ТЕРМОКОСА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к термометрии, а именно к датчикам температуры, и предназначена для одновременного измерения температуры в нескольких точках объекта, расположение которых определяется конструкцией объекта, а также предназначена для полевого определения температуры грунтов, где требуется получить конкретные данные о температуре мерзлых, промерзающих и протаивающих грунтов.
Уровень техники
Известно устройство для исследования скважин градиент-термометром. Устройство содержит два одинаковых последовательно соединенных и размещенных вдоль оси скважины на заданном расстоянии термочувствительных резистора, первый и второй. К верхнему концу первого резистора подключен источник питания и третий постоянный резистор, а к нижнему концу второго резистора подключен источник питания и четвертый постоянный резистор; между точками соединения третьего и четвертого постоянных резисторов и первого и второго термочувствительных резисторов включен регистрирующий прибор. Резисторы третий и четвертый являются балансировочными. Регистрируется разность температур между первым и вторым термочувствительными резисторами [1].
Недостатком такого устройства является наличие балансировочных резисторов, нарушающих баланс при значительных изменениях температуры, и регистрация лишь одной составляющей поля температуры - вдоль оси скважины.
Известно устройство для теплового каротажа скважин, содержащее три одинаковых размещенных вдоль оси скважины на заданном расстоянии термочувствительных датчика для измерения второй разности температуры, первый, второй и третий. Термочувствительные датчики идентичны и включают в себя по четыре одинаковых термочувствительных резистора, объединенных в термочувствительные мосты. Разность разбалансов термочувствительных мостов пропорциональна второй разности температуры, а сумма их разбалансов - первой разности; также все термочувствительные резисторы служат для измерения абсолютной температуры среды, в которой находится зонд. Первая разность температур зависит как от постоянного изменения температуры по стволу скважины, так и от ее локальных изменений. Вторая разность температур зависит только от локальных изменений температуры. [2]
Недостатком устройства являются узкая область применения, низкая точность измерения, избыточность оборудования, использование косвенных методов измерения одной зависимости от другой.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является устройство для мониторинга температур в протяженном объекте, содержащее термоподвеску, состоящую из последовательно расположенных датчиков температуры, размещенных в защитном кожухе небольшого диаметра, управляющий микроконтроллер, преобразователь сигналов, энергонезависимое запоминающее устройство, часы реального времени, решающее устройство, блок задания начальных параметров, встроенный источник питания, и интерфейс передачи данных, а также снабженное уплотнением, предназначенным для исключения попадания окружающего воздуха в скважину во время проведения измерений. Кожух выполнен в виде съемной полимерной толстостенной оболочки самонесущего кабеля. [3]
Недостатком устройства являются - большое время термической реакции из-за наличия полимерной толстостенной оболочки, в которой расположена термоподвеска, а также низкая герметичность термоподвески при отсутствии полимерной толстостенной оболочки, которая приводит к отказу устройства в условиях повышенной пыли и влаги.
Сущность полезной модели
Настоящая полезная модель направлена на создание термокосы (см. приложение 1), представляющей собой устройство для многозонного измерения температуры, в которой преодолевались бы недостатки уровня техники.
С помощью настоящей полезной модели достигается технический результат, состоящий в снижении времени термической реакции, повышении точности измерения и надежности, а также в возможности расширенного диапазона использования.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предложена термокоса, содержащая последовательно расположенные датчики температуры, соединенные между собой гибким кабелем, обеспечивающим электрическое соединение датчиков температуры и возможность расширенного диапазона использования термокосы, разъем для подключения к устройству считывания, хранения, обработки и отображения данных, при этом каждый датчик температуры заключен в защитный корпус.
Особенность заявленной термокосы состоит в том, что датчик температуры представляет собой электронный узел или цифровой датчик, которые могут быть заключены в защитную полимерную оболочку. При этом электронный узел может состоять из печатной платы и расположенных на ней электронных компонентов.
Еще одна особенность заявленной термокосы состоит в том, что кабель может быть выполнен в металлической оболочке с минеральной изоляцией или в полимерной оболочке. При этом полимерная оболочка может быть как кремнеорганической, так и поливинилхлоридной, так и политетрафторэтиленовой, так и резиновой, так и полиэтиленовой.
Также, еще одна особенность заявленной термокосы состоит в том, что защитный корпус датчика температуры может быть выполнен из металла или термопластичной пластмассы. При этом защитный корпус может иметь круглое поперечное сечение или в виде правильного многоугольника. Металлический защитный корпус может быть снабжен по краям резиновыми или кремнеорганическими полимерными втулками, и может совместно с кабелем и втулками скрепляться с помощью уплотнения и деформации по контуру для обеспечения герметичности конструкции.
А также, еще одна особенность заявленной термокосы состоит в том, что последний датчик температуры имеет устройство для крепления груза, обеспечивающее выпрямление термокосы в вертикальном положении.
Краткое описание чертежей
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых одинаковые или сходные элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями.
Фиг.1 представляет вид сбоку термокосы по настоящей полезной модели.
Фиг.2 показывает защитный корпус в разрезе по фиг.1.
Подробное описание осуществления полезной модели
Термокоса по настоящей полезной модели может быть реализована в различных вариантах осуществления.
Однако во всех этих вариантах термокоса, как показано на фиг.1 содержит датчики температуры 1, каждый из которых заключен в защитный корпус 2 (см. фиг.2), соединенные между собой гибким кабелем 3, разъем 4 для подключения к устройству считывания, хранения, обработки и отображения данных.
Датчик температуры 1 может представлять собой электронный узел 6 или цифровой датчик 6, которые могут быть заключены в защитную полимерную оболочку 8, обеспечивающую дополнительную герметичность конструкции (см. фиг.2). Электронный узел 6 может состоять из печатной платы и расположенных на ней электронных компонентов. При этом выводы 7 кабеля 3 могут быть соединены с печатной платой или цифровым датчиком при помощи пайки.
Кабель 3 может быть выполнен в металлической оболочке с минеральной изоляцией, например, кабель термопарный с минеральной изоляцией в стальной оболочке с медными жилами (КТМСМ). Возможно также выполнение кабеля 3 в полимерной оболочке, например, в кремнеорганической, в поливинилхлоридной, в политетрафторэтиленовой, в резиновой, в полиэтиленовой.
Защитный корпус 2 может быть изготовлен из металла и скреплен совместно с кабелем 3 и втулками 5 (см. фиг.2) с помощью уплотнения и деформации по контуру для обеспечения герметичности конструкции, например, методом завальцовки. Втулки 5, расположенные по краям защитного корпуса 2, могут быть резиновые или кремнеорганическими полимерными. Втулки 5 обеспечивают герметичность конструкции и электрических соединений. Возможно также изготовление защитного корпуса 2 из термопластичной пластмассы методом литья под давлением с одновременной опрессовкой кабеля.
Форма поперечного сечения защитного корпуса 2 может быть в виде круга или правильного многоугольника.
Последний датчик температуры 1 может иметь устройство для крепления груза (на чертеже не показано), обеспечивающее распрямление термокосы в вертикальном положении.
Термокоса осуществляет одновременное измерение температуры в нескольких точках объекта, расположение которых определяется конструкцией объекта, на различных расстояниях с определенным шагом при помощи устройства считывания, хранения, обработки и отображения данных.
В качестве объекта могут быть трубопроводы, протяженные объекты, например, любые скважины в различных грунтах, как в мерзлых, так и в промерзающих и протаивающих.
Термокоса по настоящей полезной модели может работать следующим образом.
Термокоса размещается в объекте, разъем располагается в доступном для подключения его к устройству считывания, хранения, обработки и отображения данных месте. Датчики температуры измеряют температуру объекта, преобразуют измеренный сигнал в цифровой вид, при этом каждый датчик температуры содержит поправочный коэффициент и маркировку. Результаты измерения и поправочные коэффициенты с датчиков температуры поступает на устройство считывания, хранения, обработки и отображения данных, где происходит считывание и обработка полученных данных, и передача их на индикатор устройства считывания, хранения, обработки и отображения данных и персональный компьютер при помощи соответствующей программы.
Питание термокосы осуществляется от устройства считывания, хранения, обработки и отображения данных.
Таким образом, термокоса по настоящей полезной модели обеспечивает заявленный технический результат, поскольку наличие защитного корпуса у каждого датчика температуры позволяет получать снижение времени термической реакции. Наличие поправочного коэффициента в каждом датчике температуры приводит к повышению точности измерения. Использование же гибкого кабеля, втулок и скрепления их с защитным корпусом с помощью уплотнения и деформации по контуру повышает надежность, герметичность конструкции, а также дает возможность расширенного диапазона использования термокосы.
Хотя настоящая полезная модель описана и показана на сопроводительных чертежах своими примерными вариантами осуществления, это описание и чертежи являются чисто иллюстративными. Специалистам понятно, что можно сделать различные модификации, дополнения и уточнения без отхода от сущности и объема настоящей полезной модели, выраженные в приложенной формуле полезной модели с учетом эквивалентов.
Источники информации
1. Позин Л.З. Исследование скважин градиент-термометром. Разведочная и промысловая геофизики. - М., Гостоптехиздат, 1969.
2. П. №2314416, Е21В 47/06, G01K 7/20, «Устройство для теплового каротажа скважин», опубл. 2008 г.
3. П. №75692, Е21В 47/12, G01K 7/14, «Устройство для мониторинга температур в протяженном объекте», опубл. 2008 г.
Приложение 1
Применяемость термина «термокоса»:
1. thermistor chain - гирлянда терморезисторов, термокоса
(Большой англо-русский политехнических словарь / Под редакцией проф. В.В.Бутника: В 3 тт. - Более 600 000 терминов. - М.: «ЭТС», 1999. - Т.3).
2. Научный журнал «Криосфера Земли», 2006, т.X, №4, с.12
А.В.Павлов «Оценка погрешностей измерений температуры грунтов в неглубоких скважинах в условиях сплошной криолитозоны».
3. http://www.ikz.ru/biblioteka/materialy-konferencii/folder.2009-11-19.2752593878
Материалы Международной конференции "Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения" (Тюмень, 2008 г., с.147).
4. http://www.securpress.ru/model.php?m=38&c=121
5. http://www.dorip.ru/cat/cat8.htm