CN108444615A - 一种基于管道流体发电的自驱动测温装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于管道流体发电的自驱动测温装置，该装置包括水轮、微型发电机、整流稳压系统、测温系统和测温探头；所述水轮安装在待测对象管道内，管道上开一个圆孔，水轮轴穿过该圆孔连接管道外的微型发电机，微型发电机输出端连接整流稳压系统，整流稳压系统的输出端连接测温系统；所述测温探头由测温系统引出，置于测点位置；测温系统包括时间控制开关、测温电路、显示屏或无线数据传送模块；测温电路并联在蓄电池的两端。该装置增加了流体发电系统，水轮能够收集管道内流体的动能，带动微型发电机转动，将动能转化为电能，再经整流稳压，变为恒定直流电，为测温系统提供能量进行温度测量，并能实时显示温度数据和远距离传送数据。

Description

一种基于管道流体发电的自驱动测温装置

技术领域

本发明涉及管道流体发电、温度测量技术领域，具体涉及一种基于管道流体发电的自驱动测温装置。

背景技术

现如今，管道在生产生活中的应用极其广泛，在数量庞大的管道内，流体具有较大的动力势能，而这些势能却没有被很好地利用起来，造成了资源的浪费。同时在某些领域，管道内流体温度的测量十分重要，在公告号为CN202853793U的专利中，给出了一种测量管道内流体温度的装置，此装置利用止水绝热环保证测温环境的稳定，在三通中插入数字温度传感器进行温度测量，利用无线技术将数据导出，但是此装置工作时需要外界供给能量，不适合用于一些地形复杂且不便架设供电线路处的管道，如果需要使用，则要耗费大量的电池对此装置进行供电，加重了废电池对环境的污染。在专利号为ZL201720949083的专利中，给出了一种利用管道流体驱动发电的系统，此系统利用管路中的流体进行发电，但是此系统并无稳压作用，如果不经过处理，无法保证测温装置在稳定的直流电压下工作，很容易将测温装置烧坏。所以如何对管道内流体的能量进行回收再利用，改进测温装置的能量来源，保证测温装置能够平稳运行，减少环境污染是亟待解决的重要问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的问题是：提供一种基于管道流体发电的自驱动测温装置。该装置增加了流体发电系统，水轮能够收集管道内流体的动能，带动微型发电机转动，将动能转化为电能，再经整流稳压，变为恒定直流电，为测温系统提供能量进行温度测量，并能实时显示温度数据和远距离传送数据。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种基于管道流体发电的自驱动测温装置，其特征在于该装置包括水轮、微型发电机、整流稳压系统、测温系统和测温探头；所述水轮安装在待测对象管道内，管道上开一个圆孔，水轮轴穿过该圆孔连接管道外的微型发电机，微型发电机输出端连接整流稳压系统，整流稳压系统的输出端连接测温系统；所述测温探头由测温系统引出，置于测点位置；

所述整流稳压系统包括桥式整流器、滤波电容器、第一电容器、三端集成稳压器、第一二极管、第二电容器、电阻、第二二极管、蓄电池；微型发电机的输出端连接在桥式整流器上，同时桥式整流器的输出端依次并联滤波电容器、第一电容器、第二电容器、电阻、蓄电池；在蓄电池所在回路上连接第二二极管，第二二极管的阳极连接电阻的一端，第二二极管的阴极连接蓄电池的正极；第一电容器的正极与三端集成稳压器的输入端相连，第二电容器连接三端集成稳压器的输出端，三端集成稳压器的输入端和输出端反向并联第一二极管，所述三端集成稳压器的第三端连接蓄电池的负极。

测温系统包括时间控制开关、测温电路、显示屏或无线数据传送模块；测温电路并联在蓄电池的两端，同时在测温电路与蓄电池的连接电路上设置时间控制开关，测温电路的输入端连接测温探头中的温度传感器，测温电路的输出端连接显示屏或无线数据传送模块，通过无线数据传送模块与外部远端设备连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

以往的温度测量装置只能依靠外部供电，受管道地形的限制，温度测量局限性较大。本装置主要通过水轮、微型发电机、整流稳压系统、测温系统、测温探头将管内流体动能转化为电能，用于管内温度测量，测温装置能够稳定运行。受地形影响较小，能够远程控制测量温度的时间，并通过现有无线传输技术将数据导出。

附图说明

图1为本发明一种基于管道流体发电的自驱动测温装置的结构示意图。

图2为本发明一种基于管道流体发电的自驱动测温装置的电路控制图。

图3为本发明一种基于管道流体发电的自驱动测温装置的主管道安装图。

图4为本发明一种基于管道流体发电的自驱动测温装置的旁通管安装图。

图中，管道1、水轮2、微型发电机3、整流稳压系统4、测温系统5、测温探头6，桥式整流器7、滤波电容器8、第一电容器9、三端集成稳压器10、二极管11、第二电容器12、电阻13、二极管14、蓄电池15、时间控制开关16、测温电路17、温度传感器18、显示屏或无线数据传送模块19、主管道20，测温孔21、装置主体22、旁通管23、旁通阀24。

具体实施方式

下面将结合实施例及附图进一步叙述本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。

本发明涉及一种基于管道流体发电的自驱动测温装置(参见图1)包括水轮2、微型发电机3、整流稳压系统4、测温系统5、测温探头6；所述水轮2安装在待测对象管道1内，管道1上开一个圆孔，水轮轴穿过该圆孔连接管道外的微型发电机3，带动微型发电机的转子旋转，微型发电机3输出端连接整流稳压系统4，整流稳压系统4的输出端连接测温系统5，为测温系统提供稳定电源；所述测温探头6由测温系统5引出，置于测点位置；上述水轮2、微型发电机3构成流体发电系统。

所述整流稳压系统4包括桥式整流器7、滤波电容器8、第一电容器9、三端集成稳压器10、第一二极管11、第二电容器12、电阻13、第二二极管14、蓄电池15；微型发电机3的输出端连接在桥式整流器7上，同时桥式整流器7的输出端依次并联滤波电容器8、第一电容器9、第二电容器12、电阻13、蓄电池15；在蓄电池15所在回路上连接第二二极管14，第二二极管14的阳极连接电阻13的一端，第二二极管的阴极连接蓄电池的正极；第一电容器9的正极与三端集成稳压器10的输入端相连，第二电容器12连接三端集成稳压器10的输出端，三端集成稳压器10的输入端和输出端反向并联第一二极管11，所述三端集成稳压器10的第三端连接蓄电池15的负极。

测温系统5包括时间控制开关16、测温电路17、显示屏或无线数据传送模块19；测温电路并联在蓄电池15的两端，同时在测温电路与蓄电池的连接电路上设置时间控制开关16，测温电路的输入端连接测温探头中的温度传感器18，测温电路的输出端连接显示屏或无线数据传送模块19，通过无线数据传送模块与外部远端设备连接。

微型发电机3和整流稳压系统4之间进行电连接，整流稳压系统4将交流电转变成电压恒定的直流电并将多余的电能用蓄电池15储存起来；测温电路17连接在蓄电池15的两端，蓄电池为其供电，在测温系统与蓄电池的连接电路上设置时间控制开关16，通过时间控制开关控制蓄电池供电时间，从而控制测温电路的工作时间，测温电路中引出温度传感器18进行温度数据采集，并且外接显示屏或无线数据传送模块19，用于读取数据或与远端设备通信连接。

本发明装置能利用管路内部的流体的能量，为测温仪器测温提供电力支持，减少人工和电池的成本，能满足复杂管路的测温需求。

所述整流稳压系统4、测温系统5的工作方式参见图2，管道内流体驱动所述水轮2旋转，水轮2带动微型发电机3旋转，发电机产生的是不稳定的交流电，此时需要整流稳压才能使用。微型发电机3产生的交流电经过桥式整流器7变为直流电，经滤波电容器8变为相对稳定的直流电，再经过三端集成稳压器10，将其变为15V恒定的直流电，为蓄电池15充电。蓄电池前放置一个二极管14，防止在蓄电池供电时影响前段装置工作。蓄电池15后连接时间控制开关16，再连接测温电路17。测温电路的输入端连接温度传感器18(安装在测温探头6内)，输出端连接显示屏或无线数据传送模块19。

所述桥式整流器7可选择RS502型整流桥，三端集成稳压器10可选择W7815型三端稳压管。

所述整流稳压系统、测温系统能集成在一块芯片上，缩小装置体积，便于安装及使用。

本发明有两种安装方式：一种是直接安装在主管道中(参见图3)，在主管道20上需要测温的地方开一个测温孔21，足够让测温探头伸入，在距离测温探头0.5m—1m的位置安装本装置主体22(本申请中装置主体为测温系统、整流稳压系统4、微型发电机3及水轮2所构成的整体)，例如在大型实验室或工业应用时，在前期铺设管道的时候，就将本发明安装在管道中；另一种是安装在旁通管中(参见图4)，在主管道20上需要测温的地方开一个测温孔21，让测温探头伸入，在旁通管23上安装本装置主体22，配合电控旁通阀24，可以远程控制装置的工作与停止。旁通阀打开，流体进入旁通管，带动水轮转动，装置工作；旁通阀关闭，流体停止流动，水轮停止转动，装置停止工作。这种方式适用于主管道工况严格且测温不频繁的管路中，或者是老旧管道不易改装的管路中。在安装时，对每一个测点的装置进行编号，并详细记录测点位置且与装置编号一一对应，便于远程数据传送。

本发明可以实现定时测温，方法主要有两种：一、通过提前设定时间控制开关闭合的时间，控制时间控制开关的闭合从而达到定时测温的目的。二、通过现有的无线传输技术，远程控制时间控制开关的闭合，达到需要测温时控制开关立即闭合进行测温，不需要测温时控制时间控制开关断开，增强了测温的即时性。

测温完成后，数据传送方式有两种：一种是采用温度数据实时显示方式，通过装置上的显示屏，可以实时读取数据，此方式可用于小型实验室等室内环境，例如需要实时监测并记录管道内流体温度；另一种是采用温度数据无线传输方式，依靠全球卫星定位系统，获得测点的安装位置，基于现有的无线传输技术，通过无线数据传送模块将装置编号以及温度数据传送到终端，对不同位置的数据进行集中处理，此方式可用于大型实验室或工业应用等远程操控，例如采集的温度数据要直接进行处理，可以将数据利用无线传输技术直接传送到计算机，进行数据处理，或者将野外管道的温度数据传送到工厂进行实时监测与处理，或者将各支路的温度数据传送到主机进行温度汇总或集中处理等。倘若该装置安装在较为偏远且重要的地方，可以专门建立小型发射基站，进行远程数据传送。

通过定时测温和无线传输，可以达到定时测温、定时发送的功能。

本发明在工作时不受管路流量的限制，可以保证10V—15V的稳定电压输出。若管道流量较小，但只要流体能使水轮转动，输出端就能保证10V及以上的电压输出；倘若管道流量太大，也能将输出电压控制在15V左右，可以保证测温电路平稳运行，防止电压过大测温零件被烧毁。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种基于管道流体发电的自驱动测温装置，其特征在于该装置包括水轮、微型发电机、整流稳压系统、测温系统和测温探头；所述水轮安装在待测对象管道内，管道上开一个圆孔，水轮轴穿过该圆孔连接管道外的微型发电机，微型发电机输出端连接整流稳压系统，整流稳压系统的输出端连接测温系统；所述测温探头由测温系统引出，置于测点位置；

所述整流稳压系统包括桥式整流器、滤波电容器、第一电容器、三端集成稳压器、第一二极管、第二电容器、电阻、第二二极管、蓄电池；微型发电机的输出端连接在桥式整流器上，同时桥式整流器的输出端依次并联滤波电容器、第一电容器、第二电容器、电阻、蓄电池；在蓄电池所在回路上连接第二二极管，第二二极管的阳极连接电阻的一端，第二二极管的阴极连接蓄电池的正极；第一电容器的正极与三端集成稳压器的输入端相连，第二电容器连接三端集成稳压器的输出端，三端集成稳压器的输入端和输出端反向并联第一二极管，所述三端集成稳压器的第三端连接蓄电池的负极；

测温系统包括时间控制开关、测温电路、显示屏或无线数据传送模块；测温电路并联在蓄电池的两端，同时在测温电路与蓄电池的连接电路上设置时间控制开关，测温电路的输入端连接测温探头中的温度传感器，测温电路的输出端连接显示屏或无线数据传送模块，通过无线数据传送模块与外部远端设备连接。

2.根据权利要求1所述的基于管道流体发电的自驱动测温装置，其特征在于所述整流稳压系统、测温系统集成在一块芯片上。

3.根据权利要求1所述的基于管道流体发电的自驱动测温装置，其特征在于该装置有两种安装方式：一种是直接安装在主管道中，在主管道上需要测温的地方开一个测温孔，让测温探头伸入，在距离测温探头0.5m—1m的位置安装由测温系统、整流稳压系统、微型发电机及水轮所构成的装置主体；另一种是安装在旁通管中，在主管道上需要测温的地方开一个测温孔，让测温探头伸入，在旁通管上安装所述装置主体，配合电控旁通阀，远程控制装置的工作与停止。

4.根据权利要求1所述的基于管道流体发电的自驱动测温装置，其特征在于该装置能定时测温，定时测温方法有两种：一、通过提前设定时间控制开关闭合的时间，控制时间控制开关的闭合从而达到定时测温的目的；二、通过无线传输技术，远程控制时间控制开关的闭合，达到需要测温时控制开关立即闭合进行测温，不需要测温时控制时间控制开关断开。

5.根据权利要求1所述的基于管道流体发电的自驱动测温装置，其特征在于该装置的数据传送方式有两种：一种是采用温度数据实时显示方式；另一种是采用温度数据无线传输方式，依靠全球卫星定位系统，获得测点的安装位置。