Датчик температуры
Иллюстрации
Реферат
ДАТЧИКТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий заполненный электролитом корпус с установленными в нем двумя электродами , отличающийся тем, что, с целью повышения техники безопасности, корпус, являющийся одним из электродов, выполнен в виде полого перфорированного графитового цилиндра, внутри которого коаксиально на йэолированном стержне установлен второй электрод из железа , а в качестве электролита используется наполнитель из мелкодисперсного графита и.водного раствора гидрата сульфата железа со следующим содержанием компонентов, мас.%: Мелкодисперсный графит70-75 Гидрат сульфата железа10-15 Дистиллированная вода10-20 (Л с
аю 01) СООЭ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСНОММ СВИДЕГЕПЬСТВМ.(21) 3438340/18-10 (22) 14.05.82 (46 } 23 ° 02 ° 84. Бюл ° Р 7 (72} В.Н.Вылегжанин и В.И.Голубев (71) Восточное отделение Восточного научно-исследовательского института горноспасательного дела (53) 536.55(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР
Р 492650, кл. E 21 К 17/06, 1974.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 518647, кл. G 01 K 11/00. 1976. (54)(57) ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержа- щий заполненный электролитом корпус с установленными в нем двумя электродами, отличающийся тем, что, с целью повышения техники
МЯЭ Н 01 6 9 22 G 01 K 7 2 безопасности, корпус, являющийся одним из электродов, выполнен в виде полого перфорированного графитового цилиндра, внутри которого коак сиально на изолированном стержне установлен второй электрод из железа, а в качестве электролита используется наполнитель из мелкодисперсного графита и водного раствора гидрата сульфата железа со следующим содержанием компонентов, мас.Фф
Мелкодисперсный графит 70-75
Гидрат сульфата железа 10-15
Дистиллированная вода 10-20
1075320
Указанная цель достигается тем, что в датчике температуры, содержащем заполненный электролитом корпус с установленными в нем двумя электродами, корпус, являющийся одним из электродов, выполнен в виде полого перфорированного графитового цилиндра, внутри которого коаксиально на изолированном стержне установлен второй электрод из железа, а в качестве электролита используется наполнитель из мелкодисперсного графита и водного раствора гидрата сульфата железа со следующим содержани« ем компонентов, мас.Ъ:
Иелкодисперсный графит 70-75
Гидрат сульфата железа
Дистиллированная вода
50 для электрохимической системы на основе водного раствора гидрата сульфата железа с использованием графитового и железного электродов
55 схема электрохимической Реакции имеет вид (2) (+)с1с+н о:., гено+ ts o(Fe(-) 60 На поверхности электродов схемы электрохимических реакций имеют вид на угдеродном электроде
Т
2Н О+ 0 - 2Н О
10-15
10-20 А5
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оперативного определения температу-. ры горных пород в скважинах горных массивов угольных и сланцевых шахт, Известен глубинный термометр, содержащий установленные в одцом корпусе экран со светочувствительным элементом и ртутный термометр с капилляром, ., снабженный фиксированной диафрагмой, выполненной со щелью, напротив которой установлен экран (1) .
Недостатком данного термометра является малая точность. измерения.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является датчик температуры, содержащий в качестве чувствительного элемента электрохимическую ячейку с обратимой окислительно-восстановительной системой.
Ячейка содержит заполненный электролитом корпус с установленными в нем двумя .электродаМи и включена в схему измерения, снабженную самописцем и источником питания, в которой между ячейкой и источником питания включены задатчик тока н переключатель полярности тока (2) .
Известный датчик температуры имеет чувствительность 2-2,5%/град, но в виду необходимости подключения схемы считывания к промьпаленной сети датчик не обеспечивает искробезопасной работы, что недопустимо в шахтных условиях при пожароопасной ситуации. Кроме того, система громоздка, требует стационарных условий, ;что затрудняет ее эксплуатации в полевых условиях.
Целью изобретения является повышение требований техники безопасности путем обеспечения искробезопасности при наличии внутренней ЭДС.
На фиг. 1 представлен датчик, общий вид, на фиг. 2 - тарировочный график выходного напряжения датчика V, в функции измеряемой температуры, К.
Датчик температуры состоит из головной части 1 и полого перфорированного по боковой поверхности графитового корпуса 2, который является положительным электродом. Внутри
10 корпуса 2 размещен отрицательный электрод, выполненный в виде железной втулки 3, установленной на стержне 4. Пространство между корпусом 2 и втулкой 3 заполнено наполнителем, 15 состоящим из мелкодисперсного графитового порошка, пропитанного водным раствором гидрата сульфата железа. Кроме того, датчик температуры содержит втулку 5, выполненную разъемной, к которой винтами 6 закреплен винтовой фланец 7 для присоепинения составных штанг 8. Внутри штанг 8 расположены монтажные провода 9, передающие сигнал на регистрирующий прибор 10. Таким образом, датчик представляет собой электрохимическую ячейку, состоящую из положительного электрода-корпуса 2, наполнителя,являющего электролитом, 30 и отрицательного электрода - железной втулки 3.
Датчик работает следующим образом.
В соответствии с законом Нернста величина ЭДС на электродах датчика определяется выражением
35 Е = К,Т =(H/nF).ò.ln(f (С1) ),(l) где Е - измеряемая разность и тенциалов на обкладках ячейки, В;
I:>- коэффициент пропорциональности Е = В/пР 1п(Г(Ciq ), В/К;
T — температура, К;
П - число электронов, участвующих в акте электрохимической
45 реакции, коэффициент активности потенциалопределяющего иона (Cij - концентрация потенциалопределяющих ионов.
1075320
4 на железном электроде
Ч
Н,О,> Fe5O4 7H,OiFe C
Fe (3)
,О + FP(OH), COD(+ 5О, + Н,О (в виду сложности характера реакции, ра становка коэффициентов не проведена).
1",рутизна температурной зависимости Ко определяется изменением концентрации основных потенциалопределяющих ионов за счет протекания реакций 2+ ДФ +
Fe .— Fe Fe Fe
Одновременно за счет реакций окисления серы и графита с образованием слабых сернистых и угольных кислот в соответствии с (2) и (3) при увеличении температуры отношение концентраций ионов Fe и Fe значительно изменяется, что позволяет увеличить значение о вслед- 29 ствие увеличения величины. ln(f (Ci) ).
При введении датчика температуры в скважину и по мере его транспортирования по скважине регистрирующий прибор 10 показывает опре- 25 деленную постоянную ЭДС, которую непрерывно вырабатывает электрохимическая ячейка. При наличии очага горения угля температура в скважине повышается, что приводит к интенсификации электрохимических процессов. В результате величина ЭДС, регистрируемая измерительным прибором 10, увеличивается. Значение температуры определяется по тарировочному графику, который получают экспериментальным путем следующим образом .
13 термопечь с изменяющимся градиентом температур вводится датчик температуры, на поверхности которого закреплена термопара. Затем датчик перемещается по длине термопечи-.
В определенных точках транспортирования датчика одновременно снимаются показания температуры и ЭДС датчика. 45
По выходным показаниям температуры термопары и ЭДС датчика строится тарировочный график.
Чувствительность датчика, крутизна температурной зависимости, зави- 5Q сят от отношения концентрации основных потенциалопределяющих ионов Fе, Fe, а следовательно, и от концент 4 рации электролита. Ероме того, скорость реакции, также влияющая на изменение концентрации ионов .Fe, Fe,. определяется активной поверхностью угольного (графитового) электрода.
Применение мелкодисперсного графитового порошка обеспечивает создание .большой развитой поверхности.
Таким образом, чувствительность датчика определяется соотношением компонентов наполнителя, состоящего из мелкодисперсного графита и водного раствора гидрата сульфата железа.
Экспериментально определено следующее оптимальное соотношение компонентов наполнителя, мас.Ъ:
Мелкодисперсный графит 70-75 .Гидрат сульфата железа 10-15
ДИстиллированная вода 10-20Указанный оптимальный диапазон состава наполнителя обеспечивает постоянство выходных характеристик датчика, что подтверждено большим числом испытаний датчика, Тарировочный график (фиг. 2). получен экспериментально для образцов, имеющих соотношение компонентов наполнителя в пределах указанного оптимального диапаэона. При этом отклонение тарировочного графика для каждого образца от графика незначительно.
Несмотря на ограниченный ресурс работы вследствие потери активности наполнителя (3-4 дня) датчик надежно фиксирует повышение температуры в скважинах и удовлетворяет требованиям искробезопасности. Наличие внутренней ЭДС упрощает условия эксплуа.тации, не требует сложных электрических схем для снятия показаний. С учетом его транспортабельности, простоты изготовления, дешевизны датчик может найти широкое применение для оперативного температурного каратажа горных пород по скважинам.
1075320
1075320
v,s
875 ЮО ИХ 450
Фиг.2
Составитель Е.Баринов
Техред М. Гергель Корректор А. Ференц
Редактор И.Шулла
Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4
Ф ° »
Закаэ 513/45 Тираж 683 Подписное
ЭНИИПИ Государственного комитеТа СССР по делам изобретений и открытий
113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5