магнитоконтактный термодатчик
Классы МПК: | G01K1/12 для предупреждения повреждений вследствие тепловой перегрузки G05D23/26 элементов, магнитная проницаемость которых зависит от температуры |
Автор(ы): | Гулин Сергей Алексеевич, Вейтцель Олег Олегович |
Патентообладатель(и): | Гулин Сергей Алексеевич, Вейтцель Олег Олегович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-02-18 публикация патента:
20.07.1998 |
Магнитоконтактный термодатчик предназначен для постоянного контроля за уровнем температуры. Термодатчик содержит металлический диамагнитный герметизированный корпус, в котором установлена диэлектрическая втулка. Во втулке жестко укреплен двужильный провод, соединенный с неподвижными контактами. Контакты перемыкаются между собой подвижной токопроводящей перемычкой. Диэлектрическая втулка зафиксирована в корпусе по своему периметру фасонной гайкой-заглушкой. Неподвижные контакты встроены в магнитопровод. Магнитопровод выполнен из двух частей в виде круговых сегментов из термомаг- нитного сплава (к примеру, из Fe-Ni-Co с точкой Кюри
к= +70
C). Торцы неподвижных контактов выступают наружу нижней поверхности магнитопровода. Подвижная токопроводящая перемычка выполнена как подвижный контакт в виде постоянного магнита в форме цилиндра из магнитотвердого материала (
к= +870-900
C). Постоянный магнит имеет поверхностный контактный слой из токопроводящего материала в рабочей контактной зоне, в виде кольца. Центр подвижного замыкающего контакта кинематически связан с прямоходовым штоком и пружиной сжатия, установленными в центральном отверстии диэлектрической втулки, закрытом с наружного торца глухой шайбой со штифтом. Вследствие использования в термодатчике магнитного чувствительного элемента и пружины сжатия достигается его миниатюризация и компенсация сил графитации при определенных положениях датчика. 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115047/920.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115060/176.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115047/920.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115060/176.gif)
Формула изобретения
Магнитоконтактный термодатчик, содержащий металлический диамагнитный герметизированный корпус с установленной в нем диэлектрической втулкой, в которой жестко укреплен двухжильный провод, соединенный с неподвижными контактами в торце указанной диэлектрической втулки, которые перемыкаются между собой подвижной токопроводящей перемычкой, причем диэлектрическая втулка зафиксирована в корпусе по своему периметру с помощью фасонной гайки-заглушки, отличающийся тем, что неподвижные контакты встроены в магнитопровод, выполненный из двух частей в виде круговых сегментов из термомагнитного сплава (к примеру, из Fe-Ni-Co с точкой Кюри:![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115047/920.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115047/920.gif)
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к контактным термодатчикам, которые устанавливаются на различных устройствах и механизмах (или на их отдельных ответственных частях) для постоянного контроля за уровнем температуры (к примеру, на буксовых узлах вагонов и локомотивов, различных редукторах, на полупроводниковых преобразователях и пр.) и которые сигнализируют при превышении допустимой величины нагрева устройства. Под понятием "датчик" в общем случае понимается дешевый и надежный приемник и преобразователь измеряемой физической величины (в данном случае температуры нагрева) в электрический сигнал на выходе. Существует большое количество различных конструкций и устройств, используемых в качестве термодатчиков, но все они имеют те или иные существенные недостатки, препятствующие их широкому применению. К известным аналогам относится контактный термодатчик (см. Терешкин Л.В. , "Приводы генераторов пассажирских вагонов". Транспорт, М., 1990, с. 30; 31, рис. 23, рис. 22 и рис. 21, поз.7), который представляет собой жесткий латунный герметизированный корпус с внутренней эбонитовой втулкой, в которую концы двух изолированных друг от друга проводов, которые с внешней стороны идут к электрическому щиту в купе проводника или пульт машиниста, а с другой стороны оголенные торцы проводов во втулке корпуса термодатчика перемкнуты легкоплавким сплавом (см. рис. 23, поз. 4), причем с торца корпус глухо закрыт (завальцован) шайбой. Такой контактный термодатчик ввинчивается в корпус контролируемого устройства в наиболее нагреваемой зоне, к примеру в месте установки подшипников. Термодатчик запитан от аккумуляторной батареи напряжением 50 В так, что катушка реле РП находится под током, а блок-контакты реле разомкнуты и электрическая цепь питания сигнального звонка и лампы нарушена (обесточена). При нагревании корпуса контролируемого устройства свыше +70oC (до 90-100oC) легкоплавкий сплав расплавляется и под воздействием сил гравитации стекает на дно корпуса, при этом электрический контакт между торцами проводов нарушается, реле РП обесточивается, его блок-контакты замыкаются, включается сигнальный звонок и лампа. Такой контактный термодатчик имеет следующие существенные недостатки:а) легкоплавкий сплав содержит: Bi - 51,65%; Pl - 40,2%; Cd - 8,15% и является довольно дорогим сплавом;
б) недостаточно чувствителен, поскольку легкоплавкий сплав отделен от источника нагревания с боков изоляцией, а с торца - прослойкой воздуха (расстоянием);
в) после срабатывания датчик необходимо заменить новым, т.е. он не может быть легко восстановлен;
г) при температурах контролируемого устройства, близких к температуре плавления легкоплавкого сплава, возможно сильное размягчение его и ложные (преждевременные) срабатывания;
д) совершенно неуниверсален, т.е. его нельзя, к примеру, устанавливать на объекте в условиях невесомости. Наиболее близким по своей технической сути и назначению к предлагаемому техническому решению является "Контактный термодатчик для железнодорожного подвижного состава" по заявке RU 94-042880 (043135), 10.10.96, по которой экспертизой ВНИИГПЭ 11.10.95 принято решение о выдаче патента Российской Федерации. Контактный термодатчик по указанной заявке представляет собой жесткий латунный герметизированный корпус, с установленной внутри его сдвоенной изоляционной втулкой, представляющей собой верхнюю и нижнюю втулки, из механически прочной и термостойкой пластмассы. Корпус имеет наружную резьбу и шестигранный фланец для захвата гаечным ключом при установке и в него через шейку двухжильный изолированный провод и жестко закреплен (завальцован). В верхней втулке жестко установлены (запресованы) неподвижные контакты, которые соединены (припаены) к внутренним оголенным концам провода. Указанные неподвижные контакты замкнуты токопроводящей перемычкой твердометаллического подвижного контакта, который жестко установлен по центру силового элементы, с помощью специальной двухсторонней заклепки. Силовой элемент изготовлен из материала с обратимой термической памятью формы или из биметалла в виде выгнутой круглой тонкостенной сферической диафрагмы. Указанный силовой элемент своими краями опирается на торцы между верхней и нижней изоляционными втулками и фиксируется с помощью стопорной фасонной гайки. Фасонная гайка имеет два отверстия для ключа и после ввинчивания в корпус кренится в трех точках под углом 120oC по периметру резьбы. Силовой элемент в исходном положении (при температуре до +70oC) установлен с нажатием между неподвижными контактами и подвижным контактом. Контактный термодатчик ввинчивается в контролируемый объект до упора, а наружный конец провода идет через разъем к пульту в купе проводника или машиниста в сигнальную схему. При работе, когда температура контролируемого узла достигает значения выше +70oC (т. е. примерно, +90-100oC), силовой элемент дискретно изменяет свою форму, т.е. выгибается в обратную сторону по стрелке и между контактами и образуется раствор, т.е. контакты размыкаются. При этом обесточивается силовая катушка реле, замыкающая блок-контакты, вспыхивает сигнальная лампа и звонит звонок на пульте проводника или машиниста. При охлаждении силового элемента до исходной температуры (ниже +70oC) он возвращается в исходное положение, замыкая электрическую цепь сигнализации. Датчик готов к дальнейшей работе. Описанный прототип является совершенным и надежным устройством, однако и он имеет некоторые недостатки:
е) силовой элемент имеет круглую форму и относительно большой диаметр, что вызывает, соответственно, увеличение диаметра корпуса устройства и препятствует его миниатюризации;
ж) технология производства силового элемента из металла с памятью, с заданными параметрами довольно сложна и требует специального производства. Задачей предлагаемого изобретения является создание магнитоконтактного термодатчика, свободного от вышеперечисленных недостатков (см. пункты "е"; "ж"). Задача решается тем, что предлагаемое устройство содержит неподвижные контакты, выполненные из хорошо токопроводящего материала (к примеру, меди и др. ), которые жестко установлены (к примеру, ввинчены), каждый на своем участке магнитопровода так, что концы их несколько выступают наружу нижней поверхности магнитопровода своей контактной частью. Причем указанный магнитопровод состоит из двух частей (каждая из них содержит свой неподвижный контакт), выполненных (в плане) в виде круговых сегментов, с зазором друг к другу, из термомагнитного сплава (к примеру, из Fe-Ni-Co с точкой Кюри:
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115047/920.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115060/176.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115047/920.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115060/176.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115047/920.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115060/176.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115047/920.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115060/176.gif)
з) устройство может быть установлено в любом рабочем положении на контролируемом объекте;
и) при охлаждении устройства до нормальной (ниже +70oC) температуры оно автоматически возвращается в исходное положение, в состояние готовности к работе;
к) работа устройства не зависит от воздействия сил гравитации;
л) устройство просто по конструкции и имеет минимальное количество деталей;
м) устройство просто в изготовлении и дешево;
н) переключение происходит дискретно, мгновенно;
о) устройство ремонтопригодно и детали его взаимозаменяемы;
п) устройство универсально, т.е. может работать на различных контролируемых объектах;
р) устройство высоконадежно в работе;
с) устройство надежно защищено от внешних воздействий;
т) устройство может быть выполнено и на другие температуры срабатывания. На фиг. 1 показан магнитоконтактный термодатчик в поперечном сечении по вертикальной оси, в рабочем включенном состоянии, т.е. при температуре ниже +70oC; на фиг. 2 показан термодатчик в сечении по А-А (вид на неподвижные контакты); на фиг. 3 показан термодатчик в сечении по Б-Б (вид на подвижный контакт); на фиг. 4 показан термодатчик в виде снизу по стрелке В; на фиг. 5 показан термодатчик в продольном сечении по вертикальной оси, в отключенном положении при температуре выше +70oC. На фигурах буквами обозначены: L - общая длина датчика (без проводов); l - длина резьбовой части; S - размер под гаечный ключ; d - диаметр резьбовой части;
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115013/948.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115035/947.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115032/945.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115047/920.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115060/176.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115035/947.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115047/920.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115060/176.gif)
При необходимости, для улучшения электропроводящих свойств при контактировании возможно подвижный контакт 8 армировать тонким поверхностным контактным слоем из хорошо токопроводящего материала в виде кольца (с наружным диаметром, равным диаметру контакта 8), выполненного, к примеру, из латунной или бронзовой фольги или полученного гальваническим способом и др. с контактирующей стороны (на фиг. сверху магнита), жестко соединенного с поверхностью магнита (к примеру, с помощью клея, гальваническим способом и др.). Подвижный контакт 8 расположен по центру, внутри нижней части диэлектрической втулки 2, на неподвижных контактах 5, перемыкая (замыкая) их. Центр подвижного контакта 8 кинематически связан с прямоходовым штоком 9 и с напряженной пружиной сжатия 10, которые установлены в центральном отверстии 11 и диэлектрической втулки 2, посредством глухого отверстия 12 в подвижном контакте 8, в которое входит конец 13 прямоходового штока 9. С торца отверстие 11 закрыто глухой шайбой 14, которая зафиксирована, к примеру, штифтом 15. Диэлектрическая втулка 2 с неподвижными контактами 5 и магнитопроводом 6, которые в исходном положении замкнуты подвижным контактом 8 (при этом прямоходовой шток 9 упирается в него и сжимает пружину 10), фиксируется в корпусе 1 с помощью фасонной гайки-заглушки 16, которая также выполнена из диамагнитного и хорошо проводящего тепло металла (к примеру, из меди, латуни и др.) и ввинчивается (с помощью глухих отверстий 17 под ключ) в нижний торец корпуса 1 и вместе с ним защищает и экранирует контактную систему датчика, причем изнутри между фасонной гайкой-заглушкой 16 и подвижным контактом 8 находится рабочий зазор
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115032/945.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115013/948.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115020/8776.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115895/2115895-2t.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115047/920.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115060/176.gif)
При работе (см. фиг. 5), температура от контролируемого объекта передается гайке-заглушке 16 и корпусу 1, в результате чего нагревается магнитная система датчика, и при достижении магнитопроводом 6 нагрева выше +70oC (
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115047/920.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115060/176.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115047/920.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115060/176.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115013/948.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115032/945.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115032/945.gif)
![магнитоконтактный термодатчик, патент № 2115895](/images/patents/356/2115013/948.gif)
Класс G01K1/12 для предупреждения повреждений вследствие тепловой перегрузки
Класс G05D23/26 элементов, магнитная проницаемость которых зависит от температуры