Результат интеллектуальной деятельности: ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ-ДАТЧИК

Изобретение относится к противопожарной сигнализационной технике, в частности к термочувствительным кабелям-датчикам, применяемым в системах сигнализации о пожарах в авиации, химических реакторах, промышленных предприятиях.

Из уровня техники известны конструкции термочувствительных кабелей-датчиков с металлическими оболочками (1) и жилами-электродами (3), расположенными коаксиально и разделенными полупроводниковыми оксидными наполнителями (2) с отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления [Сучков В.Ф., Светлова В.И., Финкель Э.Э. / Жаростойкие кабели с минеральной изоляцией / Энергоатомиздат, 1984]. Такая конструкция приведена на фиг. 1.

При аварийном нагреве в любой точке кабеля-датчика общее электросопротивление между жилой и оболочкой уменьшается, т.к. все участки кабеля-датчика соединены параллельно и при достижении контрольной величины срабатывает сигнал противопожарной системы.

Недостатками такой конструкции кабеля-датчика являются невозможность определения места нагрева по длине кабеля-датчика, достигающей десятков метров, и наличие только одного сигнала о пожаре.

Указанный недостаток частично устраняется в случае применения нескольких жил-электродов разных длин [Авторское свидетельство №1166181 (Цыганков В.H., Долголенко В.Т.) 07.07.1985]. В этом случае появляется возможность определения зоны нагрева, но сигнал о пожарной ситуации остается один - изменение электросопротивления наполнителя, а при значительном нагреве электросопротивление резко падает и практически не изменяется. Таким образом, датчик работает только на стадии начала аварийного нагрева.

Ближайшим аналогом настоящего изобретения, по мнению заявителя, является термочувствительный кабель, известный из документа - Авторское свидетельство №773741 (Цыганков В.Н., Петров К.И. Сизенов Ю.М. Лобанов В.Н., Архаров В.А.), 23.10.1980. Повышение надежности за счет дублирования сигналов реализовано в конструкции термочувствительного кабеля-датчика, оболочки и жилы которого выполнены из металлов, способных образовывать термо-ЭДС между оболочкой и жилой. В этом случае наступление аварийного нагрева фиксируется двумя сигналами - по изменению электросопротивления и термо-ЭДС.

Однако эта конструкция не позволяет определить место появления аварийного нагрева. При необходимости контроля температуры и зоны повышения температуры в процессе аварийного нагрева такие конструкции малоэффективны.

Техническим результатом заявленного изобретения является расширение диапазона контролируемых температур, в том числе и в процессе аварийного нагрева (пожара) и функциональных возможностей кабеля-датчика - определение зоны нагрева при одновременном контроле температуры и дублирования сигналов при пожаре, что необходимо в авиационных противопожарных системах.

Технический результат достигается тем, что в термочувствительном кабеле-датчике, содержащем металлические оболочки и жилы-электроды с разрывами, разделенные полупроводниковым наполнителем с отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления, элементы электродов-жил выполнены из металлов и сплавов с разной энергией электронов, образующих попарно термопары в разных точках кабеля-датчика и являющихся источниками дополнительных сигналов термо-ЭДС в точках (зонах) аварийных нагревов.

Кабель-датчик может содержать жилы-электроды, образующие термопары как одного вида (например, медь/константановые), так и с целью расширения диапазона контролируемых температур комбинацию разных видов (например, платино/платино-родиевую, хромель/алюминиевую, железо/константановую).

В предлагаемой конструкции до аварийного нагрева кабель-датчик работает на терморезистивном эффекте (как линейный терморезистор) - электросопротивление наполнителей изменяется пропорционально изменению температуры, а во время аварийных нагревов (пожаров, когда электросопротивление наполнителей становится низким - ≤1 ом) предлагаемый кабель-датчик выдает сигналы по термопарному эффекту жил-термопар и жила-оболочка, а изменение температуры контролируется по изменениям: а) электросопротивлений жилы-жилы, б) электросопротивлений оболочка-жилы, в) по величине термо-ЭДС (между жилами и жилами-оболочкой), г) изменению диэлектрической проницаемости одного или нескольких сегнетоэлектрических слоев между коаксиальными оболочками. Уточнение зоны нагрева повышается при соединении отдельных термопар по схеме дифференциальной термопары.

На фиг. 2 показана конструкция предлагаемого в настоящем изобретении кабеля-датчика, в котором коаксиальная металлическая оболочка (1) и жилы-термопары (3, 4, 5) с разрывами в заданных зонах контроля температур отделены полупроводниковым наполнителем (2) с отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления.

Для получения дополнительного дублирующего сигнала о возникновении аварийного нагрева по изменению электрической емкости кабель-датчик содержит 2 металлические коаксиальные оболочки (1), между которыми находится сегнетоэлектрический наполнитель (2) и жилы-термопары с разрывами (3, 4, 5), разделенные порошковым холоднопрессованным оксидным полупроводниковым наполнителем (6) - фиг. 3.

Жилы образуют термопары, роль спая в которых выполняет слой полупроводникового наполнителя, находящийся в местах разрыва и при аварийном нагреве имеющий низкое электросопротивление. Части жил-электродов изготавливаются попарно из металлов и сплавов - медь/константан, никель-хром/константан, платин-платинородий.

Термочувствительный кабель-датчик как противопожарный извещатель может устанавливаться по периметру теплонапряженных объектов (например, авиационных двигателей) разных мощностей и типов, имеющих рабочие температуры до 300°C или 600°C, а превышение контрольной температуры служит сигналом аварийной ситуации.

Для контроля аварийных температур при превышении 300°C термочувствительный кабель-датчик содержит коаксиальную оболочку, выполненную из меди, отделенную термочувствительным наполнителем оксидом церия от константановых и медных жил-электродов, которые при аварийном нагреве образуют медь-константановую термопару, роль спая в которой выполняет оксид церия.

А для контроля аварийных температур при превышении 600°C термочувствительный кабель-датчик содержит внешнюю оболочку из жаростойкой стали, коаксиальный слой сегнетоэлектрического наполнителя титаната кальция, внутреннюю коаксиальную оболочку, выполненную из железа или платины, отделенную термочувствительным наполнителем оксидом лантана от константановых и/или платино-родиевых электродов.

На фиг. 4 показаны зависимости при нагреве: (а) изменения электросопротивлений между жилами-электродами (1, 2, 3) и жилами-оболочкой (4, 5); (б) изменения термо-ЭДС между жилами-термопарами и жилами-оболочкой; (в) изменения емкости между внешней и внутренней коаксиальными оболочками.

В качестве сегнетоэлектрических наполнителей могут быть использованы двойные оксиды PbTiO₃, SrTiO₃, их твердые растворы, легированные PbO, La₂O₃, Sb₂O₃. Наполнителями с отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления могут служить полупроводниковые оксидные фазы в виде простых оксидов СеО₂, ZrO₂, Sm₂O₃, двойных оксидов CuAl₂O₄, MgCu₃O₄ или их композиций. Такие составы широко применяются при производстве терморезисторов и позисторов (Мэклин Э.Д. Терморезисторы - М.: Радио и связь, 1983. - 205 с.; Медведев Ф. и др. / Керамические полупроводниковые нелинейные резисторы / Электроника. Наука. Технология. Бизнес / 2002, №6, с. 10-12).