ES2251132T3 - Registrador de valores de medicion para medir la temperatura en utensilios llenos de aceite, y metodo adecuado para medir la temperatura para el mismo. - Google Patents
Registrador de valores de medicion para medir la temperatura en utensilios llenos de aceite, y metodo adecuado para medir la temperatura para el mismo.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN RECEPTOR DE VALOR DE MEDICION PARA MEDICION DE TEMPERATURA, QUE MUESTRA UN SENSOR DE TEMPERATURA MODULADO CON GRADO DE EXPLORACION Y OTROS MEDIOS, QUE ESTAN DISPUESTOS CONJUNTAMENTE EN UNA CAJA DE UN TERMOMETRO DE RESISTENCIA HABITUAL. LA INVENCION SE REFIERE ADEMAS A UN PROCEDIMIENTO CORRESPONDIENTE, DONDE SE GENERA UNA SEÑAL SIMETRICA DE TIERRA, Y DONDE SE EVITAN LOS FALLOS ORIGINADOS POR MEDIO DE RADIACION EMV.
Description
Registrador de valores de medición para medir la
temperatura en utensilios llenos de aceite, y método adecuado para
medir la temperatura para el mismo.
La invención se refiere a un registrador de
valores de medición para medir la temperatura en utensilios llenos
de aceite, en especial para medir la temperatura de aceite de
transformadores e interruptores escalonados.
La invención se refiere asimismo a un
procedimiento adecuado para el uso de un registrador de valores de
medición de este tipo.
Para medir la temperatura de funcionamiento de
los aparatos antes citados, es decir, en especial su temperatura de
aceite, se utilizan hasta ahora normalmente termómetros de
resistencia eléctrica. Estos termómetros de resistencia eléctrica
pertenecen desde hace tiempo al estado de la técnica; son ofrecidos
por numerosos fabricantes, su estructura y sus dimensiones están
normalizadas. Para Alemania se aplica por ejemplo la DIN 42554 y
para otros países deben cumplirse otras normas. Para los EE.UU. y
Canadá son por ejemplo habituales uniones a rosca normalizadas de
los tipos 3/8'' NPT o 7/8 - 14 UNF. Fabricantes de termómetros de
resistencia eléctrica conocidos son p. ej. las empresas Messko
Hauser, Thermometerwerk Geraberg und Sika GMBH, todas alemanas, así
como Qualitrol Corp., N.Y., EE.UU.. Qualitrol ofrece p. ej., para
los fines aplicativos citados, termómetros de las series 165/167,
104, 104-400. Estas series constructivas se
describen en los folletos de empresa QT-150,
QT-165, QT-104-2, QT
104-321, QT 104-400 de la
fabricante.
En la fig. 1 se ha representado un termómetro de
resistencia eléctrica conocido. Se sumerge y atornilla por medio de
una unión roscada en una cavidad de termómetro en el respectivo
utensilio, cuya temperatura quiere medirse, y presenta en la región
inferior, que se atornilla, un tubo protector perforado con un
suplemento de medición instalado, intercambiable.
En la región superior, que sobresale del
respectivo utensilio, el termómetro de resistencia eléctrica
conocido posee uniones roscadas de cable para las líneas de medición
eléctricas a conducir afuera, así como casi siempre un dispositivo
de ventilación.
Un termómetro de resistencia eléctrica conocido
de este tipo como registrador de valores de medición así como el
procedimiento correspondiente para la verdadera medición de
temperatura, con el uso de este termómetro de resistencia eléctrica,
presentan una serie de inconvenientes. En primer lugar, por un lado
los termómetros de resistencia eléctrica conocido para medir la
temperatura de aceite necesitan, para su exacto funcionamiento, una
compensación de potencial entre la conexión de medición y la de
alimentación en forma de una conexión de tres o cuatro conductores.
Esto se ha representado por ejemplo en los documentos de empresa
QT-109-020,
QT-109-100, QT-DTM
de la empresa Qualitrol.
Asimismo resistencias de paso o una formación
indeseada de elementos, es decir, formación de capas extrañas,
pueden adulterar el resultado de la medición en los puntos de
fijación de las líneas de medición y alimentación.
Aparte de esto los termómetros de resistencia
eléctrica, en especial la verdadera resistencia de medición, son
sensibles a las posibles influencias de la REM y por ello hacen
necesarios medios de compensación adicionales. Por el término
"influencias de la REM" (REM representa con ello la abreviatura
de Resistencia Electromagnética) se entienden con ello influencias
negativas de campos electromagnéticos o electrostáticos que actúan
desde el exterior (llamados "electromagnetic enviroment",
"electromagnetic interferences"). Otro inconveniente estriba en
que la señal de medición, que se genera con dependencia del valor
dependiente de la temperatura de la resistencia de medición, debe
tratarse adicionalmente mediante un convertidor de valores de
medición, para ser apropiada para un aparato indicador o por ejemplo
un ordenador. Esto se basa en que la señal de salida de los
termómetros de resistencia eléctrica conocidos no es compatible para
aparatos de medición, etc. dispuestos a continuación. En los
termómetros de resistencia eléctrica conocidos la variación de
resistencia \Delta R depende de la temperatura \ominus, es decir
\DeltaR = f(\ominus). Sin embargo, los aparatos
electrónicos exigen niveles de señal normalizados, definidos con
precisión, dentro de un margen aproximado de 0...10 V y 0...20 mA,
en los EE.UU. también 0...1 mA. Esto hace imprescindible una
preparación o un tratamiento de señales.
Por último tampoco es posible una comprobación de
la capacidad operativa del termómetro de resistencia eléctrica y, de
este modo, de la seguridad y precisión de la medición de temperatura
en funcionamiento; los termómetros de resistencia eléctrica sólo
pueden comprobarse mediante una medición de referencia separada
adecuada.
Del documento US 3,798,432 se describe un aparato
para valorar los desarrollos de señal modulados en anchura de
impulso, que se obtienen a la salida de un dispositivo de
conmutación simétrico. Con ello se forma la suma algebraica de las
señales presentes en las salidas del dispositivo de conmutación, en
donde uno de los desarrollos de señal se transforma en una señal
simétrica, modificada.
Del documento EP 450 418 A2 se conoce asimismo un
dispositivo para transmitir una señal de entrada eléctrica modulada
en anchura de impulso, en donde la señal de entrada se guía a través
de un transformador, que entrega dos tensiones de salida en sentidos
opuestos. Mediante el guiado de señal antiparalelo descrito pueden
evitarse fallos, que son consecuencia del comportamiento de
respuesta específico de las etapas de valores umbrales.
La invención se ha impuesto la misión de eliminar
los inconvenientes de los sistemas conocidos y de indicar un
registrador de valores de medición así como un procedimiento de
valores de medición que funciones con el uso de un registrador de
valores de medición de este tipo, que permitan de forma sencilla una
detección de temperatura precisa y fiable, transmisión a distancia
de la señal de medición y elaboración ulterior de las informaciones
transmitidas de este modo.
Esta misión es resuelta conforme a la invención
mediante un registrador de valores de medición con las
particularidades de la primera reivindicación.
Esta misión es asimismo resuelta mediante un
procedimiento con las particularidades de la segunda reivindicación
subordinada.
El registrador de valores de medición conforme a
la invención para medir la temperatura funciona con sensor de
temperatura que, con independencia de la respectiva temperatura,
genera una señal de salida modulada en el grado de digitación; en
otras palabras: genera impulsos cuya respectiva relación de
digitación es una medida de la temperatura medida en un momento
dado. Por "modulada en el grado de digitación" se entiende por
tanto la relación en tiempo entre los flancos "High" y
"Low" dentro del impulso, expresada mediante la fórmula para el
grado de digitación, como se ha representado en la figura 4. Como se
explica, el respectivo grado de digitación es una medida de la
correspondiente temperatura; cuyo establecimiento a partir del mismo
es posible según la otra fórmula representada igualmente en la
figura 4.
Los sensores de temperatura modulados en el grado
de digitación ya son conocidos per se; son ofrecidos p. ej.
por la compañía Ginsbury, RU, aunque hasta ahora no se han
utilizado.
Según otra particularidad de la invención se
dispone de piezas constructivas adicionales, que sirven para
protegerse frente a perturbaciones electromagnéticas y cuyo
funcionamiento se explicará posteriormente con más detalle.
Asimismo se ha previsto un circuito de
conmutación de interfaz, que hace posible un cambio de polaridad de
una señal eléctrica y también se explicará posteriormente con más
detalle.
Según otra particularidad de la invención todas
las piezas constructivas citadas del registrador de valores de
medición están dispuestas en una carcasa normalizada, conocida, de
un termómetro de resistencia eléctrica. Por medio de esto queda
garantizada la plena compatibilidad; es sin más posible la
instalación del registrador de valores de medición conforme a la
invención en lugar de un termómetro de resistencia eléctrica en una
cavidad de termómetro en el transformador. Igualmente puede
ejecutarse sin más el reequipamiento a posteriori.
El registrador de valores de medición conforme a
la invención presenta frente al estado de la técnica una serie
entera de ventajas. En primer lugar por una parte hace posible de
forma sencilla la auto-supervisión, ya que la falta
de la señal de salida proporcional a la temperatura, modulada en el
grado de digitación, en el caso de una alimentación de corriente
intacta claramente un defecto. Asimismo ya no hace falta ningún
transformador de valores de medición y ningún convertidor A/C, y la
longitud de línea puenteable hasta un indicador remoto o un
tratamiento ulterior de la señal de medición digital, obtenida, es
bastante mayor que lo habitual hasta ahora. La señal de medición
presente en forma digital y transmitida puede tratarse directamente
mediante un microprocesa-
dor.
dor.
El procedimiento conforme a la invención y a la
reivindicación 2 se basa en el hecho de que el registrador de
valores de medición conforme a la invención, en el que se basa el
procedimiento, entrega una señal de salida dependiente de la
temperatura, modulada en el grado de digitación. En otras palabras:
se generan impulsos cuya relación de digitación respectiva es una
medida de la temperatura medida en ese momento. Esto ya se ha
explicado anteriormente con referencia a la figura 4.
Estas señales se guían mediante modos de conexión
RC o LC conocidos por sí mismos para protegerse frente a influencias
de la REM perturbadoras; por medio de esto se llega a una
rectificación de flancos de la señal de medición modulada en el
grado de digitación. Sin medidas adicionales esto conduciría
necesariamente a un error de medición. El término "influencias de
la REM" ya se explicó igualmente anteriormente. Por "modos de
conexión RC o LC" se entienden combinaciones conocidas de
resistencias y condensadores (RC) o inductividades y condensadores
(LC). "Rectificación de flancos" significa con ello que el
impulso ya no discurre estrictamente en forma de meandro, sino que
presenta flancos redondeados que difieren de la forma rectangular.
También para esto se hace referencia a la figura 4; allí se ha
representado arriba una señal estrictamente en forma de meandro, en
el centro se muestra después de la rectificación de flancos
descrita. Un paso de procedimiento adicional consiste en la
generación de un cambio de polaridad al principio de cada flanco de
la señal de medición, es decir, casi se introduce un punto cero
artificial en la curva de la señal de medición. A continuación puede
realizarse de forma sencilla una detección de los pasos por cero de
la señal de medición transformada de este modo y a partir de allí, a
su vez, la derivación de la información sobre la temperatura
medida.
La ventaja esencial del procedimiento conforme a
la invención estriba por lo tanto en que las rectificaciones de
flancos de la señal de medición modulada en el grado de digitación,
inevitables a causa de los elementos constructivos contra
influencias de la REM perturbadoras, se compensan de tal modo que,
con independencia de la clase y magnitud de tales rectificaciones,
puede derivarse una información objetiva sobre la temperatura medida
en cada caso en forma digital y transmitirse a un tratamiento
ulterior.
Una ventaja adicional del procedimiento estriba
en que puede evitarse cualquier tipo de error de temperatura. Esto
se tratará más adelante.
Por último está disponible la señal de medición
en forma digital, como ya se ha indicado, y como tal puede
transmitirse de forma sencilla digitalmente y a continuación
tratarse ulteriormente.
A continuación se explica con más detalle la
invención con base en dibujos, a modo de ejemplo.
Las figuras muestran:
la fig. 1 el contorno exterior de un termómetro
de resistencia eléctrica, que ya se ha explicado,
la fig. 2 el circuito de principio de un
registrador de valores de medición conforme a la invención,
la fig. 3 una representación esquemática del
desarrollo del procedimiento conforme a la invención,
la fig. 4 una representación igualmente
esquemática de la señal original en la salida del sensor, de una
señal defectuosa según el estado de la técnica y de una señal sin
error que puede tratarse ulteriormente conforme a la invención.
La fig. 2 muestra en representación esquemática
los diferentes componentes del registrador de valores de medición
conforme a la invención, que se encuentran todos en el interior de
la carcasa conocida de un termómetro de resistencia eléctrica.
Un componente esencial del registrador de valores
de medición es un sensor de temperatura VR1, que sirve para la
verdadera detección de temperatura. Está unido a un circuito de
conmutación de interfaz IC1. El circuito de conmutación de interfaz
IC1 hace posible un cambio de polaridad permanente de la señal de
medición transmitida por el sensor de temperatura VR1 y pone a
disposición la señal de medición modificada de este modo en sus
salidas A y B.
Las otras piezas constructivas D1, D2, D3, C1 y
C2 sirven para proteger contra la REM la disposición y el
registrador de valores de medición en su totalidad. R1 sirve con
ello para limitar la corriente de carga de C1 y de la corriente de
derivación de D3. De R1 x C1 se obtiene t_{z}, la constante de
tiempo eléctrica del aplanamiento de tensión, es decir, la
atenuación de la tensión de alimentación efectiva. C2 es el
condensador de carga de la tensión de alimentación del circuito de
conmutación IC1. D1 es un diodo rectificador para bloquear picos de
tensión negativos frente a la tensión de alimentación IC1. D2 tiene
la misma función frente a la tensión de alimentación de VR1. D3 es
un diodo limitador que se hace conductor al superar un nivel de
tensión definido.
El sensor de temperatura VR1 utilizado genera una
señal de salida proporcional a la temperatura, modulada en el grado
de digitación, con una frecuencia f de aprox. 3 kHz.
Entre los puntos de conexión GND y VCC se aplica
la necesaria alimentación de corriente, los puntos de conexión A y B
ponen a disposición la señal de medición tratada para su elaboración
ulterior o transmisión remota.
El sensor de temperatura VR1 posee una estructura
sensorial ahornada en un chip, de tal manera que puede prescindirse
de una calibración adicional.
Actualmente están disponibles comercialmente
sensores de temperatura correspondientes.
Esta señal de salida circula, para protegerse
frente a perturbaciones electromagnéticas, un circuito compuesto por
diferentes piezas constructivas; se produce una rectificación de
flancos y se obtiene una señal adicional S1, que difiere de la señal
S generada originalmente, estrictamente digital. La rectificación de
flancos explicada está obligada por las constantes de tiempo de las
piezas constructivas utilizadas.
A continuación se genera mediante un circuito de
conmutación de interfaz IC1 un cambio de polaridad de la señal S1 al
principio de cada flanco de esta señal S1 y, asimismo, una señal
adicional S2 simétrica a la tierra que sin embargo mantiene la
forma de la señal S1.
La rectificación de flancos de la señal S2
obtenida no puede influir negativamente en la relación de anchuras
de impulsos y de este modo en la medición de temperatura, ya que
como siguiente paso de procedimiento sólo se detectan los pasos por
cero de esta señal S2 simétrica a la tierra.
A continuación se detecta el respectivo tiempo
entre los diferentes pasos por cero de la señal S2 simétrica a la
tierra como medida de la temperatura T medida en cada caso, se
reproduce la señal de salida original S y por último se establece, a
partir de la señal de salida S reproducida, el grado de digitación
g(T) y a partir de éste a su vez la temperatura
correspondiente T.
En la fig. 4 se han representado esquemáticamente
una vez más las señales descritas S, S1 y S2. En la parte superior
de la representación puede verse la señal S estrictamente digital,
modulada en el grado de digitación en forma de meandro y
proporcional a la temperatura.
Igualmente se han indicado las fórmulas para el
establecimiento del grado de digitación g y para la relación entre
la temperatura T y el grado de digitación.
En la representación inferior se ha representado
la señal S1, después de haber circulado por el circuito REM, tal y
como se obtiene según el estado de la técnica. Aquí puede verse
claramente la rectificación de los flancos. Igualmente se ha
representado otro fenómeno, precisamente un error de tiempo que se
ha producido y con ello un error de temperatura en el caso de la
modulación en el grado de digitación tomada como base, que también
puede adulterar el resultado. Aquí hay que tener en cuenta que, como
consecuencia de las constantes de tiempo de las piezas constructivas
utilizadas para el circuito EMV también se modifica la relación de
digitación mediante una modificación del grado de digitación. Se
obtiene de este modo, en el caso de una variación temporal efectiva
\Deltat_{1}, designado a continuación como error de tiempo, la
siguiente relación:
t_{d} +
\Deltat_{1} / t_{p} + \Deltat_{1} \neq t_{d} /
t_{p}
Este estado técnico se ha representado en la fig.
4. La línea de puntos muestra los puntos de conmutación teóricos de
la señal, la línea a trazos y puntos muestra los valores prácticos
defectuosos, que se obtienen mediante las piezas constructivas
descritas así como la histéresis de conmutación que se produce
adicionalmente.
En la figura 4 se ha representado arriba la señal
S; se trata de la señal que se produce teóricamente en caso de
marcha en vacío de VR1. En el centro se ha representado la señal S1;
se trata de la señal real del sensor de temperatura VR1 cargado. A
su vez se ha representado por debajo la señal S2 generada conforme a
la invención. Aquí puede reconocerse claramente el cambio de
polaridad al principio de cada flanco en las dos salidas A, B.
Como se ha descrito, ahora puede establecerse de
forma sencilla el paso por cero respectivo de la señal S2 y
obtenerse, de los intervalos de tiempo intercalados, la misma
información que se obtiene también del grado de digitación, es
decir, de la relación de digitación de la señal original S: la
respectiva temperatura. En otras palabras: mediante medios
adecuados, por ejemplo un circuito comparador que contenga un
amplificador operativo con histéresis reducida, se genera a partir
de la señal generada S2 de nuevo la señal original S. Ni las
rectificaciones de flancos ni los errores adicionales a causa de las
constantes de tiempo que se producen influyen en el resultado y, de
este modo, la temperatura que puede establecerse exactamente.
Claims (2)
1. Registrador de valores de medición para medir
la temperatura en utensilios llenos de aceite, en especial
transformadores o interruptores escalonados, con
- un sensor de temperatura (VR1) que genera una
señal de salida (S) modulada en el grado de digitación, por medio de
que genera impulsos cuya respectiva relación de digitación es una
medida de la temperatura medida en un momento dado,
- piezas constructivas (D1, D2, D3, C1, C2), que
están conectadas al sensor de temperatura (VR1) y sirven para
protegerse frente a perturbaciones electromagnéticas, en donde a
partir de la citada señal de salida (S) se obtiene una señal
adicional (S1) bajo la influencia de estas piezas constructivas,
- un circuito de conmutación de interfaz (IC1),
que realiza un cambio de polaridad de la señal (S1) citada al
principio de cada flanco de la señal (S1) y entrega una señal
adicional (S2) simétrica a la tierra a una unidad de valoración, que
mantiene la forma de la señal (S1) transmitida por el sensor de
temperatura (VR1) e influenciada por las citadas piezas
constructivas (D1, D2, D3, C1, C2) y
- una carcasa de un termómetro de resistencia
eléctrica, en la que se han dispuesto el sensor de temperatura
(VR1), el circuito de conmutación de interfaz (IC1) y las citadas
piezas constructivas (D1, D2, D3, C1, C2).
2. Procedimiento para medir la temperatura en
utensilios llenos de aceite, en especial transformadores o
interruptores escalonados, en donde
- se genera una señal de salida (S) modulada en
el grado de digitación, dependiente de la temperatura, que contiene
impulsos cuya respectiva relación de digitación es una medida de la
temperatura medida en un momento dado,
- la señal de salida (S) generada es influenciada
por piezas constructivas que sirven para protegerse frente a
perturbaciones electromagnéticas, de tal modo que se obtiene una
señal adicional (S1),
- se genera un cambio de polaridad de la señal
(S1) citada al principio de cada flanco de esta señal (S1) y se
genera una señal adicional simétrica a la tierra, que mantiene la
forma de la citada señal (S1),
- se detectan los diferentes pasos por cero de la
señal (S2) simétrica a la tierra,
- se detecta el respectivo tiempo entre los
diferentes pasos a cero de la señal (S2) simétrica a la tierra como
medida de la temperatura (T) medida en cada caso,
- a continuación se reproduce la señal de salida
original (S), y
- se establece, a partir de la señal de salida
(S) reproducida, el grado de digitación (g(T)) y a partir de
éste a su vez la temperatura correspondiente (T).
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