CN106461468A - 用于读取和发送所测量的温度值的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于读取和发送所测量的温度值的设备(10)，该设备适用于监测管道内流动的流体的装置(12)。该设备包括能够提供随时间变化的温度值的温度传感器(30)和处理模块(36)，以及连接至所述温度传感器(30)以能够发送表示所述温度值的信号的发送器(26)和能够接收所述信号的接收器(34)。所述温度传感器(30)旨在安装在靠近所述管道的位置。另外，所述处理模块(36)能够估计温度变化速度，并且能够在所述温度变化速度在给定的时间间隔内减小的情况下生成所述流体转变成固相的告警信号。

Description

用于读取和发送所测量的温度值的设备
本发明涉及一种用于读取和发送所测量的温度值的设备，该设备适用于监控在管道内流动的流体的装置。
所设想的一个应用领域特别是，但并非排他地，用于流体特别是水的计量装置的应用领域。
对于流体计量、尤其是水计量的远程测量而言，用于读取和发送物理量的测量值、特别是温度和流速的值的设备是已知的。
由于这些装置是用于冷水计量的装置，因此它们显然对周围温度敏感，这是因为当温度在0℃以下时水在大气压力下凝固，此外，特别是其密度会降低。因此，除了流速之外，还需要能够测量存在于设备周围的环境中的温度。
为此，设备包括安装在监测或控制装置上的由电池供电的温度传感器和发送器。另外，其包括尤其使得能够获得由温度传感器测量的值的接收器。通常，发送器是射频发送器。接收器可以从多个发送器获得测量值以对其进行分组，并且随后又将它们重新发送至网络以能够对其进行处理。
尤其是可以参考文件FR2929752，该文件描述了这样的设备。温度传感器、电池和发送器形成由微处理器控制的同一组件的一部分。
然而，通常实现为用于检测温度的温度传感器是相对便宜的，但它们的准确度也相应地受到限制，使得对水冻结的检测是不准确的。可以实现更准确的传感器；然而，它们更加昂贵。另外，温度传感器随着时间变化使得随时间推移而观察到测量值的离散。
因此，所提出的且本发明旨在解决的一个问题是提供一种用于读取和发送所测量的温度值的设备，其使得能够更准确地测量与在管道内流动的流体的凝固对应的温度值并且其成本较低。此外，另一问题是即使传感器随时间变化也能够准确地测量该温度值。
为了解决这些问题，本发明提供了一种用于读取和发送所测量的温度值的设备，该设备适用于监控在管道内流动的流体的装置，所述设备一方面包括能够提供随时间变化的温度值的温度传感器和用于处理所述温度值的处理模块，另一方面包括连接至所述温度传感器以能够发送表示所述温度值的信号的发送器以及能够接收所述信号的接收器。所述温度传感器被设计为安装在靠近所述管道的位置；并且所述处理模块能够估计温度的变化速度并且能够在所述温度的变化速度在给定的时间间隔内减小的情况下生成所述流体转变成固相的告警信号。
因而，本发明的一个特征在于，随着时间推移追踪在液体流动的管道附近的温度并且估计温度的变化速度以准确地确定流动液体的相变温度。事实上，当本体的相改变时，例如当液体变成固体时，其温度保持恒定。因此，当周围环境的温度以基本恒定的平均速度下降时，在本体从液态变成固态的相变过程中，其温度保持恒定直到所述本体完全凝固为止。因此，在这个相变开始时，本体的温度的下降速度具有一个拐点并且减小。在从液态朝着固态变化的这个相变期间，定期记录温度使得能够计算这个速度。将观察到，温度传感器必须足够靠近所讨论的流体以能够被所述流体的温度显著影响。
以这样的方式，不管传感器的准确度如何，生成不只与对由温度传感器测量的值的读取对应、还与流体的凝固有效对应的流体冻结告警信号，所述值本身可能不准确且随着时间变化。此外，所应用的温度传感器因而可以具有适度的质量并且因此成本较低。
将观察到，这种类型的设备可以适用于用于监控流体的装置，例如，流体计，特别是水表、阀动器或者与流体流动相关联的任何传感器。
根据本发明的一个特别有利的变型实施方式，设备还包括旨在安装在远离所述管道的位置以能够提供其他温度值的另一温度传感器。另外，所述处理模块能够估计另一温度变化速度，并且，生成所述告警信号还要满足的另一条件是所述另一温度变化速度在给定的时间间隔内保持基本恒定。同样，第二温度传感器因而构成一个参考，因为该传感器仅经受周围环境的温度并且相变期间的流体温度变化对其没有影响。因此，当一个传感器的变化速度相对于所述另一传感器的另一变化速度显著减小时生成信号。因此，如将在下文中更加详细地说明的，避免了在仅环境温度下降直到凝固温度接着随后升高的情况下生成不合时宜的告警信号。
此外，根据一个特别有利的实施方式，生成所述告警信号还要满足的另一条件是所述温度变化速度在所述给定时间间隔之后的另一给定时间间隔内增加。以这样的方式，因而确保了温度变化速度在经过相变温度时的轮廓真正地与凝固对应。事实上，在流体已经凝固之后，其温度变化速度基本与周围环境的温度变化速度同时地再次增加。
根据本发明的一个优选的特征，所述处理模块安装在所述接收器上。由于接收器能够接收表示来自多个发送器的测量值的信号，因此处理模块被共享并且能够分析来自多个流体监控装置的测量温度值。此外，在接收器内更容易实现对用于处理和用于分析测量值的程序的更新。
根据本发明的设备包括用于对所述发送器和所述温度传感器供电的电池。电池的使用寿命例如被设计为在10年至20年的范围内。因此，发送器和温度传感器适合于使得能够节约电池资源的工作模式。此外，该设备还优选地包括连接至所述发送器的、用于向所述接收器提供在所述管道内流动的流体的流量值的计量传感器。
另外，根据一个优选的特征，在由所述温度传感器提供的温度值小于温度阈值的情况下，发送表示所述温度值的所述信号，其中该温度阈值大于水在大气压力下的凝固温度。因而，根据温度传感器的准确度而确定温度阈值，在该温度阈值之上流体能够凝固的概率是零。因此，与温度值对应的信号的发送仅在必要时执行。因而，节约了电池资源。
另外，在所述给定的时间间隔内，以在10-2Hz至10-1Hz范围内的频率有利地提供所述温度值。例如，每60秒提供所述温度值，这使得能够根据监控装置的环境温度变化速度来估计显著的温度变化速度。
根据另一目的，本发明涉及用于监控在管道内流动的流体的装置，所述装置一方面包括所述流体能够流经的本体和被置于所述本体之上的累积流量计，另一方面包括根据上述特征的设备，所述温度传感器安装在所述本体上。以这样的方式，温度传感器位于尽可能靠近流体的位置并且因而准确地经受流体的温度变化。另外，所述另一传感器被安装在所述累积流量计上并且优选地安装在与所述第一温度传感器相对的一侧上，从而不经受流体的温度变化并且仅经受装置的环境温度变化。
参考附图，通过阅读以下作为非限制性示例给出的本发明的特定实施方式的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
-图1是根据本发明的测量和发送设备的示意图；
-图2是图1所示的设备的一个元件的示意图；以及
-图3是图1所示的设备的工作原理图。
图1示出了用于水表12的、用于读取和发送所测量的温度值和流速值的设备10。读取和发送设备10因而旨在不仅周期性地读取所消耗的水量，还旨在在计量仪12中检测水在0℃时开始冻结。水表12被安装在配水管道14的出水口与诸如私人住所这样的专用水回路的入口16之间。水表12具有包括涡轮机或者水流经的用于测量流量的装置19的本体18，以及包括使得涡轮机19的运动能够被转变成耗电信号的、未示出的变换器的计量仪20。更确切地，变换器使得涡轮机19的机械运动能够被转变成数字信息。计量仪20还配备有包括第一微处理器24的电子电路22和连接至第一微处理器24的射频发送器26。天线25也被置于其上并且连接至发送器26。电子电路22由电池28供电。
设备10还配备有安装在本体18中且抵靠水流通道或液压室的第一温度传感器30，其中温度传感器30连接至第一微处理器24。根据另一变型实施方式，其还配备有位于累积流量计20的顶部并且正如第一温度传感器那样连接至微处理器24的第二温度传感器32。将观察到，温度传感器30、32是并不昂贵的传感器，其例如包括准确度约为+/-1℃的铂电阻传感器。
设备10还包括配备有处理模块36的接收器34，该处理模块包括第二微处理器和存储器。将观察到，接收器34可以与多个发送器26相关联并且因此与多个水表12相关联。另外，接收器34本身可以经由无线电或者有线链路连接至集中式网络。因而，与通过本体18的水的流速对应的数字信息，像由温度传感器30、32提供的信息那样，借助微处理器24而被传送至发送器26。
图2更详细地示出了电子电路22。可以看到微处理器24一方面连接至发送器26，另一方面连接至电池28。发送器26连接至天线25，而微处理器24具有旨在连接至第一温度传感器30的第一链路38和旨在连接至第二温度传感器32的第二链路40。微处理器24还直接连接至变换器。
因而，凭借微处理器24，以例如1分钟的周期即以1.67×10-2Hz的频率来对由第一温度传感器30测量的温度值进行采样。以这样的方式，相应的温度值被传送至发送器26，发送器26又将表示所述值的信号发送至接收器34。接收器34借助于处理模块36能够存储相应的温度值并且对其进行处理。
另外，根据本发明的一个特别有利的实施方式，为了节约电池28，微处理器24仅在这些温度例如在4℃之下的情况下才传送所测量的温度值。以这样的方式，就温度传感器30的准确度而言，所测量的温度值仅在它们经由正值而接近水的凝固温度时才被传送至发送器26。因而将避免在没有冻结风险的情况下发送所测量的温度值。
因而，一旦由第一温度传感器30测量的温度值低于4℃，根据前述示例，微处理器24就以例如60秒的周期将所有所测量的值传送至发送器26，并且发送器26发送表示所测量的值的信号以将它们发送至接收器34。然后，处理模块36分析这些温度值并且计算温度的变化速度。
现在参照图3以描述当第一温度传感器30所经历的温度下降至4℃以下时对温度值的分析。假设水表12环境中的温度以均匀且持续的方式下降。在第一步骤A中，随时间变化且限定了曲线42的测量温度值以均匀的方式持续降低。因而，温度变化速度是恒定的，并且附图中的相应曲线的斜率是直线的且是负的。一旦包含在水表12的本体18内或在本体18内流动的水接近其凝固温度，温度变化速度就减小，这是因为水在从液态转变至固态期间温度保持恒定。因此，位于靠近液压室的位置处的第一温度传感器30经受其所包含的水的温度的变化，并且因而所测量的温度值显示了温度变化速度的减小。由处理模块36计算的温度变化速度的减小对应于图3所示的第二步骤B。
与步骤B对应的温度变化速度的减小导致斜率沿着曲线的变化直到达到一个水平部分。因而，例如一旦三个相继的温度变化速度逐渐偏离与降低步骤A对应的恒定值，处理模块36就生成告警信号。这个告警信号例如与由第二微处理器的时钟提供的时间戳信息相关联，并且被发送至中心网络。因此，应该理解的是，告警信号可以通过在水状态变化温度附近监测所测量的温度值的变化速度，利用低成本的温度传感器以可靠的方式生成。
根据另一实施方式，使用借由第二温度传感器32测量的温度值，第二温度传感器32位于水表12的累积流量计20的顶部。因此，第二温度传感器32使得能够感测水表12的环境中的温度，并且对与流经水表12的水的相变对应的温度变化速度完全不敏感。此外，正如第一温度传感器30那样，微处理器24仅在这些温度在4℃以下时才传送由第二传感器32测量的温度值。
假设由第二温度传感器32感测的周围环境的温度基本上低于由第一传感器30感测的温度值，这是因为第二温度传感器的热保护较少。因此，当水表12的环境温度以均匀且持续的方式下降时，处理模块36计算与由第二温度传感器32测量的随时间变化的温度值相对应的温度的变化速度，并且这个变化速度与直线44的斜率相对应。
同样，根据第二实施方式，处理模块比较由两个温度传感器32、30同时测量的每个温度值。因而，如图3所示，只要差异是恒定的，就认为在水表12的本体18中流动的水是液相的。相反地，只要分别由两个温度传感器32、30测量的值逐渐偏离，就认为水开始凝固。因而，处理模块36生成告警信号。
该第二实施方式使得能够突出以下情况：流经水表12的本体18的水的温度变得接近凝固温度但没有达到凝固温度，这是因为这个实施方式确实使得能够明显更早地检测到冻结的发生。
第一和第二实施方式使得能够在与基本在0℃至4℃的温度区间对应的给定时间间隔内检测到在水表12的本体18中流动的水的相变。根据第三实施方式，对冻结的检测可以在例如-4℃至4℃的范围内以甚至更可靠的方式来执行，并且根据第三实施方式，在第三步骤C中记录由第一温度传感器30测量的温度值的温度变化速度。事实上，在这个第三步骤C中，温度变化速度在水的相变温度附近变得基本等于零之后，在所有水变成固态的情况下开始加速。
因此，也可以对处理模块36编程使得其仅在以下双重条件下生成告警信号：，由第一温度传感器30的测量值所提供的温度变化速度已经在第一时间间隔期间根据步骤B减小，并且其随后在紧随第一时间间隔的第二时间间隔内根据步骤C而增加。
另外，可以将由第一温度传感器30的测量值所提供的温度变化速度的演变与在前述两个时间间隔期间由第二温度传感器32的测量值所提供的温度变化速度相比较，以生成告警信号。
当然应该理解的是，用于读取和发送所测量的温度值的设备可以适合于监控流体的任意装置，例如截止阀。

Claims (10)

1.一种用于读取和发送所测量的温度值的设备(10)，该设备适用于监控在管道内流动的流体的装置(12)，所述设备一方面包括能够提供随时间变化的温度值的温度传感器(30)和用于处理所述温度值的处理模块(36)，另一方面包括连接至所述温度传感器(30)以能够发送表示所述温度值的信号的发送器(26)以及用于接收所述信号的接收器(34)，
其特征在于，所述温度传感器(30)用于被安装在靠近所述管道的位置；
并且其特征在于，所述处理模块(36)能够估计温度变化速度，并且能够在所述温度变化速度在给定的时间间隔内减小的情况下生成所述流体转变成固相的告警信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于被安装在与所述管道间隔一定距离的位置以能够提供其他温度值的另一温度传感器(32)，并且其特征在于，所述处理模块(36)能够估计另一温度变化速度，并且，生成所述告警信号还要满足的另一条件是所述另一温度变化速度在所述给定的时间间隔内保持基本恒定。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，生成所述告警信号还要满足的另一条件是所述温度变化速度在所述给定的时间间隔之后的另一给定的时间间隔内增加。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述处理模块(36)被安装在所述接收器(34)上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于对所述发送器(26)和所述温度传感器(70)供电的电池(28)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括连接至所述发送器(26)的、用于向所述接收器(34)提供在所述管道内流动的流体的流量值的计量传感器。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，在由所述温度传感器(30)提供的温度值小于温度阈值的情况下发送表示所述温度值的所述信号，其中所述温度阈值大于水在大气压力下的凝固温度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，在所述给定的时间间隔内，以10-2Hz至10-1Hz范围内的频率提供所述温度值。
9.一种用于监控在管道内流动的流体的装置(12)，所述装置一方面包括所述流体所穿过的本体(18)和被置于所述本体(18)之上的累积流量计(20)，另一方面包括根据权利要求1至8中任一项所述的设备(10)，其特征在于，所述温度传感器(30)被安装在所述本体(18)上。
10.根据权利要求2和9所述的装置，其特征在于，所述另一传感器(32)被安装在所述累积流量计(20)上。
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