PL212926B1 - Czujnik temperatury - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest czujnik temperatury, stanowiący urządzenie dla pomiaru temperatury, zwłaszcza stanowiące wyposażenie ciepłomierza. Czujnik jest elementem systemu pomiaru strumienia ciepła w instalacjach grzewczych lub ciepłowniczych.

Dla wyznaczenia wielkości strumienia ciepła konieczny jest pomiar zmian temperatury płynu. Zmiany te mogą być mierzone co do wartości bezwzględnych lub wartości względnych, obrazujących jedynie wartość zmian temperatury płynu, bez pomiaru wartości bezwzględnych początkowych i końcowych temperatur mierzonych. W zależności od tego, który cel ma być realizowany, stosuje się czujniki wykrywające jedynie zmiany temperatury, lub czujniki mierzące chwilowe wartości temperatury, co pozwala na wyznaczanie jej zmian, a więc na określenie wartości strumienia ciepła.

W rozwiązaniach czujników, znanych ze stanu techniki, zwykle korpus czujnika stanowi element wydłużony, wewnątrz którego, na roboczym końcu, znajduje się element czuły na zmiany temperatury w postaci przetwornika. Tego rodzaju małogabarytowy przetwornik w szeregu rozwiązaniach stanowi rezystor termometryczny. Istotnym elementem tego rodzaju czujnika temperatury jest zewnętrzna osłona. W szeregu rozwiązaniach osłona wykonana jest z jednorodnego materiału o określonym stopniu przewodności. Jeżeli współczynnik przewodności materiału osłony jest niski, bezwładność pomiarowa takiego czujnika jest niska. Przy materiale osłony o wysokim współczynniku przewodności, pomiar może być zafałszowany wpływem temperatury korpusu obudowy, która może różnić się znacznie od temperatury medium podlegającego pomiarowi. Z tego względu, w szeregu rozwiązaniach wykorzystuje się osłony korpusu czujnika wykonane z dwóch rodzajów materiałów, z których jeden będący materiałem korpusu czujnika ma niski współczynnik przewodności cieplnej, zaś materiał o wysokim współczynniku przewodności cieplnej stanowi koniec roboczy czujnika temperatury i w tym roboczym końcu znajduje się element czuły, na przykład rezystor termometryczny.

Znany czujnik temperatury przedstawiono w opisie patentowym australijskim nr AU 1769470. Według tego znanego rozwiązania czujnik ma postać sztywnej rurki z nisko przewodzącego ciepło materiału, która stanowi usztywnienie korpusu czujnika. Korpus ma postać sondy i średnica tej rurki zwęża się w kierunku do roboczego końca czujnika. Ten roboczy koniec sondy czujnika stanowi końcówka wykonana z materiału o wysokiej przewodności cieplnej, wewnątrz której znajduje się element pomiarowy temperatury. Osłona korpusu czujnika połączona jest z czytnikiem wykrywanej temperatury. Jako materiał osłony według tego znanego rozwiązania stosuje się materiał termoplastyczny, zaś końcówka sondy wykonana może być z aluminium, z miedzi, ze złota lub ze srebra.

W innym znanym ze stanu techniki rozwiązaniu, pokazanym w opisie wzoru użytkowego nr DE 202004013722 przedstawiono termometr medyczny z czujnikiem pomiarowym, który umieszczany jest na skórze i który zawiera rezystor temperaturowy, którego oporność jest proporcjonalna do temperatury ciała. Grzewczy opornik dodatkowy jest dołączony do pomiarowego czujnika dla wstępnego ogrzania go do temperatury o wartości około 36,6°C.

Kolejne znane rozwiązanie przedstawiono w opisie patentowym nr KR2004006440. Według tego rozwiązania czujnik temperatury płyty grzewczej zostało zaprojektowane dla dokonywania pomiarów temperatury płyty grzewczej. Czujnik temperatury zawiera parę termopar, końcówkę, rurkę osłonową oraz rurkę zawierającą wewnątrz parę termopar. Termopary wykonane są z chromu i z niklu oraz posiadają biegun dodatni oraz biegun ujemny. Termopary zatopione są w tworzywie izolacyjnym. Końcówki termopar wystają na zewnątrz.

Inne znane rozwiązanie przedstawiono w opisie patentowym nr DE 1020050037 68. To znane rozwiązanie dotyczy urządzenia pomiarowego, gdzie w sąsiedztwie czujnika temperatury znajduje się zespół grzewczy. Czujnik razem z zespołem grzewczym są zanurzone w płynie, którego temperatura podlega pomiarowi. Czujnik znajduje się w korpusie i utrzymywany jest w pewnej odległości od zespołu grzewczego. Czujnik i zespół grzewczy zawierają przewody wyjściowe, które przebiegają częściowo w korpusie urządzenia. Rozwiązanie to stanowi także urządzenie dla określania temperatury wrzenia płynu, na przykład płynu hamulcowego podczas jego atestacji lub badań.

Kolejne znane rozwiązania czujników temperatury przedstawiono w opisie niemieckiego wzoru użytkowego nr DE 8127650 oraz polskiego wzoru użytkowego nr Ru 44446 gdzie końcowy odcinek czujnika wyposażono w obwodowe rowki, zaś połączenie przewodu kablowego z pozostałymi elementami czujnika zrealizowano z użyciem opaski termokurczliwej.

Celem wynalazku jest opracowanie nowej konstrukcji czujnika temperatury, o zwiększonej szybkości reakcji na zmiany mierzonej temperatury i o zmniejszonej bezwładności działania.

PL 212 926 B1

Według wynalazku, czujnik temperatury, zawiera cylindryczny korpus, wewnątrz którego znajduje się końcówka przewodu kablowego. Przewody wyprowadzone są z kabla i połączone są z wyjściami przetwornika temperatury. Przetwornikiem temperatury może być znany rezystor termometryczny, lub inny rodzaj przetwornika. Przetwornik temperatury usytuowany jest w końcowym roboczym odcinku cylindrycznego korpusu czujnika. Ten końcowy roboczy odcinek korpusu czujnika ma wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego, zaś pozostała część korpusu czujnika ma niski współczynnik przewodnictwa cieplnego. Końcowy roboczy odcinek korpusu czujnika posiada wyprofilowane na powierzchni obwodowe pierścienie oraz pomiędzy tymi pierścieniami posiada obwodowe rowki. Na przewodzie kablowym oraz na korpusie czujnika znajduje się opaska łącząca korpus czujnika oraz przewód kablowy w jedną szczelną całość. Tę opaskę łączącą może w korzystnym wykonaniu stanowić koszulka termokurczliwa.

Czujnik temperatury według wynalazku charakteryzuje się tym, że na przewodzie kablowym, w obrębie korpusu czujnika, pod opaską łączącą, osadzona jest trwale dodatkowa tulejka zaciskowa o niskim współczynniku przewodnictwa cieplnego.

Tulejka zaciskowa w korzystnej wersji zawiera obwodowy występ, którego krawędź oparta jest na krańcowej obwodowej krawędzi korpusu czujnika.

W górnej części korpusu czujnika wykonanej z materiału o małym współczynniku przewodnictwa cieplnego zastosowano na przewodzie kablowym tulejkę zaciskową o niskim współczynniku przewodnictwa cieplnego, przez co zminimalizowano wymianę ciepła pomiędzy przetwornikiem, a otoczeniem. Dzięki temu rozwiązaniu, w otoczeniu elementu przetwarzającego uzyskano bardzo małą bezwładność termiczną, a więc szybką reakcję na zmieniającą się temperaturę medium podlegającego pomiarom temperatury. Tulejkę zaciskową wyposażono w dodatkowy obwodowy występ w postaci kołnierza, przez co zredukowano mostek cieplny na styku tulejki zaciskowej, krawędzi korpusu oraz opaski łączącej.

Przedmiot wynalazku pokazany został w przykładach wykonania na załączonym rysunku, na którym przedstawiono:

Fig. 1 - czujnik temperatury z kołnierzem w widoku z boku,

Fig. 2 - czujnik temperatury według fig. 1 w przekroju wzdłużnym,

Fig. 3 - czujnik temperatury z gwintem zewnętrznym,

Fig. 4 - czujnik temperatury według fig. 3 w przekroju wzdłużnym.

Jak to pokazano na załączonych rysunkach fig. 1, fig. 2, fig. 3 oraz fig. 4, czujnik temperatury ma postać wydłużonej sondy i stanowi cylindryczny korpus 1, wewnątrz którego znajduje się końcówka przewodu kablowego 2. Przewody 3 wyprowadzone są z przewodu kablowego 2 i połączone są z wyjściami przetwornika temperatury 4. Przetwornikiem temperatury 4 w tym przykładzie wykonania jest rezystor termometryczny. Nie wyklucza się użycia w tym celu innego rodzaju zamontowanego na płytce montażowej lub napawanego na tę płytkę, przetwornika w innych przykładach wykonania czujnika według wynalazku. Przetwornik temperatury 4 usytuowany jest w końcowym roboczym odcinku 5 cylindrycznego korpusu 1 czujnika. Ten końcowy roboczy odcinek 5 korpusu 1 czujnika ma wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego i w tym przykładzie wykonania został uformowany z metalu.

Pozostała część korpusu 1 czujnika ma niski współczynnik przewodnictwa cieplnego i jest uformowana z tworzywa sztucznego.

Jak to pokazano na załączonych rysunkach fig. 1, fig. 2, fig. 3 oraz fig. 4, końcowy roboczy odcinek 5 korpusu czujnika posiada wyprofilowane na powierzchni obwodowe pierścienie 6 oraz obwodowe rowki 7. Na załączonych rysunkach pokazano przykłady wykonania gdzie na końcowym odcinku korpusu czujnika uformowano trzy pierścienie 6 i dwa rowki 7. W innych przykładach wykonania liczba pierścieni i rowków może być inna.

Na przewodzie kablowym 2, w obrębie korpusu 1 czujnika, osadzona jest trwale tulejka zaciskowa 8 z kołnierzem. Tulejka 8 wykonana jest z tworzywa o niskim współczynniku przewodnictwa cieplnego.

Tulejka zaciskowa 8 zawiera korzystnie obwodowy występ 9, którego krawędź oparta jest na krańcowej obwodowej krawędzi 10 korpusu 1 czujnika.

Na przewodzie kablowym 2, na tulejce zaciskowej 8 oraz na skrajnej części powierzchni korpusu 1 czujnika znajduje się opaska 11 łącząca tulejkę zaciskową 8, korpus 1 czujnika oraz przewód kablowy 2 w jedną szczelną całość. Tę opaskę łączącą 11 w przykładzie wykonania pokazanym na załączonym rysunku stanowi koszulka z tworzywa termokurczliwego.

PL 212 926 B1

W przykładzie wykonania pokazanym na rysunkach fig. 1 oraz fig. 2, korpus czujnika wyposażony jest w obwodowy kołnierz 12 mocujący czujnik w korpusie urządzenia przepływu płynu, którego temperatura podlega pomiarowi. Na rysunkach fig. 3 oraz fig. 4 pokazano inny przykład wykonania czujnika według wynalazku, gdzie korpus czujnika posiada zewnętrzny gwint 13, zaś obwodowy kołnierz ma postać nakrętki 14. W tej wersji wykonania czujnik przeznaczony jest do wkręcania w gwintowany otwór w korpusie urządzenia przepływu płynu.

Claims (2)

1. Czujnik temperatury, zawierający cylindryczny korpus, wewnątrz którego znajduje się przewód kablowy, którego przewody połączone są z wyjściami przetwornika temperatury, przy czym ten przetwornik temperatury usytuowany jest w końcowym roboczym odcinku cylindrycznego korpusu czujnika, gdzie ten końcowy roboczy odcinek korpusu czujnika ma wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego, zaś pozostała część korpusu czujnika ma niski współczynnik przewodnictwa cieplnego, przy czym końcowy roboczy odcinek korpusu czujnika posiada wyprofilowane na powierzchni obwodowe pierścienie oraz pomiędzy tymi pierścieniami posiada obwodowe rowki, zaś na korpusie czujnika znajduje się opaska łącząca w postaci koszulki termokurczliwej, znamienny tym, że na przewodzie kablowym (2) w obrębie korpusu (1) czujnika osadzona jest trwale tulejka zaciskowa (8) o niskim współczynniku przewodnictwa cieplnego.

2. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że tulejka zaciskowa (8) zawiera obwodowy występ (9) oparty na krańcowej obwodowej krawędzi (10) korpusu (1) czujnika.