Датчик теплового потока с повышенным теплообменом
Изобретение относится к области термометрии. Заявлена капсула (300) датчика для датчика теплового потока, включает в себя горячий (304) конец и холодный (302) конец. Капсула (300) датчика включает в себя проводник (310) тепла, простирающийся от горячего (304) конца к холодному (302) концу, и множество датчиков (312, 354) температуры, связанных с проводником (310) тепла, на различных расстояниях от горячего (304) конца. Технический результат – повышение точности и информативности получаемых данных.4 н. и 23 з.п. ф-лы, 8 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Существует множество промышленных применений, где сведения об измерениях температуры и теплового потока важны для регулирования или мониторинга процесса. Датчик теплового потока представляет собой известный прибор, который позволяет измерять тепловой поток между материалами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Капсула датчика для датчика теплового потока включает в себя горячий конец и холодный конец. Капсула датчика включает в себя проводник тепла, проходящий от горячего конца к холодному концу, а также множество датчиков температур, связанных с проводником тепла, находящихся на различных расстояниях от холодного конца.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0003] ФИГ. 1 представляет собой схематическое изображение установки для измерения температуры в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.
[0004] ФИГ. 2A и 2B иллюстрируют схематические изображения установки измерения для обшивки трубы, при наличии которой варианты воплощения настоящего изобретения особо полезны.
[0005] ФИГ. 3A-3C иллюстрируют примерные конфигурации датчика в соответствии с некоторыми вариантами воплощения настоящего изобретения.
[0006] ФИГ. 4 иллюстрирует одну примерную конфигурацию вывода в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.
[0007] ФИГ. 5 представляет собой схему последовательности операций способа обеспечения показаний температуры технологической среды, с использованием датчиков, связанных с проводником тепла для теплообмена, в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.
[0008] ФИГ. 6 представляет собой структурную схему электроники устройства в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения.
[0009] ФИГ. 7A-7C иллюстрируют примерные конфигурации датчика в соответствии с некоторыми вариантами воплощения настоящего изобретения.
[0010] ФИГ. 8 иллюстрирует примерные распределения температуры для других конфигураций датчика в соответствии с некоторыми вариантами воплощения настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
[0011] Существует множество применений, где измерения теплового потока обеспечивает лучший способ для измерения температуры процесса. Например, для не интрузивного и не инвазивного измерения температуры процесса можно использовать технологию Rosemount X-WellTM от компании Emerson Automation Solutions. В данной технологии использовано измерение температуры поверхности трубы, измерение температуры на клеммах преобразователя и расчет теплового потока для определения внутренней температуры технологической среды в канале. Канал для ввода термопар обычно вводят в технологический канал так, чтобы он проходил примерно на длину, в 10 раз большую, чем диаметр кончика канала для ввода термопар. Это используют для минимизации эффектов ступенчатой проводимости от температуры окружающей среды. «Короткий» канал для ввода термопар имеет длину, которая в десять раз меньше диаметра кончика канала для ввода термопар. Датчики температуры в коротких каналах для ввода термопар подвержены значительной погрешности из-за теплопроводности штока, однако, вследствие колебаний температуры окружающей среды и перепадов температур процесса, температура окружающей среды и температура процесса возрастают по-разному. Датчик теплового потока может решать эти проблемы, но для обеспечения надлежащего выполнения и обеспечения правильного понимания теплового потока важную роль играет размещение элемента.
[0012] ФИГ. 1 представляет собой схематическое изображение установки для измерения температуры в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения. Установка 100 включает в себя установку 130 датчика, связанную со стенкой 110 рабочего сосуда. Соединение может представлять собой зажим 120 трубы, как проиллюстрировано на ФИГ. 1. Установка 130 датчика может иметь один или более выводов 150, проходящих до преобразователя 140, которые могут быть подключены локально или удаленно от установки 130 датчика. Преобразователь 140 может быть сконфигурирован для выполнения расчета теплового потока.
[0013] Преобразователь 140, с использованием сигналов датчика от установки 130 датчика, осуществляет расчет теплового потока, для определения внутренней температуры процесса в канале. Однако, этот расчет зависит от знания теплопроводности от зоны процесса до клемм преобразователя, что часто требует наличия датчика, подключенного непосредственно к преобразователю. Дополнительно, в некоторых вариантах воплощения тепловой поток также можно измерять удаленно.
[0014] ФИГ. 2A и 2B иллюстрируют схематические изображения установки измерения для обшивки трубы, с помощью которой варианты воплощения настоящего изобретения применяются на практике. Установка включает в себя трубу 210, связанную с датчиком 220, за счет использования зажима 212 трубы. Датчик 220 непосредственно связан с преобразователем 222. Преобразователь 222 может быть сконфигурирован для расчета теплового потока, исходя из полученных сигналов, поступающих от датчика 220.
[0015] ФИГ. 2B иллюстрирует крупномасштабный вид 250 соединения между трубой 210 и капсулой 260 датчика. Капсула 260 датчика включает в себя выводы 262, сконфигурированные, например, для соединения с преобразователем. ФИГ. 2B иллюстрирует, почему размещение элемента 270 датчика важно для точности измерения. Капсула 260 датчика, проиллюстрированная на виде 250, включает в себя элемент 270 терморезистивногодатчика в капсуле 260 датчика, расположенный рядом с поверхностью трубы 210. В ходе установки, элемент 270 датчика размещают в слое 280 термопасты. Размещение элемента, или соблюдение дистанции 252 между трубой 210 и элементом 270 сложно регулировать, вследствие ограничений при изготовлении. Термопаста 280 способствует теплопередаче от трубы 210 к элементу 270 датчика. Однако, термопаста 280 не обладает оптимальной теплопроводностью, но она может быть лучше, чем воздух или порошок для неорганической изоляции. Как проиллюстрировано на виде 250, тепло распределяется через внешнюю оболочку капсулы 260 датчика и термопасту 280, так что элементу 270 передается лишь часть тепла. При плохой теплопроводности, размещение элемента 270 является чувствительным параметром при генерировании технических условий измерения. Отклонения в размещении элемента 270 могут неблагоприятно повлиять на точность, время срабатывания и воспроизводимость измерений.
[0016] Представляется желательным разработать датчик теплового потока, который осуществляет измерения с использованием входного преобразователя с одним датчиком. Для наличия нескольких точек измерения, встроенных в датчик, может потребоваться более одного преобразователя, или устройство с высокой плотностью, например, 848T Fieldbus, или продукция беспроводного HART®, выпускаемая компанией Emerson Automation Solutions.
[0017] Как более подробно описано ниже, в некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения обеспечен теплопроводящий стержень, прикрепленный к торцевой крышке датчика теплового потока, что обеспечивает усовершенствованный способ направления теплового потока от горячего конца капсулы датчика к холодному концу. Такая конфигурация может способствовать генерированию температурного градиента через горячий и холодный элементы. Это снижает влияние расстановки между элементами и повышает время отклика, как на горячем, так и на холодном конце. Этот способствует повышенной воспроизводимости и точности измерения датчика.
[0018] Проводник тепла обеспечивает хорошую корреляцию между прикрепленными элементами датчика температуры. Если на какую-либо часть проводника тепла оказывается воздействие из-за внешнего влияния, например, температуры окружающей среды, все элементы измеряют часть эффекта. В одном варианте воплощения, обсуждаемом ниже, на теплопроводящем элементе могут быть размещены три элемента, чувствительных к температуре, что позволяет использовать поправочный коэффициент второго порядка, который предпочтительно может быть полезен, если датчик теплового потока закреплен горизонтально, без изоляции. Все три элемента могут быть измерены с помощью одиночного или двойного преобразователя температуры. Согласно такому сценарию, установка датчика может претерпевать нелинейные потери тепла. Проводник тепла образован из материала с относительно высокой теплопроводностью, такого как металл (например, медь, алюминий, железо, и т.д.) или подходящий полимер. Проводник тепла может обладать любым подходящим поперечным сечением (включая круговое) и может изменяться вдоль своей длины. В одном варианте воплощения проводник тепла представляет собой стержень.
[0019] ФИГ. 3A-3C иллюстрируют примерные конфигурации датчика в соответствии с некоторыми вариантами воплощения настоящего изобретения. ФИГ. 3A-3C иллюстрируют три варианта теплопроводящего проводника тепла в центре капсулы датчика. Однако, притом, что подробно обсуждаются только три варианта, также можно представить и другие подходящие конфигурации. В проиллюстрированном примере, проводник тепла образован из меди, который проявляет очень хорошую теплопроводность, что позволяет уравновешивать температуру между горячим концом и холодным концом намного быстрее, чем стандартная капсула датчика, для которой может потребоваться такой изолятор, как порошок с неорганической изоляцией. Медь также является материалом, используемым в термопарах T-типа в качестве их отрицательного вывода. Прикрепление положительных выводов термопар T-типа к медному проводнику тепла может позволить измерять высокий импеданс устройству ввода, например, любому подходящему преобразователю, такому как преобразователь 644, либо 3144, выпускаемый компанией Emerson Automation Solutions, для измерения всех трех термопар, с использованием шестипроводной конфигурации вывода. В другом примере, такой преобразователь, как преобразователь 248 от компании Emerson Automation Solutions, может измерять термопары с использованием четырехпроводной конфигурации вывода.
[0020] ФИГ. 3A иллюстрирует термопару, расположенную в зигзагообразной конфигурации с тремя проводами термопары, прикрепленными к медному проводнику тепла, расположенному в капсуле датчика в различных позициях в соответствии с вариантом воплощения. В одном варианте воплощения, медный проводник тепла центрирован в капсуле 300 датчика. Однако, также предусмотрены и другие внутренние положения и геометрические формы. Капсула 300 датчика включает в себя горячий 304 конец, отстоящий от холодного 302 конца, с проводником 310 тепла, проходящим между ними. Холодный 302 конец включает в себя герметизирующий компаунд 320. Герметик содержит, например, любое подходящее твердое или желеобразное соединение, сконфигурированное для противодействия удару, вибрации и/или для устранения влаги или веществ, вызывающих коррозию. Проводник 310 тепла также может служить в качестве отрицательного вывода в варианте воплощения, где материал проводника тепла соответствует типу термопар, используемых для элементов, чувствительных к температуре (например, термопара типа копировального стержня и термопара T-типа). Провода 322 проходят через герметик 320 и соединяются с проводником 310 тепла при различных длинах, с образованием нескольких термопар вдоль проводника 310 тепла, для обеспечения вычисления поправочного коэффициента второго порядка.
[0021] ФИГ. 3B иллюстрирует вариант воплощения с использованием зигзагообразной термопары с компенсацией терморезистивного датчика, в соответствии с вариантом воплощения. Терморезистивный датчик 312 размещен вблизи горячего 334 конца и непосредственно связан с проводником 340 тепла для теплообмена. Поскольку терморезистивный 312 элемент является более стабильным и точным датчиком температуры, чем термопара, он может обеспечивать повышенную точность. Термопару 354 можно применять для оценки градиента теплового потока. Измерения, полученные с термопары 354, можно оценивать в каждой точке термопары, или дифференциально между термопарами 354, для определения температурного градиента. Как проиллюстрировано на ФИГ. 3B, могут быть задействованы дополнительные провода, например, три провода, проиллюстрированные на ФИГ. 3A, с трехпроводной конфигурацией терморезистивного датчика, связанного с терморезистивным 312 элементом, и проводом, продолжающим проводник 340 тепла.
[0022] ФИГ. 3C иллюстрирует вариант воплощения с использованием зигзагообразной конфигурации терморезистивного датчика. Зигзагообразная конфигурация терморезистивного датчика иллюстрирует три терморезистивных 372 элемента, прикрепленных к проводнику 370 тепла. Терморезистивные 372 элементы применяют, как для точности, так и для оценки теплового потока. При использовании капсулы 360 датчика, в способе измерения можно использовать продукцию в виде двойного датчика, для измерения всех трех элементов, с использованием конфигурации вывода, состоящего из шести проводов 382. При совместном использовании выводов, каждый из терморезистивных 372 датчиков можно измерять с использованием четырехпроводной технологии. Также подразумеваются и другие проводные варианты. Дополнительно, как проиллюстрировано на ФИГ. 3C, дополнительный провод 386 может обеспечивать (не обязательно) тепловую связь между проводником 370 тепла и источником измерения температуры окружающей среды.
[0023] ФИГ. 4 иллюстрирует примерную конфигурацию вывода в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на ФИГ. 4, конфигурация вывода 400 включает в себя три терморезистивных элемента, 410, 420, и 430, связанных согласно шестипроводной конфигурации, проиллюстрированной, соответственно, в виде проводов 442-454. Измерение можно получать от терморезистивного 410 датчика, путем генерирования тока возбуждения между проводами 444 и 446, и путем измерения падения напряжения между проводами 442 и 448. Измерение можно получать из терморезистивного 420 датчика путем генерирования тока возбуждения между проводами 446 и 448, и измерения соответствующего напряжения между проводами 444 и 452. Измерение можно получать от терморезистивного 430 датчика путем генерирования тока возбуждения между проводами 448 и 452 и измерения соответствующего падения напряжения между проводами 446 и 454.
[0024] ФИГ. 5 представляет собой схему последовательности операций способа обеспечения показаний температуры технологической среды, с использованием датчиков, связанных с проводником тепла для теплообмена, в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения. Способ 500 можно использовать с любым из вариантов воплощения, например, проиллюстрированных на ФИГ. 3A-3C, а также другими подходящим образом сконфигурированными датчиками теплового потока или теплообмена.
[0025] В блок 510 поступают сигналы датчика. Например, сигнал датчика может поступать от зигзагообразных термопар, связанных с теплопроводящим стержнем, таким как показанный на ФИГ. 3A, как показано в блоке 512. Сигналы датчика также могут поступать от термопары компенсации терморезистивного датчика, как показано в блоке 514. Дополнительно, сигналы датчика могут поступать с нескольких терморезистивных элементов в одиночной капсуле датчика, как показано в блоке 516. Также предусмотрены и другие подходящие конфигурации, как показано в блоке 518.
[0026] В блоке 520 вычисляется теплообмен, тепловой поток, или другая величина, связанная с теплообменом, такая как отношение показаний датчика. Тепловой поток можно вычислить с использованием преобразователя, например, такого как преобразователь 140, связанный локально или удаленно с датчиком теплообмена, как указано, соответственно, в блоках 522 и 524. Дополнительно, теплообмен также можно вычислить с использованием других известных технологий вычисления, как показано в блоке 526.
[0027] Например, тепловой поток может быть рассчитан с использованием уравнения 1, приведенного ниже:
,
[0028] где Q/A представляет собой тепловой поток (теплообмен на единицу площади), K - теплопроводность метра материала, ΔT - изменение температуры, измеренное между двумя термопарами, а L - длина между термопарами.
[0029] В блоке 530 корректируется вычисленный теплообмен. В некоторых конфигурациях способа пригодна линейная коррекция, как показано в блоке 532. Однако, как обсуждалось в настоящем документе, особенно в сценариях, где изоляция не предусмотрена, используется коррекция второго порядка, как показано в блоке 534. Однако также предусмотрены другие поправочные коэффициенты, как показано в блоке 536. Например, преобразователь может принимать информацию о текущей температуре окружающей среды и соответствующим образом корректирует ее. В блоке 540, температура технологической среды оценивается, исходя из рассчитанного теплообмена. В некоторых вариантах воплощения также рассчитывается скорректированная величина теплообмена или теплового потока (теплообмен на единицу площади).
[0030] В некоторых вариантах воплощения, расчет теплообмена, как проиллюстрировано в блоке 520, и корректировка теплообмена, как показано в блоке 530, содержит один этап корректировки отношения нескольких датчиков, который выполняется без непосредственного измерения теплообмена.
[0031] В блоке 550 обеспечиваются показания температуры технологической среды. Показания могут включать в себя такое состояние процесса, например, как «перегрев» или «в приемлемом диапазоне». Дополнительно, численные показания температуры также могут быть представлены в градусах Фаренгейта, Цельсия или Кельвина. Показания также могут быть представлены в форме звукового или визуального предупреждения, как показано в блоке 552, например, вспышки света для температуры выше или ниже желаемого диапазона, или в форме звукового сигнала. Показания также могут быть представлены для отдельного вычислительного устройства, которое может быть расположено близко или удаленно от датчика температуры. Обеспечение показаний также может включать в себя средство отображения температуры вблизи точки измерения вдоль технологического потока, например, монитор или механизм аудиовизуального предупреждения, связанный с датчиком, или посредством другого механизма, как показано в блоке 558.
[0032] Обеспечение показаний также может включать в себя хранение измеренной температуры, как показано в блоке 556. Хранение некоторых или всех выявленных данных о температурах процесса или сигналов датчика может предусматривать генерирование дополнительных анализов, таких как исследование тенденций в технологическом потоке с течением времени. Хранение полученных показаний может включать в себя хранение локально, например, в памяти микровольтметра, или хранение удаленно, например, передачу выявленных данных о температуре на удаленный носитель данных.
[0033] ФИГ. 6 представляет собой структурную схему электронных приборов устройства в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения. Электронные приборы 600 могут быть помещены в корпус 614 для электронных приборов. Корпус 614 для электронных приборов может быть связан с преобразователем, например, преобразователем 140 по ФИГ. 1. Дополнительно, по меньшей мере, некоторые из электронных приборов 600 могут образовывать часть установки датчиков, таких как датчики, описанные в настоящей работе. В одном варианте воплощения электронные приборы 600 включают в себя процессор 650, один или более аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) 654 и память 656. Процессор 650 может представлять собой цифровой микропроцессор. Память 656 может включать в себя цифровое устройство хранения данных, электронно связанный с процессором 650. Электронные приборы 600 могут быть локально доступными через интерфейс 666 локального оператора, который может, например, отображать температуру или состояние устройства.
[0034] Процессор 650 подключают к датчикам температуры, например, к датчикам, обсуждаемым в настоящей работе, путем установления связи между аналогово-цифровым преобразователем 654 и одним или более выводами 642 датчика. В вариантах воплощения, где имеется несколько терморезистивных датчиков, может потребоваться несколько аналогово-цифровых преобразователей, вследствие чего они могут преобразовывать аналоговый электрический сигнал, полученный с устройства обнаружения, в цифровой сигнал для процессора 650.
[0035] В одном варианте воплощения, корпус 614 для электронных приборов также может включать в себя интерфейс 658 связи. Интерфейс 658 связи обеспечивает связь между электронными приборами 600 и системой 662 контроля или мониторинга. Электронные приборы 600 могут передавать рассчитанные данные о температуре технологической среды в рамках процесса управления системой 662. Связь между установкой 600 для измерения температуры и системой 662 управления может осуществляться через любое подходящее беспроводное или постоянно смонтированное соединение. Например, связь может быть представлена в виде аналогового тока по двум проводным контурам, в диапазоне 4-20 мА. в качестве альтернативы, связь может передаваться в цифровой форме по двум проводным контурам с использованием цифрового протокола HART®, или по шине связи с использованием цифрового протокола, такого как сетевой протокол FOUNDATION™.
[0036] Интерфейс 658 связи может (необязательно) включать в себя цепь 664 беспроводной связи для связи за счет беспроводной передачи с использованием беспроводного протокола, такого как беспроводной протокол HART (IEC62591). Более того, связь с системой 662 мониторинга контроллера может быть прямой или осуществляться через сеть из любого количества промежуточных устройств, например, через беспроводную ячеистую сеть (не показанную на ФИГ. 6). Интерфейс 658 связи может способствовать управлению и регулированию связи к установке 600 для измерения температуры и от нее. Например, система 662 управления или измерения может предусматривать конфигурацию установки 600 для измерения температуры, включающей в себя введение или выбор параметров базовой структуры, параметров стенки рабочего сосуда или выбор модели теплообмена для конкретного применения, посредством интерфейса 658 связи.
[0037] Тогда как датчики теплообмена, обсуждаемые выше применительно к ФИГ. 3A-C, демонстрируют усовершенствования перед датчиками согласно уровню техники, размещение элемента может быть все еще проблематичным. Теплопроводящий стержень (например, стержень 310) проходит между горячим концом (например, торцевой крышкой 304) и холодным концом (например, холодным 302 концом). Это размещение предусматривает повышенный тепловой поток через установку, что предусматривает измерение элемента в фиксированных заданных позициях. Поскольку стержень соединяется с обоими концами и обладает однородной теплопроводностью, в идеале он проявляет линейное распределение температур относительно изменения температуры в зависимости от расстояния от горячего конца. Это предусматривает почти равномерную чувствительность (например, в °C/мм) по всей длине стержня. Например, элемент, помещенный в середину датчика, имеет среднюю от горячей и холодной температуры. Таким образом, если горячий конец составляет 300°C, а холодный конец составляет 20°C, а длина датчика составляет 140 мм, то чувствительность будет составлять приблизительно 2°C/мм. Однако, в некоторых случаях чувствительность бывает значительной, поскольку некоторые ограничения процесса изготовления при закреплении стыков элементов предусматривают допуск ±1 мм.
[0038] ФИГ. 7A-7C иллюстрируют примерные конфигурации датчика в соответствии с некоторыми вариантами воплощения настоящего изобретения. Конфигурации датчика по ФИГ. 7A-7C могут предусматривать повышенную чувствительность.
[0039] ФИГ. 7A иллюстрирует короткий проводник тепла в форме теплопроводящего стержня 710 с двумя связанными с ним терморезистивными элементами 712, 717, прикрепленными к торцевой 704 крышке. Тогда как стержень 710 проиллюстрирован размещенным в центре капсулы 700 датчика, по меньшей мере, в некоторых вариантах воплощения он может находиться на расстоянии от центра, при поддержании при этом целостности измерения. Несмотря на то, что показаны два терморезистивных элемента 712, 717, для повышения спрямления могут быть добавлены дополнительные элементы. Терморезистивные элементы 712, 717 обеспечивают сигналы, которые позволяют измерять перепад температур, который способствует обеспечению точной выходной оценки температуры технологической среды. В одном варианте воплощения, порошок, обладающий неорганической изоляцией, заполняет капсула 700 датчика, через которую проходят провода 722. Провода 722 действуют как вторичный материал, прикрепляющий стержень 710 к холодному 702 концу, и будут препятствовать тепловому потоку, обеспечивая более контролируемое, чувствительное и линейное распределение температур вдоль стержня 710.
[0040] Холодный 702 конец включает в себя некоторый герметизирующий компаунд 720. Герметик содержит, например, любой подходящий твердый или желеобразный компаунд, сконфигурированный для противодействия удару, вибрации и/или исключения влаги или веществ, вызывающих коррозию.
[0041] ФИГ. 7B иллюстрирует вариант воплощения с использованием термопары вместо терморезистивных элементов. Спаи термопары 754, 756 соединяются с проводящим 740 стержнем на различных расстояниях от горячего 734 конца. Капсула датчика 730 включает в себя герметик 750 на холодном 732 конце и может включать в себя порошок, обладающий неорганической изоляцией, через который проходят провода 752.
[0042] ФИГ. 7C иллюстрирует другой вариант воплощения с использованием дополнительного проводящего 770 стержня, связанного с первым 772 проводящим стержнем. Второй 770 проводящий стержень соединяется с первым 772 проводящим стержнем на первой стороне и проходит в герметик 780 в пределах холодного 762 конца. Как проиллюстрировано на ФИГ. 7C, провода 782 проходят через капсулу 760 датчика и соединяются с термопарами 774, 776 на первом 772 проводящем стержне.
[0043] ФИГ. 8 иллюстрирует примерные распределения температуры для других конфигураций датчика в соответствии с некоторыми вариантами воплощения настоящего изобретения. Как проиллюстрировано, график 800 представляет идеальное распределение температуры 804 вдоль расстояния от кончика 802 датчика. График 800 иллюстрирует распределение температур датчика с использованием стержня 820 из одного материала, такого как материалы, описанные выше применительно к ФИГ. 3A-3C, в противоположность стержня 810 из нескольких материалов, в которых использовано более одного материала для теплообмена. В примере по ФИГ. 8, стержень из нескольких материалов был создан с использованием медного стержня длиной 30 мм, проходящего от горячего конца, прикрепленного к железному стержню, который проходит до холодного конца. Это предусматривает температурный градиент в медной секции стержня, стремящийся к минимуму. Однако, тогда как в качестве примерных материалов обсуждались медь и железо, следует понимать, что могут быть использованы и другие материалы с подходящими теплопроводящими свойствами.
[0044] Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты воплощения, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в форме и в деталях могут быть сделаны изменения, без отступления от сущности и объема изобретения.
1. Капсула датчика для датчика теплового потока, причем капсула содержит:
горячий конец датчика теплового потока;
холодный конец датчика теплового потока;
проводник тепла, проходящий от горячего конца к холодному концу; и
множество датчиков температуры, связанных с проводником тепла, на различных расстояниях от горячего конца.
2. Капсула датчика по п. 1, в которой холодный конец включает в себя герметик.
3. Капсула датчика по п. 1, в которой проводник тепла образован из металла.
4. Капсула датчика по п. 3, в которой проводник тепла образован из меди.
5. Капсула датчика по п. 3, в которой проводник тепла образован из алюминия.
6. Капсула датчика по п. 3, в которой проводник тепла образован из железа.
7. Капсула датчика по п. 1, в которой датчики температуры представляют собой термопары.
8. Капсула датчика по п. 1, в которой датчики температуры представляют собой термопары T-типа.
9. Капсула датчика по п. 1, и дополнительно содержащая терморезистивный элемент, расположенный рядом с горячим концом.
10. Капсула датчика по п. 9, в которой терморезистивный элемент связан непосредственно с проводником тепла.
11. Капсула датчика по п. 10, в которой с проводником тепла связано множество терморезистивных элементов, причем каждый из терморезистивных элементов связан с проводником на расстоянии от холодного конца, причем каждый из терморезистивных элементов связан с проводником на расстоянии, отличном от расстояний от других терморезистивных элементов.
12. Капсула датчика по п. 1, в которой проводник тепла содержит, по меньшей мере, два спая термопары, разнесенных друг от друга вдоль длины проводника тепла.
13. Капсула датчика по п. 1, в которой проводник тепла термически связан с источником, причем источник обладает температурой окружающей среды.
14. Капсула датчика по п. 1, в которой проводник тепла проходит вдоль расстояния между горячим концом и холодным концом.
15. Способ измерения температуры технологической среды, содержащий:
- прием сигнала датчика от датчика теплообмена, причем датчик теплообмена содержит проводник тепла, проходящий от горячего конца датчика теплообмена к холодному концу датчика теплообмена, и при этом сигнал датчика содержит измерения, полученные вдоль центрального проводника тепла;
- расчет, с использованием обрабатывающего компонента, теплообмена, на основании полученного сигнала датчика; и
- оценку температуры технологической среды, на основании вычисленного теплообмена.
16. Способ по п. 15, дополнительно содержащий:
- передача показаний об оцененной температуре технологической среды по цепи беспроводной связи.
17. Способ по п. 16, в котором показания содержат предупреждение.
18. Способ по п. 15, дополнительно содержащий:
- хранение оцененных данных об измеренной температуре технологической среды в компоненте памяти.
19. Способ по п. 15, в котором датчик теплообмена содержит датчик зигзагообразной термопары, причем каждое измерение в наборе измерений было взято в точке вдоль длины проводника тепла.
20. Способ по п. 15, в котором датчик теплообмена содержит терморезистивный элемент.
21. Способ по п. 20, в котором терморезистивный элемент непосредственно связан с центральным проводником тепла.
22. Способ по п. 15, в котором расчет скорректированного теплообмена содержит применение многопорядковой коррекции.
23. Способ по п. 15, в котором проводник тепла проходит между горячим концом и холодным концом датчика теплообмена.
24. Установка для измерения температуры технологической среды, содержащая:
- преобразователь;
- датчик температуры, связанный с преобразователем, и выполненный с возможностью его связи с трубой, содержащей технологическую среду, причем датчик температуры содержит:
- горячий конец датчика температуры;
- холодный конец датчика температуры;
- проводник тепла, проходящий от горячего конца к холодному концу; и
- серию выводов, связанных с преобразователем и выполненных с возможностью прохождения каждого через холодный конец и с возможностью связи со спаем термопары на проводнике тепла;
причем связь между датчиком температуры и трубой такова, что горячий конец непосредственно связан с трубой.
25. Установка по п. 24, дополнительно содержащая:
- зажим трубы, сконфигурированный для связи датчика температуры с трубой.
26. Установка по п. 24, в которой проводник тепла проходит от горячего конца до холодного конца.
27. Датчик температуры для восприятия внешней температуры канала и обеспечения оценки температуры технологической среды в канале, причем датчик температуры содержит:
- капсулу датчика, включающую в себя:
- горячий конец, выполненный с возможностью связи с каналом;
- холодный конец, отстоящий от горячего конца;
- проводник тепла, проходящий от горячего конца к холодному концу;
- множество датчиков температуры, связанных с проводником тепла, на различных расстояниях от горячего конца; и
- цепь, связанную с множеством датчиков температуры и сконфигурированную для применения расчета теплообмена для генерирования оценки температуры технологической среды в канале.
