол большего диаметра и высоты. Пустое пространство между ними заполнено внешней минеральной изоляцией на основе Al₂O₃.

Несмотря на то, что изготовление датчика требуемых размеров для поставленной задачи возможно, он не будет удовлетворять специальным требованиям. Так, будет иметь место существенная теплоотдача от терморезистора в окружающую среду по путям «терморезистор - внутренняя изоляция - кабельная вставка - внешние провода», а также «терморезистор - внутренняя изоляция - металлическая гильза - внешняя изоляция - кабельная вставка - внешние провода». Кроме того, теплоотдача датчика в окружающую среду может происходить с верхнего торца датчика из-за относительно большого поперечного сечения.

Тепловая проводимость промежутка «стенка лунки - терморезистор» будет неудовлетворительной, поскольку форма датчика не совпадает с формой внутренней поверхности лунки. Кроме того, сложная конструкция датчика (многослойная структура с четырьмя переходами между материалами) также снижает теплопроводность.

Наиболее близким к рассматриваемому устройству является термометр сопротивления ДТС014, паспорт КУВФ.405210.003ПС, выпускаемый ООО «Научно-производственная фирма ОВЕН-К». Термометр представляет собой тонкостенный латунный стакан диаметром 5 мм и высотой 20 мм. Внутри помещен платиновый терморезистор, подсоединенный к трехжильному экранированному внешнему проводу. Свободное пространство в стакане, включая и конец экранированного провода, залито теплопроводящим компаундом.

Описанная полезная модель также не соответствует специальным требованиям, которые предъявляются к датчику для измерения температуры лунки с точностью ±0,2°С в диапазоне температур (20…100)°С. Термометр сопротивления имеет значительную теплопередачу в окружающую среду по короткому пути «термистор - теплопроводящий компаунд - экранная оплетка внешнего провода».

Тепловая проводимость промежутка «стенка лунки - терморезистор» неудовлетворительна, поскольку форма датчика не совпадает с формой внутренней поверхности лунки.

Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является измерение температуры поверхности лунки с высокой точностью вне зависимости от условий внешней среды.

Указанный технический результат достигается за счет применения цилиндрического датчика строго ограниченных размеров, в котором приняты специальные меры к минимизации утечки тепла через внешние провода и одновременно повышена теплопроводность промежутка «корпус - терморезистор».

Указанный технический результат достигается тем, что датчик температуры содержит терморезистор, находящийся вне корпуса датчика, фарфоровую двухканальную трубку, выполняющую роль корпуса датчика и одновременно теплоизолятора, защитный кожух терморезистора конической формы и соединительные проводники, соединяющие выводы терморезистора и внешние провода, отличающийся тем, что датчик не имеет внешнего металлического корпуса, терморезистор вынесен за пределы корпуса датчика и соединен с внешними проводами соединительными проводниками, проложенными в отдалении от теплопроводящих частей датчика.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена схема устройства в разрезе по каналам трубки, то есть по ее диаметру.

Датчик температуры содержит фарфоровую двухканальную трубку 1, являющуюся основой конструкции, диаметром 3 мм и такой длины, чтобы при проведении измерений нерабочий конец датчика находился вне зоны измерений. Малый диаметр трубки (3 мм) и малая теплопроводность алюмосиликатного фарфора (1…2,6 Вт/м⋅К) обеспечивают хорошую теплоизоляцию рабочей зоны датчика от окружающей среды. Плоский платиновый терморезистор 2 (2×2 мм) установлен ребром на торце трубки 1 таким образом, что его выводы пропущены в каналы трубки 1. Терморезистор окружен коническим защитным кожухом 7, выполненным заливкой, состоящей из компаунда с наполнителем SiC или Al₂O₃. Теплопроводность наполнителя составляет для SiC 40 Вт/м⋅К, а для Al₂O₃ 19-30 Вт/м*К. Поверхность кожуха 7 повторяет форму внутренней поверхности лунки, что увеличивает площадь соприкосновения и, тем самым, повышает теплопроводность промежутка «стенка лунки - терморезистор». Тонкие соединительные проводники 3 марки ПЭВ-1-0,2 ГОСТ 7262-68 припаяны к выводам терморезистора 2, места пайки 8, а свободные концы проводников 3 пропущены через каналы трубки 1 и выведены на ее внешнюю поверхность, и к ним припаяны внешние гибкие соединительные провода 5 марки МС26-0,12 ТУ16.505.530-81, места пайки 4. Места пайки 4 фиксируются заливкой цилиндрической формы 6, состоящей из изолирующего компаунда с наполнителем любого состава. Малое сечение соединительных проводников 3 (0,03 мм²) обеспечивает минимальный отток тепла от терморезистора во внешние провода 5. Пределы рабочей зоны датчика ограничиваются пределами кожуха 7.

Датчик предназначен для работы с цифровым измерителем ТРМ200 по трехпроводной схеме включения. При измерениях датчик устанавливается на дно лунки в вертикальном положении. Надежное прилегание защитного кожуха рабочей зоны датчика к стенкам лунки обеспечивается автоматически за счет формы поверхности кожуха 7.

При измерениях терморезистор 2 нагревается через защитный кожух 7 и изменяет свое сопротивление. Сигнал снимается с внешних проводов 5 и фиксируется цифровым измерителем температуры ТРМ200, в котором происходит преобразование сигнала в значение температуры.

Предлагаемая конструкция полезной модели удовлетворяет всем трем специальным требованиям для измерения температуры поверхности лунок, которые описаны выше.

Конструкция датчика также отличается простотой и технологичностью в изготовлении, причем для его изготовления из нестандартного оборудования требуются всего две заливочные формы, изготовленные из фторопласта и предназначенные для формирования защитного кожуха 7 и заливки мест вывода внешних проводов 6.

Таким образом, отсутствие в предлагаемом датчике температуры внешнего металлического корпуса, применение в качестве корпуса фарфоровой трубки с низкой тепловой проводимостью, вынесение терморезистора за пределы корпуса, соединение терморезистора с внешними проводами тонкими соединительными проводниками и форма защитного кожуха терморезистора, повторяющая форму внутренней поверхности лунки, обеспечивают измерение температуры поверхности лунки с высокой точностью вне зависимости от условий внешней среды.

Реферат

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для измерения температуры нагрева поверхности лунок термоблоков термошейкеров в диапазоне (20…100)°С. Термошейкеры применяются в медицине, служат для перемешивания реагентов при лабораторных анализах и требуют повышенной точности поддержания температуры перемешивания. Предложенный датчик температуры содержит терморезистор, находящийся вне корпуса датчика, фарфоровую двухканальную трубку, выполняющую роль корпуса датчика и одновременно теплоизолятора, защитный теплопроводящий кожух рабочей зоны терморезистора конической формы и соединительные проводники, соединяющие выводы терморезистора и внешние провода. От известных конструкций полезная модель отличается тем, что датчик не имеет внешнего металлического корпуса, терморезистор (рабочая зона) вынесен за пределы корпуса датчика и соединен с внешними проводами соединительными проводниками малого сечения, проложенными в отдалении от теплопроводящих частей датчика. При этом защитный теплопроводящий кожух, окружающий терморезистор и конец фарфоровой трубки, имеет форму, полностью повторяющую форму внутренней поверхности лунки термошейкера. Технический результат - измерение температуры поверхности лунки с высокой точностью вне зависимости от условий внешней среды. 1 ил.

Формула