Датчик температуры поверхности

Датчик температуры поверхности труб (ПИМБ-900)

Предназначен для преобразования температуры поверхности труб магистральных трубопроводов в диапазоне от минус 40 до плюс 80°С в унифицированный выходной сигнал от 4 до 20 мА постоянного тока.

В состав датчика температуры входит элемент термочувствительный медный (ЭТЧМ) в качестве рабочего первичного преобразователя с номинальной статической характеристикой (НСХ) 50М по ГОСТ 6651-94, нормирующий усилитель и могут входить до двух дополнительных контрольных ЭТЧМ, размещенные в литом стальном корпусе.

Конструкция корпуса обеспечивает установку (приклеивание) его на поверхности труб магистральных трубопроводов диаметром от 325 до 1420 мм. С этой целью поверхность корпуса, предназначенная для приклеивания, выполнена вогнутой с радиусом, приближенным к радиусу наружной трубы трубопровода.

Особенностями являются высокая точность преобразования в жестких условиях эксплуатации в течение срока службы, подключение по 2-х проводной линии связи, возможность проведения контроля без демонтажа.

Основные технические характеристики:

Диапазон диаметров контролируемых труб, мм

Устройство для измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением

Авторы патента:

Цепилов Григорий Викторович (RU)

Лыткин Леонид Кузьмич (RU)

Тингаев Николай Владимирович (RU)

Писарев Алексей Федорович (RU)

Устройство для измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением (RU 2475713):

Закрытое акционерное общество "Межрегиональное Производственное Объединение Технического Комплектования "Технокомплект" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании и применении устройств и систем для измерения температуры поверхностей, находящихся под напряжением. Заявленное устройство содержит магнитосвязанные контура. Первый контур, расположенный вблизи поверхности температуру которой надо измерить, периодически перестраивается с периодом, зависящим от температуры поверхности. Второй контур располагается вне зоны действия напряжения и подключен к генератору накачки со схемой автоподстройки частоты. Посредством магнитной связи между контурами передается электроэнергия для питания датчика температуры и информация о температуре поверхности. Технический результат: повышение точности измерений, расширение диапазона измеряемых температур. 1 ил.

Изобретение относится к области измерения температуры. Устройство позволяет осуществлять измерение температуры поверхностей, находящихся под электрическим напряжением, например температуру токоведущих шин и контактных соединений.

Известно устройство для измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением (патент РФ №2337335, G01K 7/02, 04.04.2007 г.). В устройстве используется металлический корпус в виде подложки (пластины) с бортиками по периметру, имеющей квадратную форму и аналогичную по форме и виду фарфоровую крышку, между которыми уложены пластины из слюды. Между пластинами размещен термистор, выводы которого подключены к прибору, регистрирующему температуру.

Недостатками приведенного выше устройства являются: возможность пробоя высокого напряжения по поверхности конструкции в измерительную цепь устройства, отсутствие непосредственного теплового контакта между поверхностью и датчиком, что приводит к большой инерционности (запаздыванию) измерений температуры.

Хорошо известен класс измерителей температуры пирометрического типа. Преимуществами пирометрических методов измерения температуры являются: высокое быстродействие, возможность измерения температуры элементов оборудования, находящихся под высоким напряжением, возможность измерения высоких температур, возможность работы в условиях повышенной радиации и температуры окружающей среды.

Основной недостаток пирометрических измерений температуры - это трудности полного учета связей между термодинамической температурой объекта и регистрируемой пирометром тепловой радиацией. При пирометрических измерений температуры необходимо учитывать изменение излучательной способности поверхности в зависимости от длины волны в регистрируемом спектральном диапазоне и от температуры в диапазоне измерений, наличие поглощения излучения в среде между пирометром и объектом контроля, геометрические параметры поля зрения пирометра и его оптической системы, температуру окружающей среды и корпуса прибора.

Известно устройство для дистанционного измерения температуры (патент РФ №2152598, G01K 7/32, 27.07.1998 г.). Изобретение предназначено для дистанционного измерения температуры различных объектов в диапазоне от -60 до +60ºС. Может применяться в различных областях науки и техники, где использование традиционных измерителей температуры встречает затруднения. Устройство для дистанционного измерения температуры содержит генератор, передающую и приемную антенны, постоянные магниты для создания подмагничивающего поля и частотомер. Генератор является СВЧ-генератором. Он содержит полый резонатор и диод Ганна. Внутри полого резонатора закреплен гиромагнитный резонатор из монокристалла FeBO₃. Изменение температуры объекта приведет к изменению частоты генератора. Частотомер зафиксирует значение частоты, соответствующее температуре.

Недостатками приведенного выше устройства являются необходимость источника питания для работы датчика, ограниченный температурный диапазон и невозможность применения устройства для измерения температуры поверхностей, находящихся под напряжением и в местах с магнитными полями.

Известно устройство для измерения температуры (Авторское свидетельство СССР №864027, G01K 7/32, 23.11.1979 г.), содержащее термозависимый пьезорезонатор в качестве датчика температуры, включенный в частотно-задающую цепь измерительного преобразователя, радиоприемник с регистратором, генератор накачки для возбуждения измерительного преобразователя. Измерительный преобразователь выполнен в виде двухконтурного параметрического генератора с некратными частотами. Генератор накачки излучает сигнал. В катушке индуктивности наводится напряжение с частотой сигнала накачки, которое через конденсатор воздействует на варикап и изменяет его емкость с частотой накачки. Изменение емкости связи двух колебательных контуров приводит к возникновению генерации на собственных частотах этих контуров. Протекающие в контурах токи создают электромагнитное поле, принимаемое приемником. О значении температуры судят либо по значению любой из генерируемых частот, либо по их разрядности. Это устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатками данного устройства являются сложность, низкая надежность работы и низкая точность измерения температуры. Работоспособность данного устройства возможна только при условии, что приемник обладает высокой чувствительностью и селективностью для надежного приема электромагнитного поля от токов, протекающих в контурах измерительного преобразователя. При этом генератор накачки должен быть достаточно мощным для возбуждения измерительного преобразователя, что в свою очередь создаст значительные электромагнитные помехи. Кроме того, устройство имеет недостаточный диапазон измеряемых температур. Это объясняется тем, что нарушаются условия возбуждения двухконтурного параметрического генератора, если пределы перестройки резонансной частоты термозависимого пьезорезонатора превысят пороговую величину, определяемую условием баланса амплитуд и фаз параметрического генератора.

Целью заявляемого изобретения является создание устройства, позволяющего измерять температуру поверхности, находящейся под электрическим напряжением, в местах, недоступных для измерения другими устройствами, например шин и контактных соединений. Целью также является упрощение процесса измерений, повышение надежности и точности его результатов и расширение диапазона измеряемых температур.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемой конструкции устройства используются резонансные магнитосвязанные контура, посредством которых передается электроэнергия для питания датчика температуры и информация о температуре поверхности. Первый контур расположен вблизи поверхности, находящейся под электрическим напряжением, температуру которой надо измерить, и подключен к выпрямителю питания датчика температуры. Второй контур располагается вне зоны действия электрического напряжения и подключен к генератору накачки со схемой автоподстройки частоты. Резонансная частота контуров периодически перестраивается сигналом датчика температуры. Период перестройки контуров и генератора несет информацию о температуре поверхности.

Работу устройства поясняет схема на фиг.1. Температурный датчик 1 находится в тепловом контакте с поверхностью 2, температуру которой надо измерять. На выходе датчика формируется сигнал, период следования которого несет информацию о значении температуры датчика. В качестве датчика температуры может использоваться генератор на основе кварцевого термочувствительного резонатора или цифровые датчики температуры. Зависимость периода модуляции от температуры для каждого типа датчиков либо указана в паспорте на датчик, либо определяется при калибровке. Напряжение с выхода датчика перестраивает резонансную частоту контура 3. Перестройка резонансной частоты производится изменением емкости конденсатора колебательного контура с помощью варикапа или коммутацией дополнительного конденсатора с помощью ключа. При этом за счет магнитной связи между контурами меняется резонансная частота контура 4. К контуру 4 подключен генератор накачки 5. Генератор накачки включает в себя схему автоподстройки частоты, которая настраивает частоту генератора в резонанс с частотой контура 4. Таким образом, происходит периодическая перестройка частоты генератора 5. Период перестройки частоты генератора измеряется регистратором 6 и пересчитывается в температуру по известной зависимости периода следования импульсов от температуры.

Напряжение, наведенное в первом контуре, используется для питания датчика температуры. Для этого в цепь контура 3 включен выпрямитель 7. Постоянная настройка контуров на резонансную частоту обеспечивает эффективную передачу энергии для питания датчика температуры.

Размеры контуров и их взаимное расположение выбираются так, чтобы обеспечить, с одной стороны, электрическую изоляцию второго контура от напряжения, а с другой - получить достаточный коэффициент связи между контурами, позволяющий обеспечить электропитание датчика температуры.

Работоспособность предлагаемого устройства для измерения температуры проверена в серии экспериментов.

Таким образом, изобретение в техническом и функциональном отношении значительно упростилось относительно прототипа. Изобретение позволило получить большую надежность, расширить диапазон измеряемых температур, повысить точность измерений.

Устройство для измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением, состоящее из датчика температуры, колебательных контуров, генератора накачки, регистратора, отличающееся тем, что используются резонансные магнитосвязанные контуры, причем первый контур, расположенный вблизи поверхности, находящейся под электрическим напряжением, соединен с выпрямителем для питания датчика температуры, а его резонансная частота периодически перестраивается сигналом с выхода датчика температуры с периодом, зависящим от температуры, и перестраивает посредством магнитной связи резонансную частоту второго контура, расположенного вне зоны действия электрического напряжения и подключенного к генератору со схемой автоподстройки частоты, при этом перестраивается частота генератора, а период перестройки измеряется в регистраторе и пересчитывается в температуру.

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 1065698 А Зщ 0 01 К 13 08 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВ ЕПЛЬСТВУ(57 ) 1. Контактный датчик темйературы поверхности вращакиаихся тел, содер. жащий корпус с крьзакой и приемной камерой, термопару, размещенную э приемной камере и механизм установки приемной камеры, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности,в нем приемная камера .выполнена в виде монолитного блока из металлографитового материала, а механизм. установки приемной камеры выполнен в виде пружины, размещенной в корпусе между крыакой и приемной камеройдля приемной камеры тчика температуры по-: ающихся тел, содержа-л и ч а ю щ и й с я Е одержит дополнительно никель и свинец при оотнсиаении компонентов, РАТУРЫИ ИАТЕ-,ТАКТНОГООСТИ ВРА-. 5 14бб ой ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71)Всесоюзный научно"исслЕдователь" ский и проектно-технологический институт электроугольных изделий (53)53 б.532(088.8)(5 б)1, Анатычук Л.И. Термоэлемеиты и термоэлектрические. устройства. Справочник. Киев. "Наукова думка", 1979, с, 725.2 Тамже, с. 724 ( прототип ) .3. Кулаков М.В. Макаров Б.И. Измерение температуры поверхноститвердых тел. М. "Энергияф, 1979, с. 15 (прототип).(54) КОНТАКТНЫИ ДАТЧИК ТЕМП ПОВЕРХНОСТИ ВРИЦАКЩИХСЯ ТЕЛ РИАЛ ДЗИ ПРИЕМНОИ КАМЕРЫ КО ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХН ЮЙЙ)ИХСЯ ТЕЛ,2. Материалконтактного даверхности вращщий медь, о ттем, что сн ссырой граФит,следующем смас.Ъ:МедьГраФит сырНикел ьСвинецИзобретение относится к электро-,технике, касается устройств для замера температуры на поверхности врашаюцихся тел и может быть использованов электроугольной подотрасли для постоянного замера температуры на вращающихся валках,Известен контактный датчик дляизмерения температуры на вращаюшихся телах, состояший из измерительной камеры, вентилятора, расположенного в камере, термопары и штангидля крепления датчика 1 3.Недостатком указанного датчикаявляется сложность конструкции и значительные габаритные размеры.Известен также контактный датчикизмерений температуры вращающихсятел(ДТВ), состоящий из приемной камеры, выполненной в виде корпуса с открытой полостью, в которойрасположена термопара, не соприкасаюцаяся с поверхностью вращающегосятела. Полость открыта в сторону вращающегося тела. Корпус прижат к вращающемуся телу. Под влиянием нагретыхвалков воздух в приемной камере разогревается, и термопара измеряеттемпературу нагретого воздуха 2 .Недостатками данного датчика яв- .ляются высокая инерционность и большая погрешность при измерении температуры, влияние,на показания посторонних примесей, находящихся в воздухе и образующихся при контакте вращакцихся поверхностей валков с перерабатываеьим материалом.Известны устройства для измерениятемпературы с тепловоспринимаюцимэлементом, поджатым к объекту измерения 3 ,Недостатком укаэанного устройстваявляется сравнительно большой коэффициент,трения тепловоспринимаквегоэлемента, влияющий на точность измерения.Целью изобретения является повышение точности измерения температуры.Указанная цель достигается тем,что в датчике, содержащем корпус скрышкой и приемной камерой, механизм установки приемной камеры итермопару, размещенную в приемнойкамере, приемная камера выполнена ввиде монолитного блока из металлографитового материала, а механизмустановки приемной камеры выполненв виде пружины, размеценной в корпусе между крышкой и приемной камерой.Причем материал для приемной каме.ры содержит дополнительно сырой графит, никель и свинец при следующемсоотношении компонентов, мас.ЪМедь 75-80Графит сирой 10-1460 Результаты измерений температуры валков предлагаемым датчиком, контрольной лучковой термпарой, принятой за базовый объект, и известным датчиком приведены в таблице. Никель 4-6Свинец 4-6Такое выполнение датчика позволяетповысить точность измерения температуры до 1 ОС, уменьшить погрешность5 измерения и исключить влияние посторонних примесей на показания датчика.На Фиг. 1 изображен датчик, про-,.дольный разрез, на фиг. 2 - разрезА-А на фиг. 1, на фиг. 3 - прием 10 ная камера в увеличенном масштабе,продольный разрез на фиг. 4 - видБ на фиг. 3.Датчик содержит приемную камеру1, размещенную в корпусе 2 и спрес 15 сованную из металлографитового материала, состоящего из смеси меди,графита сырого, никеля и свинца,взятых в определенном соотношении,пружину 3, которая поджимает приемную камеру 1 к поверхности вращающегося валка 4, термопару 5, встроенную в приемную камеру 1, сегмент бприкрепленный к корпусу 2, например,заклепками 7, и служащий для направления приемной камеры 1 в корпусе 2,крышку 8, закрепленную на корпусе 2,В крышке 8 выполнено отверстие 9 дляразмещения штанги (не показана), покоторой датчик перемещается вдольоси вращающегося валка 4.Приемная камера 1 постоянно поджата пружиной 3 к поверхности вращающегося валка. Термопарз 5, подключенная на вторичный прибор, например, на потенциометр типа ПСР (непоказан автоматически регулируетнагрев поверхности врацающегося валка 4 путем включения и отключения .нагревателя, встроенного в тело валка.40 Процентное соотношение компонентов,из которых изготовлена приемная камера 1, может быть различным, но приэтом материал должен обеспечиватьнизкий коэффициент трения по поверх 45 ности валка и иметь высокую теплопроводность.Опыты показывают, что оптимальнымсоставом является смесь, содержащая,мас.%: медного порошка 78, порошка50 сырого графита 12, порошка никеля 5и порошка свинца 5,Указанные компоненты перемешиваютв смесителе любого типа, затем просеивают через сито Р 045 и прессуют55 в пресс-форме в заготовку соответствующего размера, определяемогоконструкцией устройства.1065698 Состав материала приемной камеры, мас.В контрольнойлучковой термопарой в стационарном режиме Известным датчиком Предлагаемым атчиком графитсырой РЬСц 170 170 165172 172 168 б 270,84 0,62-0,66 175 75 13 171 175 ве е ев вв ави вЕВ е ю в е е е еф ГЕ Егваюа 4 а аш шежж 161 165 165 168 168 165 168 б. 277,05 0,60-",64 171 73 10 б 171 174 174 170 176 176 173 е юате еаюю е ею180 180 177 182,ния междуконтактирукцейповерхностьюприемнойкамеры иповерхностьювращакюцегося валка Температура; замеренная,С1065698 Продолжение таблицы Коэффициент трения междуконтактирующейповерхностьюприемнойкамеры иповерхностьювращакиаегося валка Теплопро водность приемной камеры, ккал м.ч. контрольнойлучковой термопарой в стационарном режиме Известным датчиком Предлагаемом датчико 1 рафисырой Я 1 195 200 200 198 202 202 276,880,62-0,66204 204 200 77 13 201 206 206 гО 8 204 208 161 165 165 170 170 166 275,45 0,60-0,64 175 175 171 78 18 О 180 176 Предлагаеввй датчик температуры поверхности вращающихся тел дает воз-. можность измерять температуру с точностью до 1 С, уменьшить погрешность измерения, исключить влияние на измерение температуры вращающихся тел посторонних примесей и за счет этого снизить брак обрабатываемого материала, из которого изготавливаются электроугольные изделия. Как следует .иэ таблицы, результаты измерений с помощью предлагаемого датчика на вращающихся валках графа 7 ) показывают полную сходимость45с результатами аналогичных, измерений с помощью лучковой термопары на неподвижных валках графа 8 ), При этом .они гораздо точнее результатов, волу ,ченных при использовании известного 50 датчика,(графа 9 1. Состав материала приемной камеры, масъ Температура, замеренная.,фС