Манометричний сильфонний термометр

Реферат: Манометричний сильфонний термометр має термобалон, манометр, капіляр, з'єднуючий термобалон з манометром, зв'язаним через манометричну пружину із стрілкою вимірювальної шкали. Між термобалоном і капіляром додатково установлений двоступінчастий диференціатор сигналів. Термобалон виконаний у вигляді концентрично розміщених зовнішнього циліндра і внутрішнього сильфона, з'єднаних одними торцями сферичними поверхнями, а протилежними торцями сильфон із рухомим, з термоізоляційним прошарком, з'єднаним з проміжним сильфоном, фланцем і взаємодіючим із циліндром, який зв'язаний із спільною циліндричною напрямною першого і другого ступенів диференціатора, виконаних у вигляді приймального з нерухомим фланцем із дроселюючим перепускним отвором і підсумовуючого сильфонів, з'єднаних торцями із спільним рухомим фланцем, зв'язаним тягою із фланцем диференціюючого сильфона, що переміщується в додатковій напрямній, з'єднаній із суцільним фланцем з двома, з осьовими отворами, радіальними стержнями, з'єднаними із циліндричною напрямною з отворами в місцях їх приєднання. Приймальний сильфон першого ступеня одним торцем зв'язаний з проміжним сильфоном, з'єднаним з фланцем термобалона, другого ступеня - з підсумовуючим сильфоном першого ступеня, а підсумовуючий сильфон другого ступеня - із торцем підсумовуючого результативні сигнали сильфоном, з'єднаним торцем з фланцем з осьовим отвором, і виконавчим сильфоном з установленою ззовні пружиною, протилежний торець якої зв'язаний через нерухомий фланець, капіляр і манометричну пружину із стрілкою вимірювальної шкали. UA 118300 U (54) МАНОМЕТРИЧНИЙ СИЛЬФОННИЙ ТЕРМОМЕТР UA 118300 U UA 118300 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Термометр належить до засобів вимірювання температури і може бути використаний для неперервного вимірювання і візуального контролю за температурними параметрами теплового стану рідин і газів при оцінюванні режимів роботи енергетичних машин і агрегатів, а також протікання технологічних процесів різних галузей народного господарства. Із відомих, найбільш близьким за суттю, є манометричний термометр, що включає замкнену герметичну термосистему, в якій міститься термобалон, з'єднувальний капіляр і манометр, з'єднаний через манометричну пружину із стрілкою вимірювальної шкали (див. кн. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков B.C. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - С. 22-23, фіг. 4.3). Однак, недоліками відомого манометричного термометра є значна інерційність проходження температурного сигналу, а також похибка обумовлена змінюванням температури оточуючого середовища, що впливає на тиск робочої рідини в капілярі і точність вимірювання. Отже, відомий манометричний термометр має низьку точність вимірювання температури і через те обмежену область застосування. Тому в основу запропонованого технічного рішення поставлена задача підвищити точність, а також розширити область застосування манометричного термометра шляхом його удосконалення, суттєвими ознаками якого є те, що термобалон вимірює відхилення температури і одержаний сигнал перетворюється у пропорційний швидкості (першій похідній) і прискоренню (другій похідній) її відхилення, які підсумовуються, і далі результативний сигнал без впливу на нього температури оточуючого середовища надходить капіляром у манометр. Для вирішення поставленої задачі у запропонованому термометрі між термобалоном і капіляром додатково установлений двоступінчастий диференціатор температурних сигналів, і термобалон виконаний у вигляді концентрично розміщених зовнішнього циліндра і внутрішнього сильфона, які одними торцями з'єднані сферичними поверхнями, а протилежними торцями сильфон зв'язаний із рухомим з термоізоляційним прошарком, з'єднаним з проміжним сильфоном, фланцем і взаємодіючим із циліндром, який торцями зв'язаний із спільною циліндричною напрямною першого і другого ступенів диференціатора. Останні розміщені послідовно і виконані кожний у вигляді приймального, з нерухомим фланцем із дроселюючим перепускним отвором і підсумовуючим сильфонами з'єднаними торцями із спільним рухомим фланцем, зв'язаним тягою із фланцем диференціюючого сильфона, що переміщується в додатковій напрямній, з'єднаній із суцільним фланцем з двома, з осьовими отворами, радіальними стержнями, з'єднаними із спільною циліндричною напрямною з отворами в місцях їх приєднання. Приймальний сильфон першого ступеня одним торцем зв'язаний з проміжним сильфоном, з'єднаним з фланцем термобалона, другого ступеня - з підсумовуючим сильфоном першого ступеня, а підсумовуючий сильфон другого ступеня - із торцем підсумовуючого результативні вихідні сигнали сильфона, і виконавчим сильфоном з установленою, ззовні, пружиною для повернення рухомих деталей у вихідне положення і зменшення впливу гістерезису матеріалу стінок сильфонів, протилежний торець якої зв'язаний через нерухомий фланець, капіляр і манометричну пружину із стрілкою вимірювальної шкали. При цьому приймальні сильфони першого ступеня з протилежним сильфоном термобалона і другого ступеня з підсумовуючим сильфоном першого ступеня сполучені через дросельні перепускні отвори, а їх підсумовуючі сильфони через додаткові гофровані гідролінії - безпосередньо. При такому технічному вирішенні, в конструктивній схемі якого між термобалоном і капіляром установлений двоступінчастий диференціатор з одержанням вихідних сигналів, пропорційних вхідним, швидкості (першій похідній) і прискоренню (другій похідній) від вхідних сигналів, а також усуненням інерційності їх проходження і впливу на них температури оточуючого середовища, підвищить точність функціонування манометричного сильфонного термометра і розширить область його застосування. На представленому кресленні схематично показано загальний вигляд манометричного сильфонного термометра. Термометр містить термобалон 1, двоступінчастий диференціатор 2 температурних сигналів, капіляр 3 і вимірювальний прилад - манометр 4. Термобалон 1 включає зовнішній циліндр 5 з розміщеним усередині сильфоном 6, з'єднаними одними торцями сферичними поверхнями, а протилежними торцями сильфон із, рухомим термоізоляційним прошарком 7, фланцем 8, взаємодіючим із зовнішнім циліндром 5, який зв'язаний із спільною циліндричною напрямною 9 диференціатора 2 з установленими в ній першим 10 і другим 11 його ступенями. Перший ступінь 10 містить приймальний сильфон 12 одним торцем зв'язаний з проміжним сильфоном 13, з'єднаним одним торцем із фланцем 8, і розділений нерухомим фланцем 14 з дроселюючим перепускним отвором 15, а другим торцем - з першим спільним рухомим 1 UA 118300 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 фланцем 16, який тягою 17 зв'язаний з другим рухомим фланцем 18 диференціюючого сильфона 19, що переміщується в додатковій напрямній 20, з'єднаній із суцільним фланцем 21, з двома радіальними стержнями 22, 23 з осьовими отворами, зв'язаним із циліндричною напрямною з отворами в місцях їх приєднання. Із першим спільним рухомим фланцем 16 одним торцем з'єднаний підсумовуючий сильфон 24, а другий його торець - із фланцем 21. Другий ступінь 11 включає приймальний сильфон 25, з'єднаний одним торцем із фланцем 21 і розділений нерухомим фланцем 26 з дроселюючим перепускним отвором 27, а другим торцем - з другим спільним рухомим фланцем 28, який тягою 29 зв'язаний з другим рухомим фланцем 30 диференціюючого сильфона 31, що переміщується в додатковій напрямній 32 з'єднаній із суцільним фланцем 33 з двома радіальними стержнями 34, 35 з осьовими, зв'язаними із циліндричною напрямною з отворами в місцях їх приєднання. Із другим спільним рухомим фланцем 28 одним торцем з'єднаний підсумовуючий сильфон 36, а другий його торець - із фланцем 33, до якого приєднаний одним торцем підсумовуючий сильфон 37 результативного сигналу, а його другий торець - до нерухомого фланця 38 з осьовим отвором 39. Фланець 38 з'єднаний з одним торцем виконавчого сильфона 40, протилежний торець якого зв'язаний через нерухомий фланець 41, капіляр 3 і манометричну пружину 42 із стрілкою 43 вимірювальної шкали 44. Для повернення у вихідне положення рухомих фланців 16, 18, 28, 30, а також зменшення впливу гістерезису матеріалу стінок сильфонів використана пружина 45. Порожнина "а" сильфона 6 термобалона заповнена спеціальним наповнювачем для вимірювання температури. Порожнина "b" проміжного сильфона 13 сполучається із порожниною "с" першого ступеня 10 через дроселюючий перепускний отвір 15, а з порожниною "d" підсумовуючого сильфона 24 - через додаткову гофровану гідролінію 46 - безпосередньо. Порожнина "е" приймального сильфона другого ступеня 11 сполучається із порожниною "d" через дроселюючий перепускний отвір 27, а з порожниною Т підсумовуючого сильфона 36 через додаткову гофровану гідролінію 47 - безпосередньо. Порожнини "a","b","c","d","f" і капіляр 3 заповнені робочою рідиною, на об'ємне розширення якої не впливає температура оточуючого середовища. Запропонований манометричний сильфонний термометр працює наступним чином. У випадку різкого зростання температури теплоносія тиск в порожнині "а" термобалона 1 буде підвищуватися, від чого рухомий фланець 8 сильфона 6 підніметься, підвищуючи тиск робочої рідини в порожнині "b", а через дросельний отвір 15 і гофровану гідролінію 46 - в порожнинах "c","d". Але через наявність дроселюючого отвору 15 тиск в порожнині "с" зростатиме повільніше, ніж в порожнині "d". В результаті перший спільний рухомий фланець 16 разом із другим рухомим фланцем 18 першого ступеня будуть переміщатися вниз, створюючи додатковий приріст тиску робочої рідини в порожнині "d". При цьому відбувається додавання двох тисків, тобто вихідний підсумований тиск в порожнині "d" буде складатися із тиску, викликаного змінюванням температури теплоносія і нагрівання наповнювача в сильфоні 6 з підвищенням через це її тиску, а також тиску, викликаного швидкістю (першою похідною) від нагрівання наповнювача, і змінювання його температури, обумовлюючого переміщення фланця 16 від швидкості прогрівання і додатковим ще підвищенням тиску в порожнині "d". Робоча рідина від різкого підвищення сумарного тиску в порожнині "d" першого ступеня диференціювання надійде в приймальний сильфон 25 другого ступеня диференціювання, звідки через дроселюючий перепускний отвір 27 в порожнину "e", а гофрованою гідролінією 47 - в порожнину "f". Через наявність дроселюючого отвору 27 тиск в порожнині "e" зростатиме повільніше, ніж в порожнині "f". В результаті другий спільний рухомий фланець 28 разом із другим рухомим фланцем 30 будуть переміщатися вниз, створюючи додатковий приріст тиску робочої рідини в порожнині "f". Внаслідок відбувається додавання трьох тисків, тобто вихідний результативний підсумовуючий тиск в порожнині "f" другого ступеня диференціювання буде складатися із першого тиску, викликаного змінюванням температури теплоносія і нагрівання наповнювача в сильфоні 6 з підвищенням через це її тиску, другого тиску, викликаного швидкістю (першою похідною) від нагрівання наповнювача і змінювання його температури, обумовлюючого переміщення фланця 16 швидкістю прогрівання і додатковим ще підвищенням тиску в порожнині "d", а також третього тиску, викликаного прискоренням (другою похідною) нагрівання наповнювача і змінювання його температури, обумовлюючого переміщення фланця 28 прискоренням прогрівання і додатковим ще підвищенням вихідного тиску в порожнині "f" сильфонів 36, 40. Робоча рідина під дією різко збільшеного результативного тиску, із виконавчого сильфона 40 капіляром 3 надходитиме у манометричну пружину 42, підвищуючи в ній тиск, яка далі, діючи на стрілку 43, поверне її в бік зростання температури, на що у випадку візуального контролю, покаже вимірювальна шкала 44. 2 UA 118300 U 5 10 15 Таким чином, в усіх випадках змінювання теплового стану теплоносія стрілка манометричного термометра буде переміщатися за вихідними сигналами, пропорційними як змінюванню його температури, так і швидкості і прискоренню її змінювання, без впливу на робочу рідину температури оточуючого середовища, забезпечуючи підвищену точність вимірювання. Застосування запропонованого манометричного сильфонного термометра, у порівнянні з уже відомим, дасть можливість: - розширити функціональні можливості за рахунок формування додаткових складових вихідного сигналу, пропорційних швидкості і прискоренню відхилення температури теплоносія; - підвищити точність вимірювання температури теплоносія в умовах різкоперемінних режимів змінювання температури його і навколишнього середовища; - підвищити динамічні показники, а також точність і надійність систем теплової автоматики, завдяки підвищенню швидкодії вихідних сигналів, зменшенню запізнювання і відхилення регульованих параметрів інерційних теплових процесів; - розширити область застосування в системах автоматики переважно з динамічними ланками із значною тепловою інерційністю. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 Манометричний сильфонний термометр, що містить термобалон, манометр, капіляр, з'єднуючий термобалон з манометром, зв'язаним через манометричну пружину із стрілкою вимірювальної шкали, який відрізняється тим, що між термобалоном і капіляром додатково установлений двоступінчастий диференціатор сигналів, а термобалон виконаний у вигляді концентрично розміщених зовнішнього циліндра і внутрішнього сильфона, з'єднаних одними торцями сферичними поверхнями, а протилежними торцями сильфон із рухомим, з термоізоляційним прошарком, з'єднаним з проміжним сильфоном, фланцем і взаємодіючим із циліндром, який зв'язаний із спільною циліндричною напрямною першого і другого ступенів диференціатора, виконаних у вигляді приймального з нерухомим фланцем із дроселюючим перепускним отвором і підсумовуючого сильфонів, з'єднаних торцями із спільним рухомим фланцем, зв'язаним тягою із фланцем диференціюючого сильфона, що переміщується в додатковій напрямній, з'єднаній із суцільним фланцем з двома, з осьовими отворами, радіальними стержнями, з'єднаними із циліндричною напрямною з отворами в місцях їх приєднання, причому приймальний сильфон першого ступеня одним торцем зв'язаний з проміжним сильфоном, з'єднаним з фланцем термобалона, другого ступеня - з підсумовуючим сильфоном першого ступеня, а підсумовуючий сильфон другого ступеня - із торцем підсумовуючого результативні сигнали сильфона, з'єднаного торцем з фланцем з осьовим отвором, і виконавчим сильфоном з установленою ззовні пружиною, протилежний торець якої зв'язаний через нерухомий фланець, капіляр і манометричну пружину із стрілкою вимірювальної шкали, причому приймальні сильфони першого ступеня з проміжним сильфоном термобалона і другого ступеня з підсумовуючим сильфоном першого ступеня сполучені через дроселюючі перепускні отвори, їх підсумовуючі сильфони через додаткові гофровані гідролінії безпосередньо, а диференціюючі сильфони через осьові отвори радіальних стержнів і циліндричної напрямної сполучені з атмосферою. 3 UA 118300 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4