Стержень для измерения температуры с легкозаменяемой термопарой
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температур высокотемпературных расплавленных ванн в тиглях, нагреваемых электрической индукцией. Термопара (17) подвешена на детали (26, 27), закрепляемой на соединительной части измерительного стержня, которая содержит направляющее (30) коническое отверстие для введения термопары. Эта последняя содержится в гибком кабеле (24), способном перемещаться в чехле (35) центрального отсека (16), в котором находится термопара (17). Пружина (34) может быть добавлена для легкого прижатия кончика термопары ко дну ее паза. Технический результат – повышение удобства замены термопары. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к стержню для измерения температуры, термопара которого легко заменяется.
Этот стержень относится к той же области техники, что и Французский патент 2 894 024, который он может, к тому же, усовершенствовать, хотя он также может применяться для различных воплощений измерительных стержней.
Стержни для измерения температуры, о которых речь идет в настоящей работе, служат, как правило, для измерения температур высокотемпературных расплавленных ванн в тиглях, нагреваемых электрической индукцией, например, для остекловывания радиоактивны отходов. Они содержат кожух, в котором простирается термопара, начиная с измерительного наконечника, а конец, противоположный кожуху и термопаре, выходят из тигля, выступающую среду. В данной работе интерес представляет замена термопары, без необходимости в демонтаже измерительного стержня, с использованием, если это необходимо, операций ручного дистанционного управления, что часто бывает необходимо, когда окружающая среда бывает радиоактивной и находится в огороженных местах в защитной камере. Термопары на самом деле являются хрупким оборудованием, которое иногда необходимо заменять. Однако, с ними также бывает сложно хорошо обращаться, по причине их большой длины и их низкой жесткости и тесноты их размещения в стержне; или у дистанционного оператора отсутствует надлежащая сноровка.
Из уровня техники известны документы US 5 181 779 A, FR 1 510 548 A и US 2006/185450 A1. В первом описан стержень для измерения температуры, внешняя оболочка которого изготовлена из керамики, покрытой защитным покрытием, которое может быть изготовлено из стекловолокон, керамических волокон или смеси огнеупорного порошка и стеклянного порошка, содержащим чехол, также изготовленный из керамики, функция которого состоит в защите внутреннего элемента, содержащего термопару, от газообразных восстановителей, образованных вследствие окисления оболочки. Трубка, содержащая термопару, является жесткой, поскольку она изготовлена из керамики, а именно, из оксида алюминия высокой чистоты, и чехол не следует рассматривать как чехол, соскальзывающий с трубы; и наконец, в чехол скольжения не входят никакие конические отверстия, которые могут облегчить введение трубки в чехол.
Во втором документе описан стержень для измерения температуры, конец которого является съемным и присоединяется к остатку стержня посредством крепежной втулки. Этот конец содержит конец термопары. Однако, документе не предполагает наличие крепежной втулки между структурой стержня и чехлом-носителем термопары, для облегчения замены последней.
В третьем документе описан стержень для измерения температуры, вставленный в двойную стенку. Коническое отверстие имеется, но оно служит не для облегчения введения стержня в чехол, а для ограничения погружения стержня за счет его застопоривания при ввинчивании в отверстие.
Задачей изобретения является создание стержня для измерения температуры, примечательного в том, что он допускает удобную замену термопары, даже неопытным дистанционным оператором, возможности перемещения и точность у которого ограничены. Решение этой технической проблемы состоит в обеспечении сочетания следующих средств: термопара находится в гибком кабеле, а стандартная оболочка стержня содержит концентрический чехол, в котором кабель может скользить без избыточного изгибания, когда он опускается; оболочка соединяется с коническим интерфейсом, расширяющимся наружу, что позволяет удобно вводить кабель в оболочку; и крепежное устройство предусмотрено между жестко-соединенной деталью кабеля и интерфейсом.
Ни один из известных документов согласно предшествующему уровню техники, и даже их сочетание, не позволяет решить эту техническую проблему.
Подытоживая, и говоря в общей форме, изобретение относится к стержню для измерения температуры, содержащему оболочку, продольный отсек, содержащийся в оболочке между интерфейсом с внешней средой и измерительным наконечником, принадлежащим оболочке, и термопару, находящуюся в отсеке, характеризующемуся тем, что термопара содержит гибкий кабель, образующий внешнюю оболочку термопары, отсек ограничен чехлом скольжения кабеля, интерфейс содержит коническое отверстие для введения кабеля, ведущее в отсек и сужающееся к упомянутому отсеку, а термопара содержит деталь крепления к интерфейсу.
Термопара представлена в форме модуля, содержащего кабель, защищающий проволоки, и спай термопары, что позволяет ей скользить без риска переплетения в продольном отсеке, ограниченном оболочкой. Этот отсек теперь снабжен чехлом, легко соскальзывающим с кабеля, причем кабель можно спускать без риска повреждения или деформации, вплоть до наконечника, после чего деталь с противоположного конца от термопары может быть закреплена на стержне, например, путем небольшого поворотного движения.
Для обеспечения того, чтобы термопара находилась в хорошем контакте с материалом наконечника и также могла осуществлять измерения без отклонений, причем термопара преимущественно содержит пружину, простирающуюся между поверхностью опоры на кабель и поверхностью опоры на крепежную деталь. Когда термопара полностью спущена в отсек, длина кабеля становится достаточной для того, чтобы кончик термопары достигал дна наконечника, и чтобы кабель, таким образом, испытывал сжатие со стороны пружины; это сжатие поддерживает контакт термопары.
Чехол может быть изготовлен из гибкого материала, и, таким образом, может быть прижат на теплоизоляционному рукаву, принадлежащем наконечнику, или на коническом отверстии, которое облегчает введение термопары. В других вариантах воплощения, чехол может быть изготовлен из жесткого теплоизоляционного материала. Если стержень изогнут, и чехол также имеется, то последний может быть разделен на сегменты, применительно к изгибу.
Изобретение теперь будет подробно описано согласно различным аспектам, характеристикам и преимуществам, посредством следующих Фигур:
- Фигура 1 представляет собой схематическое представление тигля, обеспеченного измерительным стержнем;
- Фигура 2 схематически иллюстрирует стержень;
- Фигура 3 представляет собой область наконечника стержня;
- Фигура 4 представляет собой область соединения между стержнем и термопарой;
- Фигура 5 представляет собой изогнутую область стержня;
- и Фигура 6 также представляет собой область согласно другому варианту воплощения.
Фигура 1 схематически отображает тигель 1 для плавления путем индукции. Он содержит в основном внутреннее дно 2, цилиндрическую обечайку 3 и колпак 4, служащий в качестве крышки. Здесь не представлены ни индукторы, окружающие обечайку 3 и претерпевающие нагрев от ее загрузки, ни какие-либо другие, уже известные особенности конструкции, и которые не модифицированы в изобретении, такие как разделение обечайки 3 на сектора, для прекращения индуцированных токов, или внутренние охлаждающие каналы. Колпак 4 содержит, в частности, входное отверстие 5 для остекловываемой шихты или добавок и просверленные отверстия 6, оставляющие проход для оборудования, в частности, измерительного, и в частности, по меньшей мее, одного стержня 7 для измерения температуры, описанного на следующих Фигурах. Стержень 7 содержит (Фигура 2) ствол 8, сопряженный с наконечником 9 на свободном конце и на соединительной части 10 противоположного конца, и эта соединительная часть 10 служит в качестве интерфейса с внешней средой в тигле 1, контуром обновления охлаждающей текучей среды и приборами для отслеживания результатов измерений термопары. Как видно на Фигуре 6, ствол 8 содержит внешнюю 11 оболочку, внутреннюю 12 оболочку, концентрическая к предыдущей, промежуточную 13 оболочку, расположенную между двумя предыдущими, причем эта промежуточная 13 оболочка отделяет входной 14 трубопровод от охлаждающей текучей среды и выходой 15 трубопровод от этой текучей среды, причем эти трубопроводы проходят последовательно, - по течению и против течения. Внутренняя 12 оболочка разграничивает центральный отсек 16, вмещающий в себя термопару 17. Трубопроводы 14 и 15 сообщаются между собой, внизу ствола 8, рядом с наконечником 9 (Фигура 3), но в то же время остаются разделенными. Они сообщаются с системой подачи 18 и откачки 19 охлаждающей воды, которая принадлежит соединительной части 10, снаружи колпака 4. Центральный отсек 16 представляет собой продольный отсек, простирающийся в стержне 7, начиная с соединительной части 10 и до наконечника 9.
Наконечник 9 содержит (Фигура 3) внешнюю оболочку 20, соединяющуюся с плитой дна 21 ствола 8, и трубчатую подкладку 22 из оксида алюминия или, в более общем виде, из керамики, которая простирается вовнутрь внешней оболочки 20 и придает термическую защиту термопаре 17, конец которой простирается в подкладку 22 и касается ее конца.
Соединительная часть 10 содержит фланец 23, посредством которого стержень 7 прикреплен к колпаку 4 (Фигура 2).
Теперь перейдем к краткому описанию термопары 17, с помощью Фигур 4 и 5.
Волокна термопары 17 окружены кабелем 24, гибким и гладким, способным скользить в центральном 16 отсеке, и, таким образом, не представлены. Кабель 24 содержит воротничок 25, который простирается в соединительной части 10, проходит затем через цилиндрическую крепежную деталь 26, снабженную поворотным внешним хомутом 27, и который регулируется сцеплением 28 для волокон термопары 17, таким как сцепление Юпитера (отметка удалена). Соединительная часть 10 содержит деталь 29 для введения термопары, снабженную коническим отверстием 30, сужающимся к стволу 8, и выровнена с входом внутренней 12 оболочки. Крепежный 27 хомут имеет желоб и может защелкиваться на выступах 31 рукава 32, прикрепленного к детали 29 для введения, вызывая перемещение выступов 31 в изогнутых желобах, которыми он обладает. Таким образом, центрирующий цилиндрический палец 33 отрегулирован в расточке рукава 32. Воротничок 25 и цилиндрический палец 33 имеют противоположные опорные поверхности, между которыми зажата пружина 34, причем пружина 34 окружает часть кабеля 24. Это расположение позволяет повторно пропускать кабель 24 к низу стержня 7, и обеспечивать, чтобы конец термопары 17 касался подкладки 22 и эффективно измерял температуру, ожидаемую в этом месте.
Внутренняя 12 оболочка покрыта чехлом 35 (Фигура 3), который образует перегородку центрального 16 паза. Чехол 35 и подкладка 22 обжимают друг друга, а другой конец чехла 35 обжат между кончиком конуса 30 и просверленным отверстием на дне чаши 36, соединяющей внутреннюю 13 оболочку с внешней 12 оболочкой.
Пи таком составе, замену термопары 17 можно осуществлять так, как представлено в настоящей работе, в ситуации, когда подступы к тиглю 1 становятся недоступными по причине безопасности, и должно быть использовано дистанционное управление. Термопару 17, прежде всего, подвешивают на тросе, прикрепленном к подвижной тали, причем кабель 24 свешивается к низу. Дистанционный оператор захватывает кабель 24 и вводит его в стержень 7, расположенный поперек колпака 4, направляя его через отверстие в детали 29 для введения и постепенно спуская таль. Кончик кабеля 24 направляют через конус 30 в центральном 16 пазе, а затем - вплоть до дна подкладки из оксида алюминия 22. Кабель 24 натягивает термопару 17 и позволяет ей скользить вдоль чехла 35, без чего она сгибается, вследствие чего оплошности дистанционного оператора не влекут за собой неблагоприятный эффект, и тогда кончик термопары 17 успешно доходит до места, которое ему предназначено. Конец процесса состоит в закреплении хомута 27 крепежной детали 26, с легким сжатием пружины 34, с последующим подключением захвата 28 термопары 17, для усовершенствования этих мер. Термопару 17 отцепляют от троса. Выемку термопары 17 осуществляют в обратном порядке.
Чехол 35 должен одновременно благоприятствовать скольжению кабеля 24 при его введении и образовывать электрический экран, устойчивый к притоку тепла из окружающей среды. Хорошая способность к скольжению должна быть тем более сохранена, что стержень 7 может изогнуться 36 под колпаком 4 (Фигура 5), и что кабель 24, таким образом, трется об это место. Чехол 35, представленный в форме гибкой и непрерывной мембраны, состоящей, например, из оплетки из стекловолокон, пропитанных в полиуретановом лаке, без растворителя, может быть заменен на чехол из оксида алюминия, который также обладает свойствами, обозначенными ниже. Однако, изготовление кривой из оксида алюминия будет затруднено, и ее монтаж невозможен, и поэтому можно (Фигура 6) заменить изгиб 36, с использованием трубчатых втулок 37, наложенных друг на друга между двумя трубками 38 и 39, также изготовленными из оксида алюминия, которые составляют остаток чехла, простирающийся до концов внутренней 13 оболочки, как и для предыдущего воплощения.
Стержень 7, обеспеченный согласно изобретению, может быть размещен в нескольких экземплярах на одном и том же тигле 1.
1. Стержень для измерения температуры, содержащий оболочку (11, 12), продольный отсек (16), содержащийся в оболочке между интерфейсом (10) с внешней средой и измерительным наконечником (9), принадлежащим оболочке, и термопару (17), расположенную в отсеке (16), характеризующийся тем, что термопара содержит гибкий кабель (24), образующий внешнюю оболочку термопары, при этом отсек ограничен чехлом (35, 36, 37) скольжения кабеля, а интерфейс (10) содержит коническое отверстие (30) для введения кабеля, ведущее в отсек и сужающееся к упомянутому отсеку (16), причем термопара (17) содержит крепежную деталь (26), прикрепляемую к интерфейсу.
2. Стержень для измерения температуры по п. 1, характеризующийся тем, что термопара содержит пружину (34), простирающуюся между поверхностью (25) опоры на кабель (24) и поверхностью опоры на крепежную деталь (26), и сжата между поверхностями опоры в прикрепленном состоянии детали к интерфейсу.
3. Стержень для измерения температуры по любому из пп. 1 или 2, характеризующийся тем, что чехол (35) прижат к теплоизоляционному слою (22), принадлежащему наконечнику (9).
4. Стержень для измерения температуры по любому из пп. 1-3, характеризующийся тем, что чехол (35) прижат к коническому отверстию (30).
5. Стержень для измерения температуры по любому из пп. 1-4, характеризующийся тем, что крепежная деталь (26) содержит центрирующий цилиндрический палец (33), поддерживающий поверхность опоры на крепежную деталь, причем упомянутый палец выполнен с возможностью скольжения в рукаве (32), выполненном за одно с оболочкой.
6. Стержень для измерения температуры по любому из пп. 1-5, характеризующийся тем, что чехол изготовлен из жесткого теплоизоляционного материала.
7. Стержень для измерения температуры по п. 5, характеризующийся тем, что паз изогнут, так же как и чехол, и чехол (35) разделен на сегменты (37) типа трубчатых бусин, там где он изогнут.
8. Стержень для измерения температуры по любому из пп. 1-7, характеризующийся тем, что оболочка является двойной и содержит внутреннюю оболочку и внешнюю оболочку, при этом между внутренней оболочкой и внешней оболочкой проходят охлаждающие каналы (14, 15).
9. Стержень для измерения температуры по п. 6 или 7, характеризующийся тем, что материал чехла (36, 37) изготовлен из оксида алюминия.
10. Стержень для измерения температуры по любому из пп. 1-5, характеризующийся тем, что чехол является гибким и состоит из оплетки из стекловолокон, покрытых полиуретановым лаком без растворителя.
