CN105471062A - 一种回转窑测温装置供电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种回转窑测温装置供电系统及方法，其中供电系统设置在回转窑窑体上，包括温差发电单元、电池、控制单元、电源检测单元、电源切换单元；温差发电单元包括温差半导体，温差半导体的热端与回转窑的外壁贴近，温差半导体的冷端与暴露在空气中的散热器贴紧；电源检测单元用于采集温差发电单元的发电电压；控制单元用于根据温差发电单元的发电电压与阈值的关系，向电源切换单元发送切换信号；电源切换单元用于根据切换信号控制测温装置的供电方在电池与温差发电单元之间切换。本发明不但延长了电池供电时的寿命，也克服了温差发电单元可能存在的供电不稳定问题，最终达到了确保测温装置可以获得稳定供电的目的。

Description

一种回转窑测温装置供电系统及方法

技术领域

本发明涉及回转窑技术领域，尤其涉及一种回转窑测温装置供电系统及方法。

背景技术

回转窑是一种倾斜放置、可以连续转动的圆筒形高温窑炉，是对物料进行干燥和焙烧的热工设备，广泛应用于有色冶炼、钢铁冶金、化工、水泥、氧化铝、建材、耐火材料等行业的工艺流程中。回转窑内温度的高低将直接影响焙烧的质量，在现有技术中，可以将测温装置安装在窑壁上，然后利用无线通信技术将测温装置测得的温度数据向外传递。

发明人在实现本发明的过程中发现，测温装置一般采用电池供电，不过由于收发无线信号会消耗较多电能，而电池容量有限，且电池在高温下容量及寿命都会受到影响，所以回转窑工作一段时间后就需要更换测温装置的电池，然而，目前更换电池需要等回转窑停止转动才能实施，但频繁停窑会影响到生产过程，而不停窑又会造成到电池更换不及时进而影响到对窑内温度的测量。

发明内容

为克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种回转窑测温装置供电系统及方法，以实现对回转窑测温装置的稳定供电。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种回转窑测温装置供电系统，所述供电系统设置在回转窑窑体上，所述供电系统包括温差发电单元、电池、控制单元、电源检测单元、电源切换单元；

所述温差发电单元包括温差半导体，所述温差半导体的热端与所述回转窑的外壁贴近，所述温差半导体的冷端与暴露在空气中的散热器贴紧；

所述电源检测单元用于采集所述温差发电单元的发电电压；

所述控制单元用于根据所述温差发电单元的发电电压与阈值的关系，向所述电源切换单元发送切换信号；

所述电源切换单元用于根据所述切换信号控制所述测温装置的供电方在所述电池与所述温差发电单元之间切换。

可选的，所述供电系统还包括：

稳压单元，用于对所述温差发电单元的发电电压进行稳压。

可选的，所述供电系统还包括：

缓冲电源单元，用于在所述电池与所述温差发电单元相切换时的切换间隙为所述测温装置供电。

可选的，所述电池为可充电电池，所述温差发电单元还用于在所述电池未向所述测温装置供电时为所述电池充电。

可选的，所述阈值包括第一阈值和第二阈值，所述控制单元具体用于：

在使用所述电池为所述测温装置供电时，判断所述温差发电单元的发电电压持续超出所述第一阈值的时长是否超过第一预设时长，如果超过所述第一预设时长，则向所述电源切换单元发送将供电方切换为所述温差发电单元的切换信号；

在使用所述温差发电单元为所述测温装置供电时，判断所述温差发电单元的发电电压持续低于所述第二阈值的时长是否超过第二预设时长，如果超过所述第二预设时长，则向所述电源切换单元发送将供电方切换为所述电池的切换信号。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种回转窑测温装置供电方法，所述方法用于回转窑测温装置供电系统中的控制单元；所述供电系统设置在回转窑窑体上，包括温差发电单元、电池、控制单元、电源检测单元、电源切换单元；

所述方法包括：

通过所述电源检测单元获取所述温差发电单元的发电电压，其中所述温差发电单元包括温差半导体，所述温差半导体的热端与所述回转窑的外壁贴近，所述温差半导体的冷端与暴露在空气中的散热器贴紧；

根据所述温差发电单元的发电电压与阈值的关系，向所述电源切换单元发送切换信号，以使所述电源切换单元根据所述切换信号控制所述测温装置的供电方在所述电池与所述温差发电单元之间切换。

可选的，所述阈值包括第一阈值和第二阈值；

根据所述温差发电单元的发电电压与阈值的关系，向所述电源切换单元发送切换信号，包括：

在使用所述电池为所述测温装置供电时，判断所述温差发电单元的发电电压超出所述第一阈值的时长是否超过第一预设时长，如果超过所述第一预设时长，则向所述电源切换单元发送将供电方切换为所述温差发电单元的切换信号；

在使用所述温差发电单元为所述测温装置供电时，判断所述温差发电单元的发电电压持续低于所述第二阈值的时长是否超过第二预设时长，如果超过所述第二预设时长，则向所述电源切换单元发送将供电方切换为所述电池的切换信号。

可选的，所述供电系统还包括：

稳压单元，用于对所述温差发电单元的发电电压进行稳压。

可选的，所述供电系统还包括：

缓冲电源单元，用于在所述电池与所述温差发电单元相切换时的切换间隙为所述测温装置供电。

可选的，所述电池为可充电电池，所述温差发电单元还用于在所述电池未向所述测温装置供电时为所述电池充电。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

在本发明实施例中，为回转窑的测温装置提供了两路供电，一路为电池、一路为温差发电单元。由于回转窑表面温度较高，所以可以使用温差发电单元将温差半导体的热端(热端贴近回转窑窑表面)与冷端(冷端贴紧散热器，散热器与空气接触)的温差转换为电能输出，从而实现自发电，使测温装置摆脱对电池的依赖；同时，为了弥补温差发电时可能存在的电压输出不稳定问题，本发明实施例仍然提供电池供电的方式，并可根据温差发电单元的发电电压与阈值的关系控制测温装置的供电方在所述电池与所述温差发电单元之间切换。这样，不但延长了电池供电时的寿命，也克服了温差发电单元可能存在的供电不稳定问题，最终达到了确保测温装置可以获得稳定供电的目的。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种回转窑测温装置供电系统的示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种回转窑测温装置供电系统的示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种回转窑测温装置供电系统的示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的温差发电示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种回转窑测温装置供电系统的示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的电源切换单元的内部结构示意图；

图7是根据一示例性实施例示出的一种回转窑测温装置供电方法的流程图；

图8是根据一示例性实施例示出的一种回转窑测温装置供电方法的流程图；

图9是根据一示例性实施例示出的温差发电单元的电路示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种回转窑测温装置供电系统的示意图。所述供电系统设置在回转窑窑体上。参见图1所示，供电系统100可以包括温差发电单元101、电池102、控制单元103、电源检测单元104、电源切换单元105。

所述温差发电单元101，包括温差半导体，所述温差半导体的热端与所述回转窑的外壁贴近，所述温差半导体的冷端与暴露在空气中的散热器贴紧；

所述电源检测单元104，用于采集所述温差发电单元101的发电电压；

所述控制单元103，用于根据所述温差发电单元101的发电电压与阈值的关系，向所述电源切换单元104发送切换信号；

所述电源切换单元105，用于根据所述切换信号控制所述测温装置200的供电方在所述电池102与所述温差发电单元101之间切换。

电源切换单元可以接收温差发电单元和电池这两路电源，根据控制单元的切换信号，切换一路电源给测温装置供电。

温差发电单元属于自发电装置的一种，在本发明其他实施例中温差发电单元也可以使用其他自发电装置代替，例如可以采用太阳能发电装置、风力发电装置等将其他能源(如热能、太阳能、风能)转换成电能的装置。自发电装置发出的电通常要求是直流电，直流电压幅值不能超过后续稳压单元能够承受的最大电压，一般最大电压不超过30V。

对于电池，通常使用大容量电池，可以根据测温装置的无线发射模块工作时间及单位时间的功耗，计算出需要的电池容量，一般要求达到10Ah以上，电压3.3V以上，至少应能够保证测温装置正常工作3个月或者更长时间。由于现场环境恶劣，电池要求耐高温，耐腐蚀，一般要求承受65℃或更高的温度。目前常用的耐高温大容量电池一般选择锂亚高能量电池。

参见图2所示，在本实施例或本发明其他某些实施例中，所述供电系统还可以包括：

稳压单元106，用于对所述温差发电单元101的发电电压进行稳压。

由于温差发电单元等自发电装置发出的电压通常波动比较大，而测温装置的无线发射模块需要稳定的工作电源，所以要求对温差发电单元发出的电压进行稳压处理，通过稳压单元之后，输出的电压比较稳定，波动很小，并且其电压幅值也满足测温装置的无线发射模块工作电压幅值的要求。对于稳压单元中的具体稳压电路本实施例不进行限制，本领域技术人员在实施时可以采用现有的稳压电路或自行设计稳压电路，此处不再赘述。

参见图3所示，在本实施例或本发明其他某些实施例中，所述供电系统还可以包括：

缓冲电源单元107，用于在所述电池与所述温差发电单元相切换时的切换间隙为所述测温装置供电。

缓冲电源单元用于一路供电电源切换到另一路供电电源过程中，在另一路供电电源正常供电之前，提供临时的稳定可靠的工作电源，以避免电源切换瞬间测温装置没有电源供电，造成工作不稳定。

缓冲电源可以采用超级电容组成。超级电容又名法拉电容，不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间，具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能，容量可以达到法拉级别，突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽。缓冲电源单元需保证测温装置正常工作T秒，T秒要大于电源的切换时间，电源的切换时间一般为200ms～1000ms左右。

在本实施例或本发明其他某些实施例中，所述温差发电单元101包括温差半导体，所述温差半导体的热端与所述回转窑的外壁贴近，所述温差半导体的冷端与暴露在空气中的散热器贴紧。

温差发电技术是利用热电转换材料直接将热能转化为电能的发电技术,具有无运动部件、体积小、重量轻、移动方便和可靠性高等特点。回转窑工作运转时，窑外表面温度可以达到200℃以上，因此可以很好的利用温差发电技术进行发电。

图4为温差发电示意图。温差半导体发电是一种新型的发电方式，利用塞贝克效应将热能直接转换为电能。将P型和N型结合的半导体元件组成的器件(热电材料)的一侧维持在低温，另一侧维持在高温，这样器件高温侧(热端)就会向低温侧(冷端)传导热能并产生热流。即热能从高温侧流入器件内，通过器件将热能从低温侧排出时，流入器件的一部分热能不放热，并在器件内变成电能，输出直流电压和电流。

温差发电单元发电时，将温差发电单元的热端一面贴至高温导热侧，并尽可能使热面受热均匀，两接触面间可采用涂导热硅脂的方法，其目的为排除空气、加强接触散热；冷端一面贴至散热器上，以使冷端尽可能快地降温，两接触面间采用与热面一样的方式隔绝空气。这样冷热面形成温度差，温差热大，发电电压越高。将散热器尽可能大面积的暴露于空气中，当散热器随回转窑转动时，回转窑的运动引起静止空气的相对运动，流动的空气可直接冷却散热器，带走散热器的热量，降低冷端温度，从而使冷端与热端保持温度差，达到更好的发电效果。

在本实施例或本发明其他某些实施例中，所述电池可以为可充电电池，所述温差发电单元还用于在所述电池未向所述测温装置供电时为所述电池充电。

可充电电池具体可以采用锂电池，本发明并不加以限制。温差发电单元发出的电能除了给测温装置供电外，多余的电能还可以通过可充电电池存储起来。

在具体实施时，可以在稳压单元与电池之间增加充电单元。温差发电单元发出的电首先经过稳压单元，输出稳定的电压，然后一路输送给测温装置供电，另一路输送给充电单元，充电单元检测电压达到充电电压要求时，便自动启动充电电路以给电池充电，而当电池容量达到满额时，则充电单元不再给电池继续充电。

此外，参见图5所示，可以在温差发电单元及电池的供电线路中均增加防电流倒灌电路，这是因为当一路电源给测温装置供电时，另一路电源可能会成为当前供电电源的负载，白白增加能量损耗，因此可以增加防电流倒灌电路，防止一路电源作为另一路电源的负载。防电流倒灌电路最简单的方式就是在电源线路上增加一个二极管，利用二极管的单向导电性，可以实现防电流倒灌的功能。

参见图6所示，作为示例，图6给出了电源切换单元的一种内部结构。在图6中，温差发电单元和电池分别通过切换开关1和切换开关2连接到测温装置。可以通过高低电平信号来控制切换开关的通断。

在本实施例或本发明其他某些实施例中，所述阈值包括第一阈值和第二阈值，所述控制单元具体可以用于：

在使用所述电池为所述测温装置供电时，判断所述温差发电单元的发电电压持续超出所述第一阈值的时长是否超过第一预设时长，如果超过所述第一预设时长，则向所述电源切换单元发送将供电方切换为所述温差发电单元的切换信号；

在使用所述温差发电单元为所述测温装置供电时，判断所述温差发电单元的发电电压持续低于所述第二阈值的时长是否超过第二预设时长，如果超过所述第二预设时长，则向所述电源切换单元发送将供电方切换为所述电池的切换信号。

第一阈值表示测温装置的正常工作电压值；

第二阈值表示测温装置的工作电压最低值。

在具体实施时，可以由CPU充当控制单元，也可以由硬件电路充当控制单元，还可以由CPU及硬件电路共同充当控制单元，对此本发明并不进行限制。

在本实施例中，为回转窑的测温装置提供了两路供电，一路为电池、一路为温差发电单元。由于回转窑表面温度较高，所以可以使用温差发电单元将温差半导体热端(热端贴近回转窑窑表面)与冷端(冷端贴紧散热器，散热器与空气接触)的温差转换为电能输出，从而实现自发电，使测温装置摆脱对电池的依赖；同时，为了弥补温差发电时可能存在的不稳定问题，本实施例仍然提供电池供电的方式，并可根据温差发电单元的发电电压与阈值的关系控制测温装置的供电方在所述电池与所述温差发电单元之间切换。这样，不但延长了电池供电时的寿命，也克服了温差发电单元可能存在的供电不稳定问题，最终达到了确保测温装置可以获得稳定供电的目的。

下述为本发明方法实施例。对于本发明方法实施例中未披露的细节，请参照本发明系统实施例。

图7是根据一示例性实施例示出的一种回转窑测温装置供电方法的流程图。所述方法用于回转窑测温装置供电系统中的控制单元；所述供电系统设置在回转窑窑体上，包括温差发电单元、电池、控制单元、电源检测单元、电源切换单元，所述供电系统可参见图1所示。

所述方法可以包括：

S701，通过所述电源检测单元获取所述温差发电单元的发电电压，其中所述温差发电单元包括温差半导体，所述温差半导体的热端与所述回转窑的外壁贴近，所述温差半导体的冷端与暴露在空气中的散热器贴紧。

S702，根据所述温差发电单元的发电电压与阈值的关系，向所述电源切换单元发送切换信号，以使所述电源切换单元根据所述切换信号控制所述测温装置的供电方在所述电池与所述温差发电单元之间切换。

在本实施例或本发明其他某些实施例中，所述阈值可以包括第一阈值和第二阈值，根据所述温差发电单元的发电电压与阈值的关系，向所述电源切换单元发送切换信号，可以包括：

在使用所述电池为所述测温装置供电时，判断所述温差发电单元的发电电压超出所述第一阈值的时长是否超过第一预设时长，如果超过所述第一预设时长，则向所述电源切换单元发送将供电方切换为所述温差发电单元的切换信号；

在使用所述温差发电单元为所述测温装置供电时，判断所述温差发电单元的发电电压持续低于所述第二阈值的时长是否超过第二预设时长，如果超过所述第二预设时长，则向所述电源切换单元发送将供电方切换为所述电池的切换信号。

下面对两种电源的切换过程作进一步描述。

1)从电池供电切换到温差发电单元供电，可通过软件的方式实现，其流程可参见图8所示。

S801，初始时默认使用电池供电。

S802，电源检测单元采集温差发电单元的发电电压。

S803，控制单元判断温差发电单元的发电电压是否超过阈值。

若是，则执行步骤S804，否则执行步骤S808。

S804，T加1，T为超过阈值的次数。

S805，判断T是否大于预设值N。N代表N个延时周期，一般N设为2～5，每个延时周期一般为S毫秒，S一般设为50～500。

若是，则执行步骤S807，否则执行步骤S806。

S806，延迟1个延时周期。然后返回步骤S802。

S807，控制单元给电源切换单元发出切换信号，将供电切换为温差发电单元供电。然后T清零。流程结束。

温差发电单元的发电电压需要持续超过阈值达到N个S毫秒，才可认为其达到了稳定状态，可以供电，否则不能切换电源。这样可以防止出现因发电电压瞬态值超过阈值导致控制单元误判而错误地发出切换信号的情况发生。

S808，T清零。然后返回步骤S802。

2)从温差发电单元供电切换到电池供电，可通过硬件的方式实现，其电路示意图可参见图9所示。

当切换到温差发电单元供电后，可以通过硬件电路实时检测发电电压，硬件自动实现电源切换，而不需要软件参与，过程如下：

通过电压比较单元1设定电压的阈值，当温差发电单元的发电电压低于阈值时，则启动硬件延时电路，延时M毫秒。再通过电压比较单元2，其阈值和电压比较单元1一样，比较是否低于阈值，若是，则电压比较单元2输出信号给电源切换单元，切换到电池供电。

M值范围一般设为100～5000，为避免频繁切换，该值可设为延时5000毫秒。这样通过两次电压比较和一次延时，可以防止发电电压波动，造成错误的电源切换。

当然，从温差发电单元供电切换到电池供电，也可通过软件方式实现，其流程与从电池供电切换到温差发电单元供电的软件流程类似，在此不在累述。

在本实施例中，为回转窑的测温装置提供了两路供电，一路为电池、一路为温差发电单元。由于回转窑表面温度较高，所以可以使用温差发电单元将温差半导体热端(热端贴近回转窑窑表面)与冷端(冷端贴紧散热器，散热器与空气接触)的温差转换为电能输出，从而实现自发电，使测温装置摆脱对电池的依赖；同时，为了弥补温差发电时可能存在的不稳定问题，本实施例仍然提供电池供电的方式，并可根据温差发电单元的发电电压与阈值的关系控制测温装置的供电方在所述电池与所述温差发电单元之间切换。这样，不但延长了电池供电时的寿命，也克服了温差发电单元可能存在的供电不稳定问题，最终达到了确保测温装置可以获得稳定供电的目的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种回转窑测温装置供电系统，其特征在于，所述供电系统设置在回转窑窑体上，所述供电系统包括温差发电单元、电池、控制单元、电源检测单元、电源切换单元；

所述温差发电单元包括温差半导体，所述温差半导体的热端与所述回转窑的外壁贴近，所述温差半导体的冷端与暴露在空气中的散热器贴紧；

所述电源检测单元用于采集所述温差发电单元的发电电压；

所述控制单元用于根据所述温差发电单元的发电电压与阈值的关系，向所述电源切换单元发送切换信号；

所述电源切换单元用于根据所述切换信号控制所述测温装置的供电方在所述电池与所述温差发电单元之间切换。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括：

稳压单元，用于对所述温差发电单元的发电电压进行稳压。

3.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括：

缓冲电源单元，用于在所述电池与所述温差发电单元相切换时的切换间隙为所述测温装置供电。

4.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述电池为可充电电池，所述温差发电单元还用于在所述电池未向所述测温装置供电时为所述电池充电。

5.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述阈值包括第一阈值和第二阈值，所述控制单元具体用于：

在使用所述电池为所述测温装置供电时，判断所述温差发电单元的发电电压持续超出所述第一阈值的时长是否超过第一预设时长，如果超过所述第一预设时长，则向所述电源切换单元发送将供电方切换为所述温差发电单元的切换信号；

在使用所述温差发电单元为所述测温装置供电时，判断所述温差发电单元的发电电压持续低于所述第二阈值的时长是否超过第二预设时长，如果超过所述第二预设时长，则向所述电源切换单元发送将供电方切换为所述电池的切换信号。

6.一种回转窑测温装置供电方法，其特征在于，所述方法用于回转窑测温装置供电系统中的控制单元；所述供电系统设置在回转窑窑体上，包括温差发电单元、电池、控制单元、电源检测单元、电源切换单元；

所述方法包括：

通过所述电源检测单元获取所述温差发电单元的发电电压，其中所述温差发电单元包括温差半导体，所述温差半导体的热端与所述回转窑的外壁贴近，所述温差半导体的冷端与暴露在空气中的散热器贴紧；

根据所述温差发电单元的发电电压与阈值的关系，向所述电源切换单元发送切换信号，以使所述电源切换单元根据所述切换信号控制所述测温装置的供电方在所述电池与所述温差发电单元之间切换。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述阈值包括第一阈值和第二阈值；

根据所述温差发电单元的发电电压与阈值的关系，向所述电源切换单元发送切换信号，包括：

在使用所述电池为所述测温装置供电时，判断所述温差发电单元的发电电压超出所述第一阈值的时长是否超过第一预设时长，如果超过所述第一预设时长，则向所述电源切换单元发送将供电方切换为所述温差发电单元的切换信号；

在使用所述温差发电单元为所述测温装置供电时，判断所述温差发电单元的发电电压持续低于所述第二阈值的时长是否超过第二预设时长，如果超过所述第二预设时长，则向所述电源切换单元发送将供电方切换为所述电池的切换信号。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述供电系统还包括：

稳压单元，用于对所述温差发电单元的发电电压进行稳压。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述供电系统还包括：

缓冲电源单元，用于在所述电池与所述温差发电单元相切换时的切换间隙为所述测温装置供电。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电池为可充电电池，所述温差发电单元还用于在所述电池未向所述测温装置供电时为所述电池充电。