Датчики температуры на трубу

Датчик температуры теплоносителя в трубе

G01K1/20 - устройства для компенсации влияния колебаний температуры иной, чем измеряемая, например температуры окружающей среды

Вледельцы патента:

Закрытое акционерное общество "Управляющая компания Холдинга "Теплоком" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры среды в замкнутом канале, в частности теплоносителя в трубах систем отопления. Датчик температуры теплоносителя в трубе, содержит теплоизолятор, теплоприемник, содержащий термочувствительный элемент, причем теплоприемник с термочувствительным элементом расположен на поверхности трубы и находится в тепловом контакте с ней, при этом теплоизолятор покрывает теплоприемник. Между трубой и теплоизолятором в зоне теплоприемника размещен теплозащитный элемент, выполненный из теплопроводного материала, при этом теплоприемник с термочувствительным элементом размещен в выпуклой камере, которая образована в теплозащитном элементе с зазором относительно ее стенок; в зазоре между теплоприемником и стенками камеры, образованной в теплозащитном элементе, может быть расположена дополнительная изоляция или газовая среда с давлением, равным или меньшим атмосферного. В качестве термочувствительного элемента может быть использован пьезокристаллический кварцевый резонатор, или термометр сопротивления, или термистор. Технический результат - повышение точности измерения температуры теплоносителя в трубе. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Известен датчик температуры теплоносителя в трубе погружного типа, включающий термочувствительный элемент, вставленный в гильзу, погружаемую в поток теплоносителя через отверстие, выполненное в трубе, JP 1088222 А. Недостатком такого технического решения является необходимость выполнения отверстия в трубе для ввода в нее гильзы с термочувствительным элементом. При этом необходимо наличие уплотнений, способных работать в условиях высоких температур и давлений. Кроме того, следует отметить, что в случаях, когда диаметр трубы меньше или равен длине введенной в трубу части гильзы, погрешность измерений превышает допустимые значения.

Известны датчики температуры теплоносителя в трубе поверхностного типа, в частности датчик температуры теплоносителя в трубе, содержащий кожух, теплоизолятор, теплоприемник с термочувствительным элементом и линию связи, в том числе элемента с электронной схемой; теплоприемник расположен на поверхности трубы и находится в тепловом контакте с ней; теплоизолятор покрывает часть поверхности трубы и теплоприемник; датчик температуры теплоносителя в трубе состоит из разделяющих узлов, один из которых имеет форму щупа и содержит электронную схему, линию связи и теплоприемник, в другом узле выполнен канал, в который введен узел, содержащий теплоприемник, канал имеет начало от поверхности трубы и заканчивается на поверхности кожуха, причем в качестве термочувствительного элемента используется пьезокристаллический резонатор, а в состав электронной схемы входит генератор, к которому подключен резонатор, RU 2282834.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.

Недостатком этого устройства, так же, как и других датчиков поверхностного типа для измерения температуры теплоносителя в трубе, является то обстоятельство, что термочувствительный элемент находится на поверхности трубы, температура на которой в известном устройстве даже при наличии теплоизоляции существенно, как правило не менее чем на 2-5°С, отличается от температуры теплоносителя внутри трубы, что определяет значительную погрешность измерений.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения температуры теплоносителя в трубе.

Согласно изобретению в датчике температуры теплоносителя в трубе, включающем теплоизолятор, теплоприемник, содержащий термочувствительный элемент, причем теплоприемник с термочувствительным элементом расположен на поверхности трубы и находится в тепловом контакте с ней, при этом теплоизолятор покрывает теплоприемник и часть поверхности трубы, между трубой и теплоизолятором в зоне теплоприемника размещен теплозащитный элемент, выполненный из теплопроводного материала и прилегающий к трубе, при этом теплоприемник с термочувствительным элементом размещен в выпуклой камере, которая образована в теплозащитном элементе с зазором относительно ее стенок; в зазоре между теплоприемником и стенками камеры, образованной в теплозащитном элементе, может быть расположена дополнительная изоляция; в зазоре между теплоприемником и стенками камеры, образованной в теплозащитном элементе, может быть размещена газовая среда с давлением, равным или меньшим атмосферного; в качестве термочувствительного элемента может быть использован пьезокристаллический кварцевый резонатор; в качестве термочувствительного элемента может быть использован термометр сопротивления; в качестве термочувствительного элемента может быть использован термистор.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Новизна».

Благодаря реализации отличительных признаков изобретения объект приобретает важное новое свойство: разность температуры внутри трубы и на ее наружной поверхности в зоне контакта с ней теплоприемника с термочувствительным элементом существенно, в несколько раз, уменьшается в сравнении с прототипом. Это объясняется тем, что теплозащитный элемент, плотно прилегающий к трубе, выполненный из теплопроводного материала, отбирает тепло от трубы и благодаря образованной в нем камере передает это тепло теплоприемнику с термочувствительным элементом со всех сторон теплоприемника, за исключением поверхности его контакта с трубой. Таким образом, теплоприемник оказывается как бы заключенным в тело трубы и таким образом, практически, устраняется градиент температур. Дополнительная теплоизоляционная или газовая среда с давлением, равным или меньшим атмосферного, между стенками камеры в теплозащитном элементе и теплоприемником позволяют дополнительно уменьшить потери тепла.

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанные новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «Изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - продольный разрез устройства;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 - узел Б на фиг.1 в увеличенном масштабе, вариант по п.2 формулы изобретения;

на фиг.4 - узел Б на фиг.1 в увеличенном масштабе, вариант по п.3 формулы изобретения.

Датчик температуры теплоносителя в трубе 1 включает теплоизолятор 2, в конкретном примере выполненный из вспененного полиэтилена марки «Energoflex». Теплоприемник 3 выполнен из металла и содержит термочувствительный элемент (ТЧЭ) 4. В качестве ТЧЭ в конкретном примере использован пьезокристаллический кварцевый резонатор РКТ206 производства СКТБ ЭлПА (г.Углич). Возможно использование в качестве ТЧЭ термометра сопротивления или термистора. ТЧЭ имеет линию связи с электронной схемой, принимающей и обрабатывающей системы ТЧЭ, непосредственно не входящей в состав датчика. Теплоприемник 3 с ТЧЭ расположен на поверхности трубы 1 и находится в тепловом контакте с ней. Теплоизолятор 2 покрывает теплоприемник 3 и часть поверхности трубы 1 в обе стороны от теплоприемника 3.

Между трубой 1 и теплоизолятором 2 в зоне теплоприемника 3 размещен теплозащитный элемент (ТЗЭ) 5, выполненный из теплопроводного материала, в частности меди. ТЗЭ прилегает к трубе 1, в нем образована камера 6, в которой с зазором относительно ее стенок размещен теплоприемник 3 с ТЧЭ. В этом зазоре в данном примере расположена дополнительная жидкокристаллическая теплоизоляция 7 марки «Астратек». Также в этом зазоре может находиться газовая среда 9, например воздух, с давлением, меньшим или равным атмосферному. Теплоизоляция 2 снаружи защищена кожухом 8.

Устройство работает следующим образом.

ТЧЭ воспринимает температуру на наружной поверхности трубы 1 в месте контакта с ней ТЧЭ. Теплозащитный элемент 5 отбирает тепло от трубы 1 по достаточно большой поверхности и передает это тепло теплоприемнику 3 с ТЧЭ, предотвращая потери тепла теплоприемником 3 и участком трубы 1, находящимся в камере 6 и контактирующим с теплоприемником 3. Наличие дополнительной теплоизоляции 7 или газовой среды 9 в камере 6 дополнительно уменьшает указанные потери тепла.

Реализация изобретения позволяет уменьшить погрешность измерения температуры теплоносителя в трубе до 0.02-0.05°С.

Опытные образцы датчика изготовлены и испытаны ЗАО НПФ «Теплоком», г.Санкт-Петербург.

1. Датчик температуры теплоносителя в трубе, включающий теплоизолятор, теплоприемник, содержащий термочувствительный элемент, причем теплоприемник с термочувствительным элементом расположен на поверхности трубы и находится в тепловом контакте с ней, при этом теплоизолятор покрывает теплоприемник и часть поверхности трубы, отличающийся тем, что между трубой и теплоизолятором в зоне теплоприемника размещен теплозащитный элемент, выполненный из теплопроводного материала и прилегающий к трубе, при этом теплоприемник с термочувствительным элементом размещен в выпуклой камере, которая образована в теплозащитном элементе с зазором относительно ее стенок.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в зазоре между теплоприемником и стенками камеры, образованной в теплозащитном элементе, расположена дополнительная изоляция.

3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в зазоре между теплоприемником и стенками камеры, образованной в теплозащитном элементе, размещена газовая среда с давлением, равным или меньшим атмосферного.

4. Датчик по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве термочувствительного элемента использован пьезокристаллический кварцевый резонатор.

5. Датчик по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве термочувствительного элемента использован термометр сопротивления.

6. Датчик по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве термочувствительного элемента использован термистор.

Управление температурой воды в системе водоснабжения

Процессами в системе водоснабжения можно управлять по температуре воды. Этому есть довольно много применений, и не только нагрев воды для горячего водоснабжения. Контроль температуры воды полезен, например, на участке до ввода в дом, если трубопровод заложен выше уровня промерзания, а то и вообще над землёй (например, из-за высоких грунтовых вод). Ещё бывает, что нужно поддерживать температуру воды в бассейне.

Итак, с помощью чего управлять температурой воды?

Нагревающий кабель

Нагревающий кабель позволяет подогревать трубопровод, чтобы он не замёрз в земле или в «воздушке». Точно такой же кабель укладывают на водосточные трубы, чтобы внутри них не намерзал лёд. И на край крыши, чтобы не образовывались сосульки… В общем, применения нагревательному кабелю можно подыскать широкие.

Нагревательные кабели выпускаются разные по мощности, по длине и по назначению.

Состав нагревательного кабеля такой: внутренний проводник + разные оболочки. Есть такое понятие в отношении нагревательного кабеля: «холодный конец» - это тот конец кабеля, который спаивается с обычным проводом, на противоположном конце коего штепсельная вилка для подключения к обычной розетке. Некоторые кабели выпускаются с датчиками температуры на конце, а некоторые без.

Кабели крепятся вместе с датчиком температуры снаружи трубы. На кабеле может быть (должен быть) регулятор температуры, которым и выставляется та температура, при которой кабель должен включаться:

Терморегуляторы для нагревательных кабелей можно приобрести отдельно.

Есть механические и электронные. Нужно только выбрать по нужному диапазону рабочих температур и по мощности.

Технология крепления кабеля нехитрая и может выполняться в двух вариантах. Первый: кабель крепится пластиковыми хомутами вдоль трубы:

Поверх надевается теплоизоляция. Теплоизоляция должна быть из материала, не поглощающего влагу: это «чулки» из вспененного полиэтилена или «скорлупы» из пенопласта.

Второй вариант крепления кабеля – намотать его на трубу:

При таком способе крепления нагрев эффективней, но и кабеля нужно больше.

Есть нагревательные кабели, которые можно поместить внутрь трубопровода:

Отличить такой кабель можно по гайке для герметизации места входа кабеля в трубу.

Если водопровод уже в земле и зимой вы обнаружили, что он замерзает, то, чтобы не раскапывать всю трубу, можно разобрать только места её соединений и протянуть такой нагревательный кабель внутри:

Кабель довольно жёсткий, что позволяет преодолеть повороты трубопровода. При этом кабель не должен проходить ни через какую запорную арматуру (вентили, краны и пр.).

На фото показаны детали соединения кабеля с трубопроводом:

У такого кабеля наружная оболочка из пищевого полиэтилена, и на качестве воды присутствие кабеля в трубе не отразится.

Датчики температуры

К терморегулятору нужен датчик температуры. Датчик помещается либо в воду, либо крепится к трубе с водой.

Датчик с терморегулятором соединяется проводом:

- или крепится жёстко к корпусу терморегулятора:

Саморегулирующие нагревательные кабели

Чтобы не ставить разные регуляторы температуры и датчики, можно купить саморегулирующий кабель. Этот кабель делает всё сам, задача наша сводится лишь к включению в розетку.

Их тоже много и по составу и по мощности (от 20 до 50 Вт на погонный метр). Выбирать нужно под конкретный случай, лучше подбирать, общаясь с продавцом-консультантом в магазине.

Термостатические клапаны

Управление по температуре может выполняться и с помощью термостатических клапанов. в которых никаких подключений к электричеству нет:

О термостатических клапанах можно прочитать подробней на нашем сайте по водяному отоплению .

В каких случаях применяются такие термостатические клапаны? Например, при подогреве воды от газового котла: если температура воды велика, то таким клапаном можно сделать подмес из холодного водопровода.

Ещё пример - применение термостатического клапана в системе рециркуляции бойлера косвенного нагрева:

Трёхходовой клапан на схеме обведён синим кружком.

Впрочем, трехходовые клапаны могут быть не только с ручной регулировкой, как на фото выше, а и с электроприводом:

- так что для них всё же электричество понадобится.

Вот в кратце и всё о способах управления температурой в системе водоснабжения.

ПИМБ-900. Датчик температуры поверхности труб

Назначение

Преобразование температуры поверхности труб магистральных трубопроводов в диапазоне от -40 до +80°С в унифицированный выходной сигнал от 4 до 20 мА постоянного тока.

В состав датчика температуры входит элемент термочувствительный медный (ЭЧМ) в качестве рабочего первичного преобразователя с номинальной статической характеристикой (НСХ) 50М по ГОСТ 6651-94, нормирующий усилитель и могут входить до двух дополнительных контрольных ЭЧМ, размещенных 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-проводной линии связи, возможность проведения контроля без демонтажа.