CN216116420U - 温度测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种温度测量装置，涉及动力与电气科学技术领域。一种温度测量装置包括光纤测量组件，光纤测量组件包括光纤本体和光纤光栅，光纤本体设有多个光纤光栅，待测量主体包括管道，管道设置至少一个光纤光栅；激光调制器，激光调制器与光纤本体连接；激光调制器发射的激光沿光纤本体传输至光纤光栅，经光纤光栅反射后返回，经激光调制器接收并解调。本申请能够解决热电偶或热电阻测温方式导致成本高、系统复杂、占用空间较大等问题。

Description

温度测量装置

技术领域

本申请属于动力与电气科学技术领域，具体涉及一种温度测量装置。

背景技术

在各类工业锅炉上，工业锅炉的各设备的温度状况通常是使用热电偶或热电阻进行测量。然而，随着电站锅炉向着大容量、高参数机组方向发展，受热面管数量极其庞大，在各受热面管进、出口截面上，因吸热不均、流量不均和结构不均等因素造成炉管的壁温温差较大。

为了更加精确地监测炉管的温度，需要在炉管的侧壁上设置较多的温度测点，每个温度测点上分别设置热电偶或热电阻，从而需要大量的热电偶或热电阻，且每个热电偶或热电阻所需的补偿导线长达20至30米，进而导致测温系统较为复杂，成本较高，占用空间较大，生产实际中无法实现。

实用新型内容

本申请实施例的目的是提供一种温度测量装置，能够解决热电偶或热电阻测温方式导致测温系统复杂、成本高、占用空间大等问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

本申请实施例提供了一种温度测量装置，用于对待测量主体进行测温，该温度测量装置包括：

光纤测量组件，所述光纤测量组件包括光纤本体和光纤光栅，所述光纤本体设置有多个所述光纤光栅，所述待测量主体包括管道，所述管道的侧壁布置至少一个所述光纤光栅；

激光调制器，所述激光调制器与所述光纤本体连接，用于发射激光或者接收激光；

其中，所述激光调制器发射的激光沿所述光纤本体传输至所述光纤光栅，经由所述光纤光栅反射并沿所述光纤本体返回，返回的激光经由所述激光调制器接收。

在本申请实施例中，通过在管道的侧壁上布置光纤光栅，可以采用光纤光栅对管道侧壁的温度进行测量，相比于采用热电偶或热电阻测温方式，本申请可以通过多个光纤光栅对管道的侧壁进行测温，从而无需使用大量的热电偶或热电阻，且无需使用补偿导线，可以节省大量的金属材料和补偿导线，使成本大大降低，与此同时，由于减少了结构件，使得整个测温系统不再复杂，并且减少了相应的占用空间。

附图说明

图1为本申请实施例公开的温度测量装置的示意图；

图2为本申请实施例公开的光纤光栅在待测量主体上采用第一种方式布置的示意图；

图3为本申请实施例公开的光纤光栅在待测量主体上采用第二种方式布置的示意图；

图4为本申请实施例公开的光纤光栅在待测量主体上采用第三种方式布置的示意图；

图5为本申请实施例公开的光纤光栅在待测量主体上采用第四种方式布置的示意图；

图6为本申请实施例公开的温度测量方法的示意图。

附图标记说明：

100-光纤测量组件；110-光纤本体；120-光纤光栅；130-封装外套；

200-激光调制器；

300-待测量主体；310-管道；

400-集热块。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例进行详细地说明。

参考图1至图5，本申请实施例公开了一种温度测量装置，用于对待测量主体300进行测温。其中，待测量主体300可以是电站锅炉，通过该温度测量装置可以对电站锅炉的炉管进行测温，从而实现对电站锅炉各设备温度的监控，以保证电站锅炉的安全运行。除此以外，上述温度测量装置还可以应用至其他场景，本申请实施例不限制温度测量装置的应用场景。

参考图1，所公开的温度测量装置包括光纤测量组件100和激光调制器200。其中，光纤测量组件100包括光纤本体110和光纤光栅120，光纤本体110上设有多个光纤光栅120。可选地，光纤本体110可以是一长条形光纤结构，如，光纤线缆、光纤束等。多个光纤光栅120沿光纤本体110的长度方向间隔设置在光纤本体110上。与此同时，多个光纤光栅120还与光纤本体110连接，如此，可以实现光纤光栅120与光纤本体110之间的信号传输。可选地，本申请实施例中，可以采用FBG光纤光栅。

在一些实施例中，可以是将多个光纤光栅120直接刻写在光纤本体110上；除此以外，还可以是每个光纤光栅120与光纤本体110之间通过线束连接，此时，光纤光栅120可以相对于光纤本体110具有一定的距离，从而可以提高光纤光栅120安装的适应性和便捷性。

本申请实施例中，光纤测量组件100用于测量待测量主体300上的温度。其中，待测量主体300包括管道310，管道310的侧壁布置至少一个光纤光栅120。

可选地，当温度测量装置应用于锅炉时，上述管道310即为炉管，该炉管不限于电站锅炉、工业锅炉中的换热管，还可以是各类热交换器中的换热管，如，制冷器、空调等热交换产品中的换热管等。与此同时，上述管道310可以是小口径炉管，但不限于小口径管，也可以是更大直径的各类换热器和工质输送管等。

可选地，待测量主体300可以包括多根管道310，每一根管道310的侧壁分别设置一个光纤光栅120，此时，多个光纤光栅120可以对应设置在多个管道310上，且多个光纤光栅120与光纤本体110连接，从而可以通过多个光纤光栅120分别测量多个管道310上的温度。

可选地，待测量主体300可以包括多根管道310，并在每根管道310的侧壁设置多个光纤光栅120，此时，每一根管道310上的多个光纤光栅120可以沿管道310的长度方向设置，也可以沿管道310的外周设置，当然还可以根据实际需求选择其他的布置方式。如此，通过每一根管道310上的多个光纤光栅120可以同时检测侧壁上不同位置处的温度。

本申请实施例中，激光调制器200为温度测量装置中用于发射激光和接收激光的器件。其中，激光调制器200与光纤本体110连接，从而可以向光纤本体110发射激光，同时，还可以接收来自光纤本体110返回的激光。

在温度测量装置工作的过程中，由激光调制器200向光纤本体110发射一定波长的激光，当激光输送至光纤光栅120处时，一部分激光经光纤光栅120反射后沿光纤本体110返回，返回的激光经由激光调制器200接收并解调。

基于上述设置，当管道310上光纤光栅120所在位置的温度发生改变时，由于热胀冷缩作用，使得光纤光栅120的光栅条纹的周期发生变化，从而使经过光纤光栅120反射的激光的波长发生变化，经过激光调制器200接收并解调后，显示出温度数值。相比于热电偶或热电阻测温的方式，本申请实施例中通过光纤光栅120进行测温，具有动态范围大、灵敏度高、响应快、抗电磁干扰等优点，且适用于多点测温。与此同时，无需使用大量的热电偶或热电阻，且无需使用补偿导线，可以节省大量的金属材料和补偿导线，使成本大大降低，与此同时，由于减少了结构件，使得整个测温系统不再复杂，并且减少了相应的占用空间。另外，在光纤本体110上设置多个光纤光栅120，从而实现对待测量主体300进行多点温度测量，极大的简化了测温系统，提高了测量效率，满足工业需求，可以实现大规模的工业化应用。

本申请实施例中的温度测量装置可以应用于电站锅炉中，此时，光纤光栅120敷设在电站锅炉的炉管的侧壁上，且保证良好的接触，从而能够精确地反应炉管侧壁的温度，通过激光调制器200发射一定波长的激光，当光纤光栅120与炉管的接触区域的温度发生变化时，光纤光栅120的光栅条纹的周期发生变化，从而使经由光纤光栅120反射的激光的波长发生变化，激光调制器200接收反射回的激光后进行解调，从而显示出炉管上测温点的温度值。需要说明的是，有关激光调制器200的具体工作原理可参见相关技术，此处不做详细阐述。

进一步地，温度测量装置可以设置在电站锅炉的炉顶大包内，该炉顶大包可以看作是一个简化的保温箱，激光调制器200设置在电站锅炉外的常温环境中。当然，温度测量装置不限于设置在炉顶大包内，还可以设置在各中间联箱或炉内等。

参考图2，在第一种实施方式中，温度测量装置包括一组光纤测量组件100，待测量主体300包括多根并列排布的管道310，其中，该组光纤测量组件100中的光纤本体110沿多根管道310的排布方向延伸，且光纤本体110上的多个光纤光栅120与多个管道310一一对应连接。可选地，在一根光纤本体110上刻写多个光纤光栅120，将光纤本体110沿着多根管道310的排布方向延伸，也即，光纤本体110与多根管道310相连接，以使每根管道310上设置一个光纤光栅120，并且，每根管道310上的光纤光栅120均与光纤本体110实现连接。如此，可以通过光纤测量组件100对多根管道310上的温度进行分别测量，以获知每根管道310上的测温点的温度。此种情况下，无需每根管道310上均安装热电偶或热电阻，在一定程度上可以简化测量系统，并提高测量效率。

参考图3，在第二种实施方式中，温度测量装置包括多组光纤测量组件100，待测量主体300包括多根并列排布的管道310，多组光纤测量组件100沿管道310的延伸方向间隔设置。其中，每一组光纤测量组件100中的光纤本体110沿多根管道310的排布方向延伸，光纤本体110上的多个光纤光栅120与多根管道310一一对应连接。可选地，在每一组光纤测量组件100中的光纤本体110上刻写多个光纤光栅120，将每一组光纤测量组件100中的光纤本体110沿多根管道310的排布方向延伸，也即，使光纤本体110与多根管道310交叉设置。

基于上述设置，使得每一根管道310上设置多个光纤光栅120，且每一根管道310上的多个光纤光栅120分别连接于多组不同的光纤测量组件100中的光纤本体110。如此，可以通过多组光纤测量组件100中的光纤本体110分别传输每一根管道310上的光纤光栅120反射的激光，从而可以获知每一根管道310上各测温点的温度值。

与此同时，每一组光纤测量组件100中的光纤本体110上的多个光纤光栅120可以同时测量多根管道310上各测温点的温度值。

因此，通过多组光纤测量组件100可以在待测量主体300上形成网络化分布的测温点，从而可以实现对待测量主体300的全面覆盖，以对待测量主体300的温度进行全面监测，进而可以避免或消除由于监测不到位而导致管道310爆破等故障，大大提升了待测量主体300的安全性能。

此处需要说明的是，上述第二种实施方式中，多组光纤测量组件100可以共用一个激光调制器200，也即，多组光纤测量组件100中的各个光纤本体110均与同一个激光调制器200连接，从而可以通过该激光调制器200向各个光纤本体110发射激光，并且，经由各个光纤本体110返回的激光发送至同一个激光调制器200中进行解调，而后将解调后的数据发送至与激光调制器200连接的控制单元进行处理。当然，还可以是每组光纤测量组件100分别应用一个激光调制器200，而后将多个激光调制器200分别与控制单元连接，以将每个激光调制器200解调后的数据发送至控制单元，最终由控制单元处理数据。

参考图4，在第三种实施方式中，温度测量装置包括一组光纤测量组件100，其中，该组光纤测量组件100中的光纤本体110沿管道310的长度方向延伸，也即，光纤本体110的延伸方向与管道310内工质的流向相同或相反，且光纤本体110上的多个光纤光栅120间隔地连接于同一根管道310的侧壁。基于上述设置，可以通过一组光纤测量组件100中的多个光纤光栅120测量一根管道310上各个测量点的温度值。该种实施方式，可以应用于一些特殊场合，例如，一些管道310的温度相对较高，需要单独监测，此时，可以单独在这些管道310上设置多个光纤光栅120，对这些管道310进行检测，以保证这些管道310的温度不至于过高，在此基础上，其他管道310的温度同样不会过高。

此处需要说明的是，上述第三种实施方式可以有针对性在管道310上布置光纤光栅120，在一定程度上可以减少光纤光栅120的应用数量，从而降低投入成本。

参考图5，在第四种实施方式中，温度测量装置包括多组光纤测量组件100，待测量主体300包括多根并列排布的管道310，且每一组光纤测量组件100与每一根管道310一一对应；其中，每一组光纤测量组件100中的光纤本体110沿对应的管道310的长度方向延伸，且光纤本体110上的多个光纤光栅120间隔地连接于管道310的侧壁。可选地，每一组光纤测量组件100中的光纤本体110上刻写多个光纤光栅120，从而可以通过每一组光纤测量组件100中的多个光纤光栅120对所对应的管道310上的多个测温点进行测温。

基于上述设置，使得每一组光纤测量组件100对每一根管道310进行单独测温，从而获知每一根管道310上不同位置处的温度值。

因此，通过多组光纤测量组件100可以在待测量主体300上形成网络化分布的测温点，并通过数学方法确定待测量主体300上的温度场分布，从而可以实现对待测量主体300的全面覆盖，以对待测量主体300进行全面监测，进而可以避免或消除由于监测不到位而导致管道310爆破等故障，大大提升了待测量主体300的安全性能。

此处需要说明的是，上述第四种实施方式中，多组光纤测量组件100可以共用一个激光调制器200，还可以每一组光纤测量组件100独立应用一个激光调制器200，本申请实施例中不受限制。

当然，除了上述各实施方式之外，还可以采用其他方式，只要能够实现对待测量主体300进行测温即可，本申请实施例中不限制光纤光栅120在待测量主体300上的布置方式。

在一些实施例中，相邻的两个光纤光栅120之间的距离大于或等于7mm，具体包括7mm、8mm、10mm、15mm、20mm等。可选地，可以是同一组光纤测量组件100中的光纤本体110上的相邻的两个光纤光栅120之间的距离大于或等于7mm，还可以是相邻的两组光纤测量组件100中各自的光纤光栅120之间的距离大于或等于7mm。基于上述设置，一方面可以保证光纤光栅120在待测量主体300上的正常分布，另一方面，还可以实现对待测量主体300的密集测量，以提升测量精度。

为了实现光纤光栅120与管道310之间的连接，本申请实施例中可以在管道310的外壁设置集热块400，光纤光栅120固定于集热块400。通过设置集热块400，一方面可以将光纤光栅120固定在管道310的侧壁，另一方面，还可以起到一定的集热作用，以使光纤光栅120能够更加精确地测量管道310侧壁的温度值。可选地，集热块400可以是铜块、铁块等。

在其他实施例中，还可以采用焊接、粘接、绑扎或卡接等方式将光纤光栅120固定于管道310的侧壁，以保证光纤光栅120与管道310侧壁之间接触良好。

为进一步提升测量精度，可以对光纤光栅120与管道310的侧壁之间的接触区域进行保温，以降低测量误差。

参考图1，在一些实施例中，光纤测量组件100还包括封装外套130，该封装外套130包覆在光纤本体110的外侧，如此，通过封装外套130可以对光纤本体110及光纤光栅120进行保护，与此同时，还可以对光纤本体110起到支撑作用。

可选地，封装外套130的材质为金属材质，也即，光纤本体110和光纤光栅120采用金属化封装方式，以进行保护和支撑。其中，封装外套130可以采用不锈钢管。

可选地，采用金属化封装的光纤测量组件100整体线径较细，一般可达0.5mm至6mm，包括：0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm等，本申请实施例中不限制光纤测量组件100的具体线径。基于上述设置，使得光纤测量组件100具有良好的挠性，且具有良好的弯曲性能。

为了实现对待测量主体300的温度的监控，本申请实施例中的温度测量装置还包括控制单元，其中，激光调制器200与该控制单元连接，以进行信息交互。可选地，激光调制器200可以与数据监视、控制中心可以有多种数据交互或通讯方式，如，光纤、同轴电缆或RJ45网线接口等。

参考图1至图6，本申请实施例还公开了一种温度测量方法，所公开的温度测量方法包括：

S101：通过激光调制器200向光纤本体110发射激光，并使激光沿光纤本体110传输至光纤光栅120；

S102：通过光纤光栅120发射激光，并使激光沿光纤本体110返回；

S103：通过激光调制器200接收返回的激光并解调，以获得光纤光栅120所对应的测温点的温度值。

本申请实施例中，将光纤光栅120布置在待测量主体300上，光纤光栅120与光纤本体110连接，如此，通过激光调制器200发射的激光可以经过光纤本体110向光纤光栅120传输，当激光到达光纤光栅120处后，受到光纤光栅120的反射作用，而后沿着光纤本体110返回，并由激光调制器200接收，解调。在上述过程中，当光纤光栅120所对应的测温点的温度发生变化时，由于热胀冷缩作用，使得光纤光栅120的光栅条纹的周期发生变化，从而使经过光纤光栅120反射的激光的波长发生变化，返回后经激光调制器200解调后显示出测温点的温度值，从而实现温度的测量。

综上所述，本申请实施例可以解决常规测温系统整体复杂、导引线长、成本高、不能做到全面覆盖、无法全面监测温度，且无法避免因超温爆破的问题；本申请实施例提供的测温方案易于实现，成本较低、技术成熟，可以做到待测量主体300的全面监测，且不限于高温受热面，还可以适用于低温受热面等。

本申请实施例中，当上述温度测量装置应用于锅炉，以对锅炉的炉管进行测温时，可以对所有的炉管进行温度检测，从而为锅炉燃烧、炉内温度场分析，炉管水动力特性分析、高温炉管氧化皮脱落及生成情况，以及各类热量偏差和不均的成因提供可靠的技术分析数据。通过全覆盖的炉管壁温分析，及时发现超温炉管，从而采取相应的措施，防止炉管因过热而爆管，从而从根本上避免了因炉管过热爆管造成的机组的非计划停运，因此，为企业的安全经济稳定运行提供可靠的保障。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种温度测量装置，用于对待测量主体(300)进行测温，其特征在于，包括：

光纤测量组件(100)，所述光纤测量组件(100)包括光纤本体(110)和光纤光栅(120)，所述光纤本体(110)设置有多个所述光纤光栅(120)，所述待测量主体(300)包括管道(310)，所述管道(310)的侧壁布置至少一个所述光纤光栅(120)；

激光调制器(200)，所述激光调制器(200)与所述光纤本体(110)连接，用于发射激光或者接收激光；

其中，所述激光调制器(200)发射的激光沿所述光纤本体(110)传输至所述光纤光栅(120)，经由所述光纤光栅(120)反射并沿所述光纤本体(110)返回，返回的激光经由所述激光调制器(200)接收并解调。

2.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述温度测量装置包括一组所述光纤测量组件(100)，所述待测量主体(300)包括多根并列排布的所述管道(310)；

所述光纤测量组件(100)中的所述光纤本体(110)沿多根所述管道(310)的排布方向延伸，所述光纤本体(110)上的多个光纤光栅(120)与多根所述管道(310)一一对应连接。

3.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述温度测量装置包括多组所述光纤测量组件(100)，所述待测量主体(300)包括多根并列排布的所述管道(310)，多组所述光纤测量组件(100)沿任一根所述管道(310)的延伸方向间隔设置；

每一组所述光纤测量组件(100)中的所述光纤本体(110)沿多根所述管道(310)的排布方向延伸，所述光纤本体(110)上的多个光纤光栅(120)与多根管道(310)一一对应连接。

4.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述温度测量装置包括一组所述光纤测量组件(100)；

所述光纤测量组件(100)中的所述光纤本体(110)沿所述管道(310)的长度方向延伸，所述光纤本体(110)上的多个所述光纤光栅(120)间隔地连接于所述管道(310)的侧壁。

5.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述温度测量装置包括多组所述光纤测量组件(100)，所述待测量主体(300)包括多根并列排布的所述管道(310)，每一组所述光纤测量组件(100)与每一根所述管道(310)一一对应；

每一组所述光纤测量组件(100)中的所述光纤本体(110)沿对应的所述管道(310)的长度方向延伸，且所述光纤本体(110)上的多个所述光纤光栅(120)间隔地连接于所述管道(310)的侧壁。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的温度测量装置，其特征在于，相邻的两个所述光纤光栅(120)之间的距离大于或等于7mm。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的温度测量装置，其特征在于，所述管道(310)的侧壁设有集热块(400)，所述光纤光栅(120)固定于所述集热块(400)；

或者，所述光纤光栅(120)通过焊接、粘接、绑扎或卡接的方式固定于所述管道(310)的侧壁。

8.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述光纤测量组件(100)还包括封装外套(130)；

所述封装外套(130)包覆在所述光纤本体(110)的外侧，和/或，所述封装外套(130)的材质为金属材质。

9.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述光纤测量组件(100)的外径尺寸范围为0.5mm至6mm。

10.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述温度测量装置还包括控制单元，所述激光调制器(200)与所述控制单元连接，以进行信息交互。

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