Дилатометрический терморегулятор

(71) Заявитель Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) Изобретение относится к электротехнике, электронике, автоматике и может быть использовано для сигнализации и позиционного регулирования температуры неагрессивных жидкостей и газов. Техническая задача изобретения - повышение надежности дилатометрических терморегуляторов в условиях медленно протекающих температурных процессов. Дилатометрический терморегулятор содержит чувствительный элемент, выполненный в виде трубки из материала с большим значением к.т.р. Одним концом он закреплен в корпусе терморегулятора, другой конец оставлен свободным. Внутри чувствительного элемента размещен -образный преобразователь, состоящий из сформованной упругой ленточной пружины. Один конец его закреплен на регулирующем винтовом устройстве, на втором конце имеется отверстие, в которое вставлен скользящий палец, закрепленный на свободном конце чувствительного элемента. На скользящем пальце имеется головка пальца, между которой и свободным концом -образного преобразователя предусмотрен зазор. В средней части симметрично относительно вершины последнего размещена металлическая дугообразная пластина, упруго деформированная из плоской металлической ленты, которая краями опирается на диэлектрическую рамку, закрепленную на чувствительном элементе. Прогиб металлической дугообразной пластины и вершина -образного преобразователя направлены в одну сторону. На вершине -образного преобразователя через изолятор закреплен нормально закрытый контакт. 4478 1 В случае ограниченных размеров дилатометрического терморегулятора, малой ширины металлической дугообразной пластины с вогнутой стороны последней расположен нормально открытый регулируемый контакт, через изолятор закрепленный на -образном упругом ленточном держателе, идентичном по форме,расположению и креплению -образному преобразователю, при этом с вершиной, направленной в ту же сторону. Положение нормально открытого регулируемого контакта на -образном упругом ленточном держателе может регулироваться с целью получения нужной величины зазора, например за счет скользящего или винтового соединения с последующей фиксацией. При достаточно больших размерах дилатометрического терморегулятора и значительной ширине металлической дугообразной пластины нормально открытый регулируемый контакт размещается на диэлектрическом стержне, который через предусмотренное в металлической дугообразной пластине отверстие кинематически соединен с нормально закрытым контактом. Изобретение относится к электротехнике, электронике, автоматике и может быть использовано для сигнализации и позиционного регулирования температуры неагрессивных жидкостей и газов. Известно дилатометрическое реле температуры 1, содержащее трубку, расположенную на ней однорычажную переключающую систему электрических контактов, стержень, размещенный между дном трубки и рычагом. Материалы стержня и трубки выбраны с максимальной разностью коэффициентов термического расширения (к.т.р.). При изменении температуры относительное перемещение конца стержня, постепенно поворачивая рычаг, замыкает (размыкает) контакты. Реле не обеспечивает высокую надежность, т.к. изменение температуры и вследствие этого зазора между контактами, является плавным, медленным процессом, в результате чего между контактами при малом зазоре между ними возникает интенсивное искрение, приводящее к эрозии или точечной сварке контактов и выходу реле из строя. Известен терморегулятор дилатометрический контактный 2. Терморегулятор содержит чувствительный элемент (ЧЭ) в виде латунной трубки (лат 1810-6 град-1), находящийся внутри нее стержневой преобразователь из инвара (инв 110-6 град-1) с промежуточным стержнем и двухрычажную систему переключения электрических контактов, которые расположены на обращенных друг к другу сторонах свободных концов рычагов. При изменении температуры окружающей среды изменяется длина латунной трубки, положение промежуточного стержня и рычагов, у которых концы с контактами сходятся навстречу друг другу, зазор между ними изменяется поэтому с удвоенной скоростью, но при этом медленно и постепенно с возможными остановками при минимальных зазорах в соответствии с динамикой температурного процесса. Терморегулятор не обеспечивает высокую надежность вследствие сильной эрозии контактов из-за медленного процесса замыкания (размыкания) контактов. Наиболее близким по технической сущности является дилатометрическое реле температурное 3. В качестве ЧЭ оно также содержит латунную трубку, закрепленную на корпусе реле. В трубке расположен образный преобразователь (П), состоящий из двух -образных ленточных пружин из инвара, на вершинах которых размещены электрические контакты. Вершины пружин направлены в разные стороны. Одним концом П закреплен на регулирующем винтовом устройстве, расположенном в корпусе, другим - через палец со свободным концом трубки. Между головкой пальца и П предусмотрен расчетный зазор, обеспечиваемый при настройке реле на нужную температуру регулирующим устройством. При нагревании трубка и палец перемещаются относительно пружин вследствие разности к.т.р. латуни и инвара. Это приводит к уменьшению зазора, его устранению, растяжению пружин П и размыканию контактов при заданной температуре. Благодаря большому передаточному отношению П скорость перемещения контактов существенно превосходит скорость перемещения пальца. Однако, поскольку последняя является функцией медленно протекающих температурных процессов, не устранены причины, из-за которых контакты длительное время находятся на недопустимо малом расстоянии друг от друга. Данное реле не обеспечивает высокую надежность вследствие сильной эрозии контактов из-за медленного процесса их замыкания (размыкания). Технической задачей изобретения является повышение надежности дилатометрических терморегуляторов в условиях медленно протекающих температурных процессов. Решение технической задачи достигается тем, что в дилатометрическом терморегуляторе, содержащем чувствительный элемент из материала с большим значением коэффициента термического расширения(к.т.р.), закрепленный одним концом на корпусе, -образный преобразователь, сформованный из ленточной пружины с малым значением к.т.р., расположенный внутри чувствительного элемента и соединенный посредством скользящего пальца одним концом со свободным концом чувствительного элемента, двигающимся при изменении температуры вдоль продольной оси симметрии терморегулятора, а другим концом - с регулирующим устройством, расположенным в корпусе, и переключающую систему контактов, смонтированную в средней части -образного преобразователя, переключающая система контактов содержит закрепленную на чувствительном элементе диэлектрическую рамку с неподвижным контактом и соединенную с ним и с внешней электрической схемой управления металлическую дугообразную пластину, симметричную относи 2 4478 1 тельно середины -образного преобразователя и замкнутую с нормально закрытым контактом на вершине-образного преобразователя, причем эта вершина и прогиб металлической дугообразной пластины направлены в одну сторону, установленный с другой стороны металлической дугообразной пластины напротив ее центра нормально открытый контакт, выполненный с возможностью регулировки положения, кинематически связанный с нормально закрытым контактом. При малых размерах дилатометрического терморегулятора и малой ширине металлической дугообразной пластины кинематическая связь нормально закрытого контакта с нормально открытым контактом, выполненным с возможностью регулировки положения, осуществлена за счет -образного упругого ленточного держателя, расположенного по другую сторону металлической дугообразной пластины, с вершиной в том же направлении, что прогиб металлической дугообразной пластины. При больших размерах дилатометрического терморегулятора и пластины кинематическая связь нормально закрытого контакта с нормально открытым контактом, выполненным с возможностью регулировки положения, осуществлена за счет диэлектрического стержня, вставленного через выполненное в центре металлической дугообразной пластины отверстие в середины контактов. Введение в конструкцию дилатометрического терморегулятора упруго деформированной дугообразно изогнутой металлической пластины, взаимодействующей с нормально закрытым и нормально открытым регулируемым контактами с указанным направлением ее прогиба и расположением в ЧЭ обеспечивает мгновенное размыкание (замыкание) контактов при любой скорости изменения температуры, что в результате исключает эрозию контактов и обеспечивает повышение надежности терморегулятора. Введение сочетания нормально закрытого и нормально открытого регулируемого контактов и выполнение последнего регулируемым обеспечивает надежное функционирование терморегулятора в заданном интервале температурного режима. Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой дано продольное сечение дилатометрического терморегулятора при малых размерах дилатометрического терморегулятора и малой ширине металлической дугообразной пластины с кинематической связью нормально закрытого контакта с нормально открытым контактом, выполненным с возможностью регулировки положения, за счет -образного упругого ленточного держателя, расположенного по другую сторону металлической дугообразной пластины, с вершиной в том же направлении, что прогиб металлической дугообразной пластины, где 1 - чувствительный элемент (ЧЭ),2 - корпус,3 - -образный преобразователь (П),4 - регулирующее винтовое устройство,5 - отверстие П,6 - скользящий палец,7 - головка пальца,8 - металлическая дугообразная пластина,9 - диэлектрическая рамка,10 - изоляторы,11 - нормально закрытый контакт,12 - нормально открытый регулируемый контакт,13 - -образный упругий ленточный держатель,16 - переключающая система контактов,17 - неподвижный контакт,18 - электрические провода. На фиг. 2 представлена часть продольного сечения дилатометрического терморегулятора при больших размерах дилатометрического терморегулятора и пластины с кинематической связью нормально закрытого контакта с нормально открытым контактом, выполненным с возможностью регулировки положения, за счет диэлектрического стержня, вставленного через выполненное в центре металлической дугообразной пластины отверстие в середины контактов, где 11 - нормально закрытый контакт,12 - нормально открытый регулируемый контакт,14 - диэлектрический стержень,15 - отверстие. Дилатометрический терморегулятор (фиг. 1) содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде трубки из материала с большим значением к.т.р. Одним концом он закреплен в корпусе 2 терморегулятора,другой конец оставлен свободным. Внутри чувствительного элемента 1 размещен П 3, состоящий из сформованной упругой ленточной пружины. Один конец его закреплен на регулирующем винтовом устройстве 4,на втором конце имеется отверстие П 5, в которое вставлен скользящий палец 6, закрепленный на свободном конце чувствительного элемента 1. На скользящем пальце 6 имеется головка пальца 7, между которой и свободным концом П 3 предусмотрен зазор . В средней части П 3 симметрично относительно вершины 3 4478 1 последнего размещена металлическая дугообразная пластина 8, упруго деформированная из плоской металлической ленты, которая краями опирается на диэлектрическую рамку 9, закрепленную на чувствительном элементе 1. Прогиб металлической дугообразной пластины 8 и вершина П 3 направлены в одну сторону. На вершине П 3 через изолятор 10 закреплен нормально закрытый контакт 11. В случае ограниченных размеров дилатометрического терморегулятора, малой ширины металлической дугообразной пластины с вогнутой стороны металлической дугообразной пластины 8 расположен нормально открытый регулируемый контакт 12 через изолятор 10 закреплен на -образном упругом ленточном держателе 13, идентичном по форме,расположению и креплению П 3, при этом с вершиной, направленной в ту же сторону. Положение нормально открытого регулируемого контакта 12 на -образном упругом ленточном держателе 13 может регулироваться с целью получения нужной величины зазора , например, за счет скользящего или винтового соединения с последующей фиксацией. При достаточно больших размерах дилатометрического терморегулятора и значительной ширине металлической дугообразной пластины 8 нормально открытый регулируемый контакт 12 (фиг. 2) размещается на диэлектрическом стержне 14, который через предусмотренное в металлической дугообразной пластине 8 отверстие 15 кинематически (подвижно механически) соединен с нормально закрытым контактом 11. В переключающую систему контактов 16 входят нормально открытый регулируемый контакт 12, закрепленный через изолятор 10 на -образном упругом ленточном держателе 13(или 12 на диэлектрическом стержне 14), нормально закрытый контакт 11 (или 11), закрепленный через изолятор 10 на вершине П 3, неподвижный контакт 17, размещенный на диэлектрической рамке 9 и гальванически соединенный с металлической дугообразной пластиной 8, электрические провода 18. Дилатометрический терморегулятор работает следующим образом. В исходном состоянии металлическая дугообразная пластина 8 прижата к нормально закрытому контакту 11 (или 11). Электрическая цепь между нормально закрытым контактом 11 (или 11) и неподвижным контактом 17 замкнута. При повышении температуры длина ЧЭ 1 увеличивается, его свободный конец перемещается вдоль продольной оси симметрии ЧЭ 1, перемещая скользящий палец 6. Зазормежду головкой пальца 7 и П 3 уменьшается и при температуре, близкой к расчетной, становится равным нулю. После этого скользящий палец 6 деформирует П 3, который нормально закрытым контактом 11 (или 11), нажимая на металлическую дугообразную пластину 8, вначале выпрямляет ее, а затем при заданной температуре переводит за нейтральное положение. Металлическая дугообразная пластина 8 независимо от скорости изменения температуры мгновенно прогибается в другую сторону, размыкаясь с нормально закрытым контактом 11 (или 11) и замыкаясь с нормально открытым регулируемым контактом 12 (или 12), который до этого момента перемещался синхронно с нормально закрытым контактом 11 (или 11) при сохранении постоянной величины зазора . В этом положении нормально открытым регулируемым контактом 12 (или 12) и неподвижным контактом 17 электрическая цепь замыкается. При снижении температуры деформирование П 3 и -образного упругого ленточного держателя 13 происходит в обратном направлении. Нормально открытый регулируемый контакт 12 (или 12) нажимает на металлическую дугообразную пластину 8, выпрямляет ее, переводит за нейтральное положение и процесс мгновенного переключения контактов повторяется. Зазорыиопределяются расчетом в зависимости от требуемой температуры и заданного интервала регулировки. Мгновенность прямого и обратного переключения контактов, обеспечиваемая металлической дугообразной пластиной 8 с помощью подвижных нормально закрытого контакта 11 (или 11) и нормально открытого регулируемого контакта 12 (или 12) исключает эрозию контактов и повышает надежность дилатометрического терморегулятора. 4478 1 1. Дилатометрический терморегулятор, содержащий чувствительный элемент из материала с большим значением коэффициента термического расширения (к.т.р.), закрепленный одним концом на корпусе, образный преобразователь, сформированный из ленточной пружины с малым значением к.т.р., расположенный внутри чувствительного элемента и соединенный посредством скользящего пальца одним концом со свободным концом чувствительного элемента, двигающимся при изменении температуры вдоль продольной оси симметрии терморегулятора, а другим концом - с регулирующим устройством, расположенным в корпусе, и переключающую систему контактов, смонтированную в средней части -образного преобразователя,отличающийся тем, что переключающая система контактов содержит закрепленную на чувствительном элементе диэлектрическую рамку с неподвижным контактом и соединенную с ним и с внешней электрической схемой управления металлическую дугообразную пластину, симметричную относительно середины образного преобразователя и замкнутую с нормально закрытым контактом на вершине -образного преобразователя, причем эта вершина и прогиб металлической дугообразной пластины направлены в одну сторону, установленный с другой стороны металлической дугообразной пластины напротив ее центра нормально открытый контакт, выполненный с возможностью регулировки положения, кинематически связанный с нормально закрытым контактом. 2. Дилатометрический терморегулятор по п.1, отличающийся тем, что при малых размерах дилатометрического терморегулятора и малой ширине металлической дугообразной пластины кинематическая связь нормально закрытого контакта с нормально открытым контактом, выполненным с возможностью регулировки положения, осуществлена за счет -образного упругого ленточного держателя, расположенного по другую сторону металлической дугообразной пластины, с вершиной в том же направлении, что и прогиб металлической дугообразной пластины. 3. Дилатометрический терморегулятор по п.1, отличающийся тем, что при больших размерах дилатометрического терморегулятора и пластины кинематическая связь нормально закрытого контакта с нормально открытым контактом, выполненным с возможностью регулировки положения, осуществлена за счет диэлектрического стержня, вставленного через выполненное в центре металлической дугообразной пластины отверстие в середины контактов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5