[發明專利]非侵入式溫度測量設備

有效

• 申請號: 201710197883.3
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN107271060B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: R·迪塞爾恩克特;J·格布哈特;S·維爾德穆特
• 申請（專利權）人: ABB瑞士股份有限公司
• 主分類號: G01K1/02
• 分類號: G01K1/02;G01K1/14;G08C17/02
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱

本發明涉及一種非侵入式的溫度測量設備，該溫度測量設備用于測量過程工業設施的至少部分熱絕緣的管道(2)中的流體溫度，其中管道(2)至少在測量點處以熱絕緣層(8、8’)完全覆蓋，其中在熱絕緣層(8、8’)內，具有溫度傳感器(4)的傳感器電子器件(5)被安裝在管道(2)上，在熱絕緣層(8、8’)外布置有連接電子器件(6)且其中傳感器電子器件(5)和連接電子器件(6)具有用于為傳感器電子器件(5)供電的無線能量傳輸(11)的裝置(17、27)，以及用于將溫度測量值從傳感器電子器件(5)傳送到連接電子器件(6)的無線通信(12)的裝置(18、28)。

技術領域

本發明涉及一種非侵入式溫度測量設備，該非侵入溫度測量設備用于測量過程工業設施的至少部分隔熱的管道中的流體溫度。

背景技術

至今主要已知的是有各種缺點的安裝解決方案(侵入式)：溫度傳感器應當盡量在構建設施時已經安裝。如果需要改造，則必須或者已經存在傳感器的安裝開口，或者鉆孔并焊入熱電偶套管。在熱電偶套管中使用溫度傳感器。后者在運行過程中是不可能的，因此必須暫時切斷設施。這種解決方案例如由公開文獻http://www.burnsengineering.com/local/local/uploads/files/snx_family.pdf20已知。該解決方案在那里被稱作非侵入式的，因為實際的傳感器不浸入到流體中。

在非侵入式傳感器解決方案中，傳感器被置于管道之外且通過測量管道溫度間接地推出流體溫度。在此存在以下問題，即，由于經常與流體溫度不同的環境溫度隔著管壁和可能的邊界層在流體和環境之間產生熱流，該熱流通過前方連接的熱阻造成相應的溫度差，并且因此造成有錯的溫度測量。

為了使這種差異保持盡可能低(盡量1K)，圍繞管道設置有熱絕緣，其減少徑向的熱流從而減小溫度測量的誤差。在此存在以下問題，即，在已知的解決方案中，由于必要的傳感器電連接和機械端口而中斷傳感器附近的熱絕緣，并且一部分熱量通過這些端口在徑向上流走。該熱流產生進一步的測量誤差，并且另一方面在彎曲的管道表面上需要傳感器非常好的熱耦合。然而，在改進應用中唯有昂貴地實現這種方式。這點尤其符合，因為連接在傳感器元件(通常是Pt100)上的電子器件必須相對于管壁電絕緣。傳感器元件的嵌入必須首先設計為抗電的，因此僅僅能夠在次要級別對于好的熱接觸進行優化。這不可避免地導致不良的熱耦合，因為電絕緣的材料也不易導熱。通常Pt100由幾毫米的陶瓷粉末包圍在溫度檢測器的帽中。

替代的解決方案也有缺點，其中傳感器線路首先有一部分沿著管道的軸向方向鋪設，以減少傳感器附近相應的熱流。這些一方面導致巨大的安裝費用。另一方面，以此并不解決Pt100和管道之間的高熱阻的問題，反而由于該封閉的絕緣僅僅提高到環境的熱阻。由此雖然改善在穩定狀態下的絕對精度，但是沒有改善傳感器的響應時間。仍然還需要傳感器的快速響應。

由各種應用已知無線溫度測量方法，但是該方法并不是出于改進測量精度的背景，在該方法中在溫度測量目標與實際測量點之間存在不可避免并不可忽略的熱阻。

由出版文獻http://www.sengenuity.com/tech_ref/Smart_Grid_Solutions_Leveraging_SAW.pdf已知通過SAW傳感器無電勢監視電路設施中實心導線和接觸元件的溫度的無線檢測，其不需要蓄電池或者能量收集方法。

在US8152367B2中闡述了在封閉的容器中的侵入式溫度測量，其不需要引線。

根據在http://www.s2is.org/Issues/v4/n2/papers/paper10.pdf中公開的“INTERNATIONAL JOURNAL ON SMART SENSING AND INTELLIGENT SYSTEMS(智能傳感與智能系統的國際雜志)”，2011年6月第二期第四卷，已知在沒有機械接觸下對旋轉電機的溫度測量。

發明內容