УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И БЕСПРОВОДНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
DEVICE FOR MEASURING HEAT CARRIER TEMPERATURE AND WIRELESS TEMPERATURE MEASURING DEVICE

Изобретение относится к термометрии, а именно к контактным датчикам для измерения температуры как движущейся среды-теплоносителя в трубопроводах, так и для измерения температуры любой окружающей среды, например воздуха. Данное устройство может быть использовано в различных отраслях, например нефтяной, газовой, химической, пищевой промышленностях, а также в коммунальном хозяйстве для измерения температуры теплоносителя в отопительных трубах зданий независимо от диаметра трубы.
Известно техническое решение по патенту РФ №2311622, кл. G01K 7/32, 27.11.2007 г., в котором датчик содержит закрепленную в корпусе цельнометаллическую установочную головку, в которой установлен термочувствительный элемент, соединенный с платой. Однако данное техническое решение не обеспечивает надежного и точного измерения температуры, так как тепло к термочувствительному элементу передается через дополнительный элемент теплопроводный материал.
Известен «Датчик температуры» по патенту РФ №2281466, кл. G01K 1/14, G01K 7/32, 10.08.2004, который содержит закрепленную на трубопроводе посредством штуцера несущую трубку, в которой расположена плата, а термочувствительный элемент заключен в гильзу, соединенную с несущей трубкой. Однако данное техническое решение как и предыдущее имеет теплопроводящий материал и, кроме того, является сложным по конструктивному выполнению.
Известно «Устройство для измерения температуры теплоносителя» по патенту РФ №2373502, кл. G01K 1/14, G01K 7/16, содержащее трубопровод с закрепленной капсулой с патрубком, во внутренней полости капсулы размещен измерительно-передающий модуль, печатная плата которого снабжена хвостовиком, расположенным в патрубке и снабженным чувствительным элементом, т.е. датчиком. Капсула закрывается колпачком с вентиляционными отверстиями. Однако данное техническое решение сложно по конструктивному выполнению корпуса-капсулы с патрубком и колпачком, а также измерительного модуля.
Наиболее близким техническим решением является «Датчик температуры» по патенту РФ №2307330, кл. G01K 7/16, опубл. 27.09.2007 г., где в полости корпуса размещена печатная плата, соединенная с термочувствительным элементом посредством провода, а термочувствительный элемент расположен в гильзе-патрубке. Однако данное техническое решение не обеспечивает точного измерения температуры носителя, так как часть его теряется на нагревание металлического корпуса.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения температуры теплоносителя за счет упрощения конструкции, а также разработка универсального датчика, используемого не только для измерения температуры в движущемся теплоносителе, но и для измерения температуры окружающей среды, например воздуха.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для измерения температуры теплоносителя, включающее датчик температуры, установленный на трубопроводе, снабженном капсулой, характеризуется тем, что капсула выполнена в виде стакана с горизонтальной отбортовкой по открытому торцу, внутренняя поверхность капсулы снабжена резьбой, в которой закрепляется хвостовик электронного модуля беспроводного измерителя температуры, верхняя часть хвостовика снабжена фиксирующей головкой, на которой закреплен заключенный в корпус электронный модуль, состоящий из основания, закрепленного одним торцом на фиксирующей головке хвостовика, а другим торцом посредством перешейка соединенного с основной подложкой платы с электронной схемой, а на верхнем торце основной подложки платы закреплена антенна, корпус электронного модуля выполнен в виде закрытого с одного торца и центральным отверстием на другом торце двухстворчатого короба, состоящего из двух последовательно соединенных ступеней, створки соединены вдоль продольной оси, внутри каждой створки нижней ступени установлена поперечная перегородка с центральным пазом, а внутренняя поверхность торца каждой створки нижней ступени снабжена ложементом для фиксирующей головки хвостовика, электронная схема печатной платы выполнена с возможностью обеспечения учета влияния температуры элементов схемы на точность измерения температуры теплоносителя. Корпус устройства может быть выполнен цилиндрическим. Капсула на трубопроводе может быть закреплена неразъемным соединением, например либо сваркой, либо пайкой. Капсула на трубопроводе закреплена посредством прижима с хомутами, при этом между капсулой и трубопроводом установлена прокладка. Разъемные поверхности каждой створки корпуса снабжены защелками, выполненными в виде выступов на одной створке, взаимодействующих с соответствующими впадинами на другой створке. Корпус устройства снабжен вентиляционными отверстиями со шторками. Верхняя ступень корпуса выполнена большего размера, чем нижняя. Хвостовик электронного модуля беспроводного измерителя температуры выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например меди или латуни. Корпус выполнен из диэлектрического материала.
Беспроводной измеритель температуры содержит корпус и размещенную в нем печатную плату, термочувствительный элемент характеризуется тем, что корпус выполнен в виде закрытого с одного торца и центральным отверстием на другом торце двухстворчатого ступенчатого короба, состоящего из последовательно соединенных верхней и нижней ступеней, створки соединены вдоль продольной оси, внутри каждой створки нижней ступени установлена поперечная перегородка с центральным пазом, а внутренняя поверхность торца каждой створки нижней ступени снабжена ложементом для фиксирующей головки хвостовика электронного модуля беспроводного измерителя температуры, при этом электронный модуль состоит из основания, закрепленного одним торцом на фиксирующей головке хвостовика, а другим торцом посредством перешейка соединенного с основной подложкой платы с электронной схемой, а на верхнем торце основной подложки платы закреплена антенна, электронная схема печатной платы выполнена с возможностью обеспечения учета влияния температуры элементов схемы на точность измерения температуры теплоносителя. Корпус может быть выполнен цилиндрическим.
Разъемные поверхности каждой створки корпуса снабжены защелками, выполненными в виде выступов на одной створке, взаимодействующих с соответствующими впадинами на другой створке.
Корпус снабжен вентиляционными отверстиями со шторками. Корпус выполнен из диэлектрического материала.
На фиг.1 представлено устройство для измерения температуры теплоносителя, установленное на трубопроводе, на фиг.2 - беспроводной измеритель температуры, на фиг.3 - то же с частичным разрезом, на фиг.4 - вид A фиг.3, на фиг.5 - закрепление устройства посредством хомутов, на фиг.6 - установка устройства на тройнике трубопровода.
Устройство для измерения температуры теплоносителя состоит из капсулы 1 (см. фиг.1), установленной на трубопроводе 2 и выполненной в виде стакана с горизонтальной отбортовкой 3 по открытому торцу, причем нижняя поверхность отбортовки, примыкающая к трубопроводу, может быть выполнена цилиндрической, для надежного прилегания к трубопроводу. Капсула 1 закрепляется либо на трубопроводе 2, при этом может быть использована защитная втулка 44, либо на тройнике 4 трубопровода, как показано на фиг.6, при этом при необходимости используется переходная гильза 43. Переходная гильза 43 может быть выполнена за одно целое с капсулой 1. Капсула 1 может быть закреплена либо неразъемным соединением, например сваркой, пайкой отбортовки к трубопроводу, см. фиг.1, либо разъемным соединением, см. фиг.5, посредством переходного прижима 5 и хомута 6, с установкой прокладки 7 между трубопроводом и отбортовкой, при этом переходной прижим 5 и хомут 6 выполнены из материала с низкой теплопроводностью.
В капсуле 1 закрепляется хвостовик 8 беспроводного измерителя 9 (см. фиг.2) температуры, хвостовик 8 выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например меди или латуни. Хвостовик 8 выполнен с наружной резьбой, взаимодействующей с внутренней резьбой 11 капсулы 1, а верхняя часть хвостовика снабжена фиксирующей головкой 12 (см. фиг.3), на которой закреплен заключенный в корпус электронный модуль 13. Электронный модуль 13 (см. фиг.3) состоит из основания 14, закрепленного своим нижним торцом 15 на фиксирующей головке 12 хвостовика 8, а верхним торцом 16 посредством перешейка 17 соединен с нижним торцом 18 основной подложки платы 19, на которой выполнена электронная схема (на чертеже не показана) с одной стороны, а с другой стороны закреплен источник питания 20. Хвостовик 8 выполнен с внутренним центральным сквозным отверстием 21, в котором закреплен концевик 22 основания 14 печатной платы 19, при этом топологические проводники электронной схемы расположены на перешейке 17, в основании 14, концевике 22 и соединяются с выводами чувствительного элемента 23, также расположенного в торцевой зоне сквозного отверстия 21 хвостовика 8. На верхнем торце 24 платы 19 установлена антенна 25. Электронная схема печатной платы выполнена с возможностью обеспечения учета влияния температуры элементов схемы на точность измерения температуры исследуемой среды.
Беспроводной измеритель 9 (см. фиг.2) температуры состоит из электронного модуль 13, установленного в корпусе, изготовленного из материала с низкой теплопроводностью, например пластмассы. Корпус беспроводного измерителя температуры 9 выполнен в виде закрытого с одного торца 27 и центральным отверстием 28 на другом торце 29 короба и состоит из двух створок-частей 30, 31, соединенных вдоль оси короба. Каждая створка выполнена из последовательно состыкованных ступеней, верхней 32 и нижней 34. Верхняя ступень 32 корпуса выполнена большего диаметра, а примыкающая к ее нижнему торцу 33 нижняя ступень 34 выполнена меньшего диаметра. На поверхности 35 разъема одной створки 30 выполнены выступающие зацепы 36, взаимодействующие с соответствующими углублениями 37 на поверхности другой створки 31. Внутри каждой нижней ступени 34 обеих створок установлена поперечная перегородка 38 с центральным пазом 39, при этом на внутренней поверхности торца 29 каждой створки нижней ступени закреплен ложемент 40, взаимодействующий с фиксирующей головкой 12 хвостовика 8. Корпус снабжен вентиляционными отверстиями 41, снабженными защитными шторками 42. Электронный модуль 13 вставляется в одну из створок корпус и фиксируется посредством фиксирующей головки 12 в ложементе 40, а затем закрывается второй створкой, осуществляя соединение защелок 36. В таком собранном виде беспроводной измеритель 9 температуры хвостовиком 8 вкручивается в капсулу 1, установленную либо на трубопроводе, либо на тройнике. Данный беспроводной измеритель 9 температуры может измерять температуру окружающей среды, например воздуха, так как чувствительный элемент 23 расположен в торце открытого отверстия 21 хвостовика 8.
Устройство работает следующим образом. Для измерения температуры теплоносителя, протекающего в трубе, устройство устанавливают либо на трубе, либо на переходнике трубы, при этом сначала закрепляют капсулу 1 любым известным способом - пайкой, сваркой, хомутами, затем в капсулу ввинчивают беспроводной измеритель 9 температуры. При прохождений теплоносителя внутри трубы он омывает, т.е. соприкасается с капсулой, при этом температура капсулы соответствует температуре теплоносителя. Эту же температуру будет иметь и расположенный в капсуле чувствительный элемент 23 электронного модуля 13, сигнал от которого поступает на электронную схему беспроводного измерителя температуры и по радиоканалу связи передается на индикатор температуры и (или) вычислитель тепловой энергии (на чертеже не показаны), где, используя данные о расходе теплоносителя и его температуры, рассчитывается потребляемая тепловая энергия.
Наличие основания 14, соединенного посредством перешейка 17 с основной подложкой платы 19, исключает теплонатекание из внешней среды на хвостовик 8 и обратно.
Предложенные конструкция устройства для измерения температуры теплоносителя и беспроводного измерителя температуры просты как в изготовлении, так и в эксплуатации. Данное устройство изготовлено, апробировано и показало надежную работу в отопительных системах.