CN104792426A - 一种多源自供电无线测温系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种多源自供电无线测温系统及方法，属于自动测温技术领域，该系统的测温探头安放在需要测温位置由固定座固定，适应多种严苛空间狭小的工作条件；系统的电源根据热电效应/光电效应等获取电能，供应给信号处理器和无线发射装置，且维持上述装置稳定，工作剩余的电能储存于蓄电池内，超出蓄电能力的部分给冷端冷却系统供电，既可以单独使用热电，太阳能、风能可以工作，又可以同时使用热电和太阳能，更好的利用现场的光和热，提高效率，此外，由于风扇根部处的温度高，尖端温度低，形成该区域空气自然对流推动转子转动，并且温度升高后电力增加，当电池充满后多余的电力会用来加速风扇旋转，加速散热，保证冷端温度，达到良好的精度。

Description

一种多源自供电无线测温系统及方法

技术领域

本发明属于自动测温技术领域，具体涉及一种多源自供电无线测温系统及方法。

背景技术

目前，测温设备很多，无线测温设备也有不少产品，但这些产品的电力供应都是需要电池等设备供应，存在定期更换等问题，不便于安装、放置，无法在空间狭小、温度高、线路复杂的工况使用。

目前，公开的文本中用申请号为：200810022017.1的中国专利“无线测温系统”，公开了一种无线测温系统，包括测温探头，处理器及无线发射与接受设备，测温部分电源为高能长效电池或电磁感应方法通过被测物体周围磁场变化获得能量，对一些工况测温设备安装好后很难再拆卸，而电磁感应的方法对于一些不导电的情况也无法使用，因此该设备存在测温部件没有电源无法工作的情况，无法体现无线传输的优点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种多源自供电无线测温系统及方法，以达到通过自供电系统满足无电源的情况对系统供电，通过固定座安装于测温位置，通过无线设备将数据传送到终端设备，满足稳定准确测温要求的目的。

一种多源自供电无线测温系统，包括测温装置和接收端；所述的测温装置与接收端之间通过无线网络相连接；

所述的测温装置包括固定座、外壳、绝缘套管、测温探头、热电模块、太阳能电池板、信号处理器、无线发射装置、蓄电池、热管和冷却风扇；

所述的外壳的内部以热管为分界处分为数据处理腔体和测温腔体；所述的数据处理腔体内壁固定设置有信号处理器、无线发射装置和蓄电池；所述的测温腔体内部设置有绝缘套管和测温探头，且热电模块设置为测温腔体的底板，所述的绝缘套管穿过热电模块的中心孔，测温探头穿过绝缘套管与外部被测对象相接触，且测温探头的尾端穿过热管与信号处理器相连接；

所述的外壳底端外侧与固定座固定连接，且在热管对应的外壳外侧固定设置有冷却风扇，在冷却风扇与固定座之间的外壳外侧固定设置有太阳能电池板。

所述的热电模块和太阳能电池板用于对信号处理器、无线发射装置和蓄电池进行供电。

所述的固定座采用吸盘或固定钉或根据实际需求，采用3D打印的方式形成固定件。

所述的冷却风扇，其根部接收热管传递的热量，使其尖端与根部区域空气形成自然对流，实现风扇自行转动。

采用多源自供电无线测温系统进行的测温方法，包括以下步骤：

步骤1、将热电模块与被测对象上表面相贴合，热电模块吸收被测对象上表面的温度，使热电模块上端与下端形成温度差值，产生电压，为信号处理器和无线发射装置供电；并采用太阳能电池板将太阳光辐射能转换为电压，为信号处理器和无线发射装置供电；同时采用测温探头采集被测对象的温度，并发送至信号处理器进行模数转换形成电压信号，再通过无线发射装置将电压信号发送至接收端；

步骤2、信号处理器判断热电模块和太阳能电池板产生的电压是否满足信号处理器和无线发射装置的使用，若是，则执行步骤3，否则，返回执行步骤1；

步骤3、将热电模块和太阳能电池板产生的多余电量存储至蓄电池中；

步骤4、信号处理器判断蓄电池是否充满，若是，则执行步骤5，否则返回执行步骤3；

步骤5、将热电模块和太阳能电池板产生的多余电量供给冷却风扇，加速冷却风扇的转动；

步骤6、接收端根据测温探头所采用的型号，将电压信号转换成温度信号；

步骤7、通过人工测量的方式，测量被测对象上不同测量点的三维坐标，并在接收端中形成三维空间数据；

步骤8、在接收端中显示不同测温点的电压信号随时间的变化曲线，或不同测温点的温度信号随时间的变化曲线，或温度随时间在空间上分布的等温曲线；

步骤9、判断是否有电压信号或温度信号异常，即电压信号超过设定范围，或温度信号超出设定范围，若有异常，则在接收端发出报警信号，提示工作人员，否则，返回执行步骤1直至所有测量点均测温完成。

本发明优点：

本发明提出一种多源自供电无线测温系统及方法，该系统的测温探头安放在需要测温位置由固定座固定，适应多种严苛空间狭小的工作条件；系统的电源根据热电效应/光电效应等获取电能，供应给信号处理器和无线发射装置，且维持上述装置稳定，工作剩余的电能储存于蓄电池内，超出蓄电能力的部分给冷端冷却系统供电，既可以单独使用热电，太阳能、风能可以工作，又可以同时使用热电和太阳能，更好的利用现场的光和热，提高效率，系统的电源根据热电效应/光电效应等获取电能，主流热电元件和太阳能电池板的效率分别为6～12％和16～20％，并各自利用不同波长的能量，因此两者结合可以充分利用不同波长的能量，增加发电效率，优化供电的结构，并且太阳能电池板可以遮挡热源对设备尾部的影响，降低冷端温度，提高测量精度，此外，由于风扇根部处的温度高，尖端温度低，形成该区域空气自然对流推动转子转动，并且温度升高后电力增加，当电池充满后多余的电力会用来加速风扇旋转，加速散热，保证冷端温度，达到良好的精度；系统内部的接口可同时连接多个不同型号热电偶，在接口对热电偶进行编号并定义型号，并通过手动或自动定位确定测温点的空间坐标，接收端存储原始电压信号，并根据对应型号的关系式将电压信号转换成温度数据，根据空间坐标及时间方便获得温度空间和时间的分布，综上所述，该系统结构小巧，便于安装，不需外供电源长期工作在严苛狭小的条件下，可以进行远距离传输温度数据。

附图说明

图1为本发明一种实施例的多源自供电无线测温系统结构示意图；

图2为本发明一种实施例的测温装置内部信号处理器电路原理图；

图3为本发明一种实施例的接收端内部电路原理图；

图4为本发明一种实施例的采用多源自供电无线测温系统进行的测温方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。

本发明实施例中，如图1所示，多源自供电无线测温系统包括测温装置和接收端7；所述的测温装置与接收端7之间通过无线网络相连接；本实施例中的接收端7采用计算机主机，计算机主机还可以将信息发送至PC机或手机中；

如图1所示，本发明实施例中，测温装置包括固定座11、外壳1、绝缘套管2、测温探头3、热电模块4、太阳能电池板4′、信号处理器5、无线发射装置6、蓄电池8、热管9和冷却风扇10；

本发明实施例中，固定座11采用吸盘或固定钉或根据实际需求，采用3D打印的方式形成固定件；外壳1由内径10mm，壁厚1mm PVC制成，PVC材料可以隔绝温度，且价格便宜；外壳1采用圆筒型结构；测温探头3采用传统热电偶，包括：K型、N型、E型、J型、T型、S型、R型、B型、钨铼5-钨铼26型和钨铼3-钨铼25型；热电模块4采用TEG1-199-1.4-0.5型号热电元件热电材料，适应从室温到200℃的环境，本实施例中，热电模块4为高度5mm的环形结构；太阳能电池板4′为环形，采用主流多晶硅电池板CFDZ90*；信号处理器5采用AT89C51型号的处理器，无线发射装置6采用NRF24L01型号；蓄电池8采用JS14500电池3.7V；热管9金属无缝铜管；冷却风扇10采用铜或不锈钢制骨架，多孔结构耐热塑料叶片，根据需要可用耐火材料包裹；

如图1所示，本发明实施例中，外壳1的内部以热管9为分界处分为数据处理腔体和测温腔体；所述的数据处理腔体内壁固定设置有信号处理器5、无线发射装置6和蓄电池8；所述的测温腔体内部设置有绝缘套管2和测温探头3，且热电模块4设置为测温腔体的底板，所述的绝缘套管2穿过热电模块4的中心孔，测温探头3穿过绝缘套管2(用于保护测温探头3)与外部被测对象相接触，且测温探头3的尾端穿过热管9与信号处理器5相连接；所述的外壳1底端外侧与固定座11固定连接，且在热管9对应的外壳1外侧固定设置有冷却风扇10，冷却风扇10通过热管9将传导到冷端的温度传递给风扇后散入空气中，降低冷端温度提高测温精度并冷却其他部件保证部件安全工作；在冷却风扇10与固定座11之间的外壳1外侧固定设置有太阳能电池板4′；所述的热电模块4和太阳能电池板用于对信号处理器5、无线发射装置6和蓄电池8进行供电；所述的冷却风扇10，其根部接收热管9传递的热量，使其尖端与根部区域空气形成自然对流，实现风扇自行转动。

如图2所示，本发明实施例中，TC1热电偶测温探头引出线接在信号放大器MAX6675芯片2、3引脚上，经放大的信号通过AT89C51型号处理器的26、27、28引脚接收并寄存。芯片接脚10～15接到NRF24L01型号无线发射模块；

如图3所示，本发明实施例中，在接收端中采用AT89C51型号处理器，处理器的21、22、23引脚连接LCD1602型液晶显示器的4、5、6引脚，芯片接脚10～15接到NRF24L01型号无线发射模块；

本发明实施例中，采用多源自供电无线测温系统进行的测温方法，方法流程图如图4所示，包括以下步骤：

步骤1、将热电模块与被测对象上表面相贴合，热电模块吸收被测对象上表面的温度，使热电模块上端与下端形成温度差值，产生电压，为信号处理器和无线发射装置供电；并采用太阳能电池板将太阳光辐射能转换为电压，为信号处理器和无线发射装置供电；同时采用测温探头采集被测对象的温度，并发送至信号处理器进行模数转换形成电压信号，再通过无线发射装置将电压信号发送至接收端；

本发明实施例中，接收端记录随时间变化的电压信号和每个测温设备物理地址形成原始文件，方便查询；且将上述信息按唯一的物理地址在接收端进行通道分配；获得唯一对应的通道和编号；

步骤2、信号处理器判断热电模块和太阳能电池板产生的电压是否满足信号处理器和无线发射装置的使用，若是，则执行步骤3，否则，返回执行步骤1；

本发明实施例中，电压为2.1～3.6V时，可以满足信号处理器和无线发射装置的使用；

步骤3、将热电模块和太阳能电池板产生的多余电量存储至蓄电池中；

步骤4、信号处理器判断蓄电池是否充满，若是，则执行步骤5，否则返回执行步骤3；

本发明实施例中，电压为3.6～5V时，蓄电池充满；

步骤5、将热电模块和太阳能电池板产生的多余电量供给冷却风扇，加速冷却风扇的转动；

步骤6、接收端根据测温探头所采用的型号，将电压信号转换成温度信号；

本发明实施例中，在接收端的主机上定义测温热电偶的型号，按照不同型号匹配计算公式，将电压信号转换成温度；

步骤7、通过人工测量的方式，测量被测对象上不同测量点的三维坐标，并在接收端中形成三维空间数据；

本发明实施例中，通过手动输入方式，在接收端的主机上给出测温点按照笛卡尔坐标给出三维空间数据，对多个测温点可根据需要设定参照的起始位置；

步骤8、在接收端中显示不同测温点的电压信号随时间的变化曲线，或不同测温点的温度信号随时间的变化曲线，或温度随时间在空间上分布的等温曲线；

本发明实施例中，将采集的数据转换成温度与时间的数据，并按物理地址和编号，与测温点空间位置、及热电偶型号生成最终的文件；根据上述信息，可以在接收端屏幕根据需要显示出每个测温点电压与时间的曲线或温度与时间的曲线；在多点测温模式下，可以根据对应的测温点空间信息，获得空间上温度的分布如等温线。

步骤9、判断是否有电压信号或温度信号异常，即电压信号超过设定范围，或温度信号超出设定范围，若有异常，则在接收端发出报警信号，提示工作人员，否则，返回执行步骤1直至所有测量点均测温完成。

本发明实施例中，对于热电偶在测温过程出现故障的情况，损坏或接触不良如短路或断路(如果高温和机械振动造成的断路或插口松开)，所获得的不正常的电压信号，在接收端出发警报，并根据问题类型显示文字和声音，提醒工作人员及时检查更换。

本发明实施例中，不同型号的热电偶对应的电压信号设定值分别为：

K型＞54.807；N型＞47.513；E型＞76.358；J型＞69.536；T型＞17.816；S型＞17.826；R型＞21.003；B型＞13.814；钨铼5-钨铼26型＞37.015；钨铼3-钨铼25型＞39.453或任何型号出现负值；单位，mv，当上述情况发生时，为异常状况；

本发明实施例中，不同型号的热电偶对应的温度信号设定值分别为：

K型＞1300；N型＞1300；E型＞1000；J型＞1200；T型＞300；S型＞1600；R型＞1700；B型＞1800；钨铼5-钨铼26型＞2300；钨铼3-钨铼25型＞2300，或任何型号出现负值，单位：℃，当上述情况发生时，为异常状况。

Claims (5)

1.一种多源自供电无线测温系统，其特征在于，包括测温装置和接收端；所述的测温装置与接收端之间通过无线网络相连接；

所述的测温装置包括固定座、外壳、绝缘套管、测温探头、热电模块、太阳能电池板、信号处理器、无线发射装置、蓄电池、热管和冷却风扇；

所述的外壳的内部以热管为分界处分为数据处理腔体和测温腔体；所述的数据处理腔体内壁固定设置有信号处理器、无线发射装置和蓄电池；所述的测温腔体内部设置有绝缘套管和测温探头，且热电模块设置为测温腔体的底板，所述的绝缘套管穿过热电模块的中心孔，测温探头穿过绝缘套管与外部被测对象相接触，且测温探头的尾端穿过热管与信号处理器相连接；

所述的外壳底端外侧与固定座固定连接，且在热管对应的外壳外侧固定设置有冷却风扇，在冷却风扇与固定座之间的外壳外侧固定设置有太阳能电池板。

2.根据权利要求1所述的多源自供电无线测温系统，其特征在于，所述的热电模块和太阳能电池板用于对信号处理器、无线发射装置和蓄电池进行供电。

3.根据权利要求1所述的多源自供电无线测温系统，其特征在于，所述的固定座采用吸盘或固定钉或根据实际需求，采用3D打印的方式形成固定件。

4.根据权利要求1所述的多源自供电无线测温系统，其特征在于，所述的冷却风扇，其根部接收热管传递的热量，使其尖端与根部区域空气形成自然对流，实现风扇自行转动。

5.采用权利要求1所述的多源自供电无线测温系统进行的测温方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将热电模块与被测对象上表面相贴合，热电模块吸收被测对象上表面的温度，使热电模块上端与下端形成温度差值，产生电压，为信号处理器和无线发射装置供电；并采用太阳能电池板将太阳光辐射能转换为电压，为信号处理器和无线发射装置供电；同时采用测温探头采集被测对象的温度，并发送至信号处理器进行模数转换形成电压信号，再通过无线发射装置将电压信号发送至接收端；

步骤2、信号处理器判断热电模块和太阳能电池板产生的电压是否满足信号处理器和无线发射装置的使用，若是，则执行步骤3，否则，返回执行步骤1；

步骤3、将热电模块和太阳能电池板产生的多余电量存储至蓄电池中；

步骤4、信号处理器判断蓄电池是否充满，若是，则执行步骤5，否则返回执行步骤3；

步骤5、将热电模块和太阳能电池板产生的多余电量供给冷却风扇，加速冷却风扇的转动；

步骤6、接收端根据测温探头所采用的型号，将电压信号转换成温度信号；

步骤7、通过人工测量的方式，测量被测对象上不同测量点的三维坐标，并在接收端中形成三维空间数据；

步骤8、在接收端中显示不同测温点的电压信号随时间的变化曲线，或不同测温点的温度信号随时间的变化曲线，或温度随时间在空间上分布的等温曲线；

步骤9、判断是否有电压信号或温度信号异常，即电压信号超过设定范围，或温度信号超出设定范围，若有异常，则在接收端发出报警信号，提示工作人员，否则，返回执行步骤1直至所有测量点均测温完成。