ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛА ВАЛКА
MEASURING DEVICE FOR DETERMINATION OF SURFACE TEMPERATURE OF ROLL BODY

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к измерительному устройству для определения температуры поверхности тела валка. Такое измерительное устройство вставляется в отверстие в теле валка. Измерительное устройство имеет, кроме того, по меньшей мере первый датчик температуры и второй датчик температуры.
Подобное измерительное устройство описано, например, в публикации WO 2014/195309 А1. Описанное в этой публикации измерительное устройство имеет печатную плату, на которой для возможности получения результатов измерения по всей длине валка расположено с отступом друг от друга несколько датчиков. Для этого измерительное устройство помещают в соответствующее отверстие в теле валка и заливают в этом отверстии впрыскиваемой под давлением пластмассой. В качестве датчиков могут использоваться, например, датчики температуры, позволяющие регистрировать значения температуры поверхности валка. На основании зарегистрированных значений температуры можно, например, контролировать опоры валков или же получать сведения о технологических параметрах в процессе обработки материала на валковом оборудовании.
Раскрытие изобретения
Прототипом изобретения является измерительное устройство для определения температуры поверхности тела валка. Такое измерительное устройство вставляется в отверстие в теле валка. Измерительное устройство имеет, кроме того, по меньшей мере первый датчик температуры и второй датчик температуры. Сущность изобретения состоит в том, что измерительное устройство имеет монтажный стержень, на котором расположены по меньшей мере первый и второй датчики температуры с отступом друг от друга в его осевом направлении и который имеет с каждой стороны датчика температуры в осевом направлении по опорному элементу. При этом монтажный стержень выполнен пружинящим между этими опорными элементами таким образом, что обеспечивается возможность поджатия каждого из датчиков температуры к внутренней стенке отверстия с определенным прижимным усилием. Преимущество такого решения состоит в возможности определения температуры измерительным устройством по всей длине поверхности тела валка. При этом разрешающая способность измерительного устройства и тем самым точность выполняемых им измерений зависят от количества датчиков и расстояния между ними. Благодаря создаваемому прижимному усилию возможен надежный механический контакт между датчиками температуры и внутренней стенкой отверстия. Тем самым, во-первых, удается компенсировать неровности отверстия, которые могут появляться, например, при его сверлении, а во-вторых, обеспечивается возможность надежного измерения температуры даже несмотря, например, на вибрации при работе валка. Объясняется это тем, что надежный механический контакт между датчиками температуры и внутренней стенкой отверстия равносилен надежной термической связи между внутренней стенкой отверстия, которая имеет приблизительно температуру поверхности тела валка, и соответствующим датчиком температуры. Кроме того, измерительное устройство может благодаря создаваемому прижимному усилию и благодаря соответствующим опорным элементам, действующим в качестве контрупора, надежно фиксироваться в отверстии, сохраняя свое положение даже при работе валка.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения монтажный стержень выполнен по меньшей мере между опорными элементами из стали, прежде всего пружинной стали. Преимущество данного варианта состоит в том, что сталь обладает подходящей жесткостью для того, чтобы обеспечить возможность простой вставки измерительного устройства в отверстие, но вместе с тем обладает и соответствующей необходимой податливостью для того, чтобы создавать совместно с опорными элементами в смонтированном состоянии измерительного устройства достаточное прижимное усилие, действующее на датчик температуры.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения опорные элементы выполнены из стали и/или пластмассы. Преимущество данного варианта состоит в возможности простого изготовления подобных опорных элементов с невысокими затратами, например литьем под давлением.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения измерительное устройство имеет блок беспроводной связи, блок энергоснабжения и блок обработки, которые расположены в гильзе, которая прикреплена к монтажному стержню с торцевой стороны на одном его конце. Преимущество данного варианта состоит в том, что подобная гильза снаружи защищает электронные компоненты от воздействия внешних факторов. Благодаря этому удается продлить срок службы измерительного устройства.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения гильза выполнена в виде опорного элемента. Преимущество данного варианта состоит в возможности отказаться от применения одного из опорных элементов на конце монтажного стержня, если гильза в любом случае уже предусмотрена и имеет соответствующее исполнение.
В еще одном предпочтительном варианте гильза имеет первое поперечное сечение и выполнена таким образом, что это первое поперечное сечение соответствует второму поперечному сечению, которое имеет отверстие. Преимущество данного варианта состоит в том, что гильза плотно, соответственно герметично закрывает собой отверстие. Благодаря этому удается, например, защитить датчики температуры от попадания на них грязи и влаги извне.
В еще одном предпочтительном варианте по меньшей мере первый датчик температуры или же также второй датчик температуры имеет пружинный контакт и термочувствительный элемент и выполнен при этом таким образом, что возможна передача температуры от внутренней стенки отверстия посредством пружинного контакта термочувствительному элементу. Преимущество данного варианта состоит в достижении двойного подпружинивающего действия, создаваемого, во-первых, монтажным стержнем и, во-вторых, пружинным контактом. Благодаря этому удается дополнительно улучшить механический контакт между датчиками температуры и внутренней стенкой отверстия. Помимо этого благодаря этому удается продлить срок службы датчиков температуры, поскольку пружинный контакт позволяет снизить механические нагрузки, исходящие от места контакта между внутренней стенкой отверстия и датчиком температуры. Подобные механические нагрузки могли бы в противном случае привести, например, к образованию трещин в печатной плате датчика температуры и тем самым к его выходу из строя.
В еще одном предпочтительном варианте пружинный контакт имеет пружинный элемент, который выполнен винтовым или S-образным. Преимущество данного варианта состоит в возможности изготовления подобного пружинного элемента малозатратным и простым путем.
В еще одном предпочтительном варианте пружинный контакт имеет дополнительно контактный элемент и направляющий элемент, при этом пружинный элемент расположен между контактным элементом и термочувствительным элементом, а направляющий элемент выполнен таким образом, что он служит направляющей для контактного элемента. Преимущество данного варианта состоит в том, что направляющий элемент позволяет соответствующим образом согласовывать направление подпружинивающего действия для достижения надежной механической связи между контактным элементом и внутренней стенкой отверстия. Помимо этого контактный элемент позволяет улучшить тепловую связь в направлении от внутренней стенки отверстия к пружинному элементу, а тем самым и к датчику температуры.
Чертежи
На фиг. 1 показано выполненное по одному из вариантов предлагаемое в изобретении измерительное устройство для определения температуры поверхности тела валка.
На фиг. 2 показано выполненное по представленному на фиг. 1 варианту предлагаемое в изобретении измерительное устройство для определения температуры поверхности тела валка во вставленном в отверстие в теле валка состоянии.
На фиг. 3 показан выполненный по одному из вариантов предлагаемый в изобретении датчик температуры, которым оснащено предлагаемое в изобретении измерительное устройство.
На фиг. 4 показан выполненный по представленному на фиг. 3 варианту датчик температуры, которым оснащено предлагаемое в изобретении измерительное устройство, в его вставленном в отверстие в теле валка состоянии.
Описание вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1 показано выполненное по одному из вариантов предлагаемое в изобретении измерительное устройство для определения температуры поверхности (тела) валка. На данном чертеже представлено измерительное устройство 10, которое имеет первый датчик 21 температуры, второй датчик 22 температуры, а также другие датчики 20 температуры. Кроме того, измерительное устройство 10 имеет монтажный стержень 15. Датчики 20, 21 и 22 температуры расположены на этом монтажном стержне 15 с отступом друг от друга в его осевом направлении. Помимо этого монтажный стержень 15 имеет опорные элементы 30, которые также в осевом направлении монтажного стержня расположены по обе стороны каждого датчика 20, 21 и 22 температуры. Измерительное устройство 10 имеет далее гильзу 40, которая прикреплена с торцевой стороны к монтажному стержню 15 на одном его конце 16. В этой гильзе 40 расположены блок 46 обработки (данных), блок 42 беспроводной связи и блок 44 энергоснабжения. Блок 46 обработки может представлять собой, например, микроконтроллер. Блок 46 обработки не показанным на чертеже кабелем, например магистральной шиной, соединен с датчиками 20, 21 и 22 температуры для возможности регистрации значений температуры от каждого из них. Помимо этого блок 46 обработки соединен с блоком 42 связи и предназначен для передачи посредством него зарегистрированных значений температуры. Блок 42 связи может представлять собой, например, блок связи по технологии "Bluetooth" или блок связи по беспроводной локальной сети (WLAN). Дополнительно к этому блок 46 обработки, равно как и блок 42 связи соединены с блоком 44 энергоснабжения. Блок 44 энергоснабжения может представлять собой, например, накопитель энергии, такой как батарея или аккумулятор. Альтернативно этому или же в сочетании с этим блок 44 энергоснабжения может быть выполнен в виде так называемого сборщика ("харвестера") энергии ("energy harvesting unit"), соответственно может получать энергию путем ее подвода извне, например индуктивным путем.
В альтернативном, не представленном на чертежах варианте измерительное устройство дополнительно может иметь еще по меньшей мере один датчик ускорения. На основании значений ускорения, зарегистрированных таким датчиком ускорения, затем можно делать вывод, например, о рабочем состоянии и продолжительности работы валка или же о состоянии его опор, таком, например, как наличие дисбаланса.
На фиг. 2 показано выполненное по представленному на фиг. 1 варианту предлагаемое в изобретении измерительное устройство для определения температуры поверхности тела валка во вставленном в отверстие в теле валка состоянии. На данном чертеже представлено тело 1 валка. Тело 1 валка имеет ось 3 вращения, поверхность 6, а также торцовую сторону 7. На торцовой стороне 7 тело 1 валка имеет отверстие 4. Подобное отверстие 4 может представлять собой, например, сверленое отверстие. Отверстие 4 проходит прежде всего параллельно оси 3 вращения тела 1 валка. При этом для предельно точного определения температуры поверхности 6 тела валка отверстие 4, кроме того, расположено максимально близко к поверхности 6 тела валка, поскольку благодаря этому температуре поверхности 6 тела валка приблизительно соответствует температура внутренней стенки 5 отверстия 4. В отверстие 4 вставлено измерительное устройство 10, например, выполненное по показанному на фиг. 1 варианту. При этом монтажный стержень 15 выполнен пружинящим между опорными элементами 30 таким образом, что каждый из датчиков 20, 21 и 22 температуры поджимается к внутренней стенке 5 отверстия 4 с определенным прижимным усилием F. Опорные элементы 30 действуют при этом как контрупор в направлении, противоположном направлению прижимного усилия F. Тем самым вставленное в отверстие в теле валка измерительное устройство 10 благодаря подобному своему конструктивному исполнению самостоятельно стабилизируется в этом отверстии, при этом монтажный стержень 15 волнообразно упруго деформирован. Прижимное усилие F можно регулировать, во-первых, варьированием жесткости монтажного стержня 15, а во-вторых, варьированием расстояния между опорными элементами 30. Измерительное устройство 10 вставлено в отверстие 4 прежде всего таким образом, что датчики 20, 21 и 22 температуры прижимаются в направлении поверхности 6 тела валка, а опорные элементы 30, соответственно, - в направлении оси 3 вращения тела 1 валка. Кроме того, гильза 40 измерительного устройства 10 выполнена таким образом, что она служит опорным элементом 30 для первого датчика 21 температуры. Помимо этого гильза 40 выполнена таким образом, что она полностью заполняет собой отверстие 4, т.е. прежде всего первое поперечное сечение гильзы 40 соответствует второму поперечному сечению отверстия 4. Гильза 40 прежде всего располагается заподлицо с торцовой стороной 7 тела 1 валка и тем самым герметизирует отверстие 4 относительно внешнего пространства. В еще одном, не представленном на чертежах варианте может быть предусмотрена также заглушка, закрывающая отверстие 4.
На фиг. 3 показан выполненный по одному из вариантов предлагаемый в изобретении датчик температуры, которым оснащено предлагаемое в изобретении измерительное устройство. Датчик 20, 21 или 22 температуры согласно приведенному на фиг. 1 изображению расположен на монтажном стержне 15. Датчик температуры 20, 21 или 22 имеет корпус 29, наличие которого не является строго обязательным. В корпусе 29 расположена печатная плата 23, на которой в свою очередь расположен термочувствительный элемент 24. Кроме того, на печатной плате 23 может, например, располагаться интегрированная с ней не показанная на чертежах схема обработки сигналов, которая выполнена, например, в виде подключаемого к шине микроконтроллера с индивидуальным идентификатором. Термочувствительный элемент 24, например платиновый измерительный резистор (платиновый термометр сопротивления), соединен пружинным (или упругим) элементом 26 с контактным элементом 27. Пружинный элемент 26 выполнен винтовым. Однако альтернативно этому возможно также выполнение пружинного элемента 26 S-образным. Контактный элемент 27 и пружинный элемент 26 совместно с направляющим элементом 28 образуют пружинный контакт 25. При этом направляющий элемент 28 выполнен таким образом, что он служит направляющей для контактного элемента 27, который вследствие этого может перемещаться исключительно вдоль оси Z перпендикулярно плоскости печатной платы 23. Вдоль этой оси Z направлено также обозначенное на фиг. 2 прижимное усилие F.
На фиг. 4 показан выполненный по представленному на фиг. 3 варианту датчик температуры, которым оснащено предлагаемое в изобретении измерительное устройство, в его вставленном в отверстие в теле валка состоянии. На данном чертеже представлен датчик 20, 21 или 22 температуры, изображенный на фиг. 3. Под действием прижимного усилия F, которое создается монтажным стержнем 15 и не показанными на чертеже опорными элементами 30, датчик 20, 21 или 22 температуры поджимается к внутренней стенке 5 отверстия 4. Благодаря этому контактный элемент 27 пружинного контакта 25 прилегает к внутренней стенке 5 отверстия, соответственно контактирует с ней и может передавать от нее температуру через пружинный элемент 26 термочувствительному элементу 24. По этой причине в первую очередь контактный элемент 27 и пружинный элемент 26 должны быть выполнены из материала с хорошей теплопроводностью.
В альтернативном, не представленном на чертежах варианте пружинный контакт 25 образован только пружинным элементом 26, который передает температуру от внутренней стенки 5 отверстия 4 непосредственно термочувствительному элементу 24.