УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ОБЪЕКТА

Устройство для определения температурного поля объекта
Полезная модель относится к  металлургии, машиностроению и может быть использована для контроля температурных режимов в камерных и проходных печах станов горячей прокатки металла, а также  для измерения, регистрации и контроля температуры различных сред, в т.ч. и внутри промышленных печей в процессе нагрева или термообработки продуктов различного назначения, в составе систем мониторинга температурного профиля технологического оборудования.
Известно устройство для измерения температуры нагрева объекта в металлургических печах, содержащее установленные в корпусе электронный регистратор для измерения температуры, соединенный с расположенными в корпусе элементами питания и расположенными вне корпуса гибкими кабельными термоэлектрическими преобразователями, которые являются температурными датчиками и закреплены в отверстиях объекта на разных уровнях, приборный контейнер с крышкой, в котором расположен корпус регистратора, первый испаритель с емкостью, в которой расположен приборный контейнер, и второй испаритель, закрывающий первый испаритель, причем каждый испаритель выполнен с двойными замкнутыми стенками, между которыми образована заполненная хладоагентом замкнутая полость, патрубки испарителей, один из которых предназначен для заливки в испаритель хладоагента, а другой патрубок - для выхода из испарителя воздуха и пара, расположенный вокруг испарителей внешний термоизолятор, вокруг которого навита жароупорная проволока, образующая каркас /Thermal monitoring during slab reheating processes BARTEK, «Componenten und systeme GmbH», 1999, c.2-8/.
Известное устройство не в полной мере отвечает требованиям надежности его работы и точности измерения температуры. Другим существенным недостатком данного технического решения является сравнительно большая трудоемкость сборки устройства и неудовлетворительное время его выдержки  в горячей печи при измерении температуры объекта в случаях больших температур, что существенно ограничивает возможности его использования.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому является устройство для измерения температуры нагрева объекта в металлургических печах, содержащее установленные в корпусе электронный регистратор для измерения температуры, соединенный с расположенными в корпусе элементами питания и расположенными вне корпуса кабельными термоэлектрическими термометрами, расположенными в отверстиях объекта на разных уровнях, приборный вакуумный контейнер-термос с крышкой, в котором расположен корпус регистратора, первый испаритель с емкостью, в которой расположен приборный контейнер, и второй испаритель, закрывающий нижний испаритель. Каждый испаритель выполнен с двойными замкнутыми стенками, между которыми образована заполненная хладоагентом замкнутая полость. Устройство содержит патрубки испарителей для заливки в испаритель хладоагента и для выхода из испарителя воздуха и пара, а также расположенный вокруг испарителей внешний термоизолятор, вокруг которого навита жароупорная проволока, образующая каркас. При этом второй испаритель установлен над первым испарителем, емкость последнего обращена открытой частью вверх, патрубки испарителей расположены за пределами каркаса и сообщены в рабочем положении устройства с горячей средой печи, во внутренней полости корпуса регистратора. Вблизи регистратора расположен термоаккумулятор. Полость приборного контейнера заполнена теплоизолятором, фиксирующим регистратор. Элементы питания и термоаккумулятор расположены в корпусе регистратора. Полости между стенками приборного контейнера и корпусом регистратора, и между наружной стенкой нижнего испарителя и каркасом заполнены теплоизолятором. Между внутренней стенкой нижнего испарителя и стенкой приборного контейнера образовано замкнутое воздушное пространство, в котором расположена упругая подвеска приборного контейнера /RU 2357217, G01K1/08, 2009/. Данное техническое решение выбрано за прототип.
К недостаткам прототипа можно отнести большие габариты, не позволяющие использовать систему в большинстве проходных печей, а также недостаточный ресурс работы при температурах 1250 - 1300°С. Так, например, контейнер 05 для проходной печи конструкции ООО МеталлЭнергоСервис имеет габаритные размеры  360х320х900 мм, а контейнер 06 для камерных печей (свободная высота) - 700х500х500 мм.
Автор решал задачу по созданию устройства для определения температурного поля объекта, лишённого указанных недостатков. Технический результат заключается в достижении оптимального соотношения габаритных размеров устройства и его тепловой эффективности, конкретно, в оптимизации длительности работы при заданной температуре.
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается  устройство для определения температурного поля объекта, включающее оборудованный корпусом электронный регистратор температуры, оснащённый автономным блоком питания, помещённый в теплоизолирующий контейнер и выполненный с возможностью соединения с датчиками температуры. Отличительной особенностью предлагаемого устройства является  то, что электронный регистратор температуры выполнен на элементной базе, допускающей нагрев до 110°С, корпус регистратора выполнен из металлического сплава.  Теплоизолирующий контейнер выполнен многослойным, причём наружный слой теплоизоляции контейнера выполнен из материала с теплопроводностью в интервале рабочих температур от 0,06 до 0,4 Вт/мК, а внутренний слой выполнен из материала с теплопроводностью в интервале рабочих температур от 0,02 до 0,04 Вт/мК .
Дополнительно предлагается устройство оснастить  тепловым аккумулятором, расположенным во внутренней полости теплоизолирующего контейнера и представляющим собой герметичный сосуд, находящийся в контакте с корпусом регистратора  и содержащий внутри соль металла с температурой плавления не ниже 60°С.
Дополнительно предлагается устройство оснастить испарительным контейнером с водой и пароотводящими трубками, помещенным в теплоизолирующий контейнер, а электронный регистратор температуры расположить во внутренней полости испарительного контейнера.
Дополнительно предлагается наружный слой теплоизоляции контейнера выполнить из плит высокотемпературного спрессованного волокна, а внутренний слой теплоизоляции выполнить из плит микропористой теплоизоляции.
Также дополнительно предлагается электронный регистратор температуры оснастить радиопередатчиком для передачи данных на  компьютер оператора.
Выполнение электронного регистратора температуры  на элементной базе, допускающей нагрев до 110°С, изготовление корпуса регистратора  из металлического сплава, выполнение теплоизолирующего контейнера многослойным с наружным слоем  из материала с теплопроводностью в интервале рабочих температур от 0,06 до 0,4 Вт/мК и внутренним слоем -  из материала с теплопроводностью в интервале рабочих температур от 0,02 до 0,04 Вт/мК позволяет достичь высокой тепловой эффективности при меньших габаритах, длительность работы которого ограничена только ресурсом работы датчиков температуры.  При этом, предоставляется возможность использовать стандартные щелочные или литиевые элементы питания. Таким образом, достигается технический результат.
На фиг. 1 приведена схема заявленного устройства, оснащенного тепловым аккумулятором, на фиг. 2 приведена схема заявленного устройства, оснащенного испарительным контейнером, где 1 - электронный регистратор температуры,  2 - элементы питания, 3 - теплоизолирующий контейнер, 4 - датчики температуры, 5 - наружный слой теплоизоляции контейнера, 6 -  внутренний слой теплоизоляции контейнера, 7 - тепловой аккумулятор, 8 - соль металла, 9 - испарительный контейнер с пароотводящими трубками 10.
Устройство работает следующим образом. Перед проведением измерений на печи, программируют электронный регистратор температуры 1 с помощью компьютера, задавая момент начала работы, число датчиков температуры 4, например, термопар и частоту опроса каналов. Память регистратора, как правило, рассчитана на 130000 - 400000 измерений. Питание регистратора автономное от элементов питания 2, в качестве которых могут быть использованы перезаряжаемый аккумулятор, щелочные батареи (70 єС) или  высокотемпературные литиевые батареи (110 єС). Датчики температуры 4 подключают к электронному регистратору температуры 1, а их чувствительные элементы, например, рабочие спаи термопар, закрепляют на контролируемом объекте, например, на раме, слябе или другом термообрабатываемом объекте.  Электронный регистратор температуры 1 помещают в теплоизолирующий контейнер 3, куда помещают и тепловой аккумулятор 7 (фиг.1). Либо электронный регистратор 1 помещают в испарительный контейнер 9, а тот в свою очередь помещают в теплоизолирующий контейнер 3 (фиг. 2).  Теплоизолирующий контейнер устанавливают и фиксируют на термометрируемом объекте (на фигурах не показан).  Термометрируемый объект загружают  в горячую печь и осуществляют термообработку.  Во время термообработки датчики 4 периодически по намеченной программе опрашиваются  электронным регистратором температуры 1, данные записываются в блоке памяти, являющейся частью элементной базы регистратора 1. Теплозащита  регистратора 1 обеспечивается с помощью двухслойной тепловой изоляции контейнера 3, наружный слой 5 которой выполнен из  плит высокотемпературного спрессованного волокна, а внутренний слой 6 выполнен из плит микропористой теплоизоляции. При этом  рабочая температура регистратора не превышает 110 °С.  В случае использования теплового аккумулятора 7 рабочая температура не превысит 70°С в течение процесса термообработки за счет плавления соли металла 8, в случае использования испарительного контейнера предельная рабочая температура поддерживается за счет испарения воды и отвода пара через патрубки 10. Результатом измерений являются данные о кривых нагрева объекта, которые выгружают из регистратора 1 на персональный компьютер, обрабатывают и анализируют с помощью специального программного обеспечения.
Использование полезной модели позволяет снизить габариты устройства.  Так при габаритных размерах  300x405x680 мм контейнеров с микропористой изоляцией(сухой контейнер с солевым теплопоглотителем)  длительность его               работы составляет 7 часов при 950°С, а устройства, оснащенногоиспарительным  контейнером  с габаритами 300x595x707 мм - 9 часов  при 1200°С и 7,5 часов  при 1300°С.  При этом обычно процесс  нагрева в проходной печи длится от 4 до 6 часов.