KR20170113386A - 비-간섭성 온도 측정 장치 - Google Patents

비-간섭성 온도 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 공정 산업 설비의 적어도 부분적으로 단열된 튜브(2) 내에서 유체 온도를 측정하기 위한 비-간섭성 온도 측정 장치에 관한 것으로서, 이 경우 튜브(2)는 적어도 측정 지점에서는 단열 층(8, 8')에 의해서 완전히 둘러싸여 있으며, 이 경우 단열 층(8, 8') 내부에서는 온도 센서(4)를 갖춘 센서 전자 장치(5)가 튜브(2) 상에 장착되어 있으며, 단열 층(8, 8') 외부에는 연결 전자 장치(6)가 배치되어 있으며, 그리고 이 경우 센서 전자 장치(5) 및 연결 전자 장치(6)는 센서 전자 장치(5)에 에너지를 공급하기 위하여 무선 에너지 전달부(11)를 위한 수단(17, 27), 및 센서 전자 장치(5)로부터 연결 전자 장치(6)로 온도 측정 값을 전송하기 위하여 무선 통신부(12)를 위한 수단(18, 28)을 구비한다.

Description

비-간섭성 온도 측정 장치{NON-INTRUSIVE TEMPERATURE MEASURING DEVICE}
본 발명은, 공정 산업 설비의 적어도 부분적으로 단열된 튜브들 내에서 유체 온도를 측정하기 위한 비-간섭성 온도 측정 장치에 관한 것이다.
지금까지는 주로 다양한 단점들과 결부된 내장형 해결책들(간섭성)이 공지되어 있다: 온도 센서는 가급적 미리 설비 구조에 내장되어야만 했다. 개장이 필요한 경우에는,
- 센서를 위한 내장용 개구가 이미 존재해야만 하거나,
- 천공하고 그 내부에 보호관(thermo well)이 용접되어야만 한다. 이 보호관 내부로 온도 센서가 삽입된다. 작동 진행 중에는 삽입이 불가능하기 때문에, 설비가 일시적으로 스위치 오프 되어야만 한다. 이와 같은 해결책은 예를 들어 공개문 http://www.burnsenengineering.com/local/local/uploads/files/snx family.pdf20에 공지되어 있다. 이 공개문에서 이와 같은 해결책은 비-간섭성으로서 지칭되는데, 그 이유는 고유의 센서가 유체 내부에 잠기지(immersing) 않기 때문이다.
비-간섭성 센서 해결책의 경우에는, 센서가 튜브 외부에 배치되고, 튜브 온도의 측정을 통해서 유체 온도를 간접적으로 추론한다. 이 경우에 존재하는 문제점은, 대부분 유체 온도와 상이한 주변 온도로 인해 튜브 벽 및 상황에 따라서는 경계 층을 가로질러 유체와 주변 사이에서 열 흐름이 발생 되고, 이 열 흐름이 앞에 접속된 열 저항을 통해서 상응하는 온도차를 야기하고, 이로써 결함이 있는 온도 측정을 야기한다는 것이다.
상기와 같은 차이점들을 가급적 적게 (가급적 1K 미만으로) 유지하기 위하여, 그 중에서도 튜브 둘레로 단열이 제공되며, 이와 같은 단열은 방사 방향으로의 열 흐름을 줄여주고, 이로써 온도 측정의 오류를 감소시킨다. 이 경우에 존재하는 문제점은, 공지된 해결책들에서는 필요한 전기적 및 기계적 센서 단자에 의해 센서 근처에서 단열이 중단되고, 열의 일부분이 상기 단자들을 통해서 방사 방향으로 유출된다는 것이다. 상기 열 흐름은 또 다른 측정 오류를 발생하고, 다른 한 편으로는 곡선의 튜브 표면에 대한 센서의 매우 우수한 열적 결합을 요구한다. 그러나 이와 같은 조치는, 개장 적용 예들에서는 비싼 비용을 소비해야만 비로소 실행될 수 있다. 이와 같은 상황이 발생하는 이유는, 특히 센서 요소(일반적으로 Pt100)를 통해서 접속된 전자 장치가 튜브 벽에 대하여 전기적으로 절연되어야만 하기 때문이다. 센서 요소의 매립은 우선 전기적인 강도에 맞추어 설계되어야만 하며, 그렇기 때문에 추후에 비로소 우수한 열적 접촉에 최적화될 수 있다. 이와 같은 상황은 필연적으로 열적 결합의 불량을 유도하는데, 그 이유는 전기 전열 재료들이 또한 열 전도 측면에서도 불량이기 때문이다. 일반적으로, Pt100은 온도 감지기의 캡 내에서 수 밀리미터의 세라믹 분말에 의해 둘러싸여 있다.
센서 근처에서 상응하는 열 흐름을 줄이기 위하여, 센서 라인이 우선 약간의 거리를 두고 축 방향으로 튜브를 따라서 안내되는 대안적인 해결책들도 단점들을 갖고 있다. 이와 같은 단점들은 한 편으로는 상당한 설치 비용과 결부되어 있다. 또한, 사람들은 이와 같은 단점들로 인해 Pt100과 튜브 사이에서의 높은 열 저항의 문제점을 해결하지 못하며, 오히려 폐쇄된 절연 방식에 의해서 다만 주변에 대한 열 저항만을 증가시킨다. 그럼으로써, 정적인 상태에서의 절대적인 정확성은 개선되지만, 센서의 응답 시간은 개선되지 않는다. 하지만, 센서의 신속한 응답도 마찬가지로 필요하다.
온도를 측정하기 위한 무선 방법이 다양한 적용 예들로부터 공지되어 있지만, 온도 측정의 목적과 고유한 측정 지점 사이에 피할 수 없는 그리고 무시할 수 없는 열 저항이 존재하는 경우에는, 개선된 측정 정확성을 배경으로 하지 않는다.
간행물 http://www.sengenuity.com/tech ref/Smart Grid Solutions Leveraging SAW.pdf에는, 배터리 또는 에너지-수확(Energy-Harvesting)-방법을 필요로 하지 않으면서, SAW-센서를 이용해서, 스위칭 설비 내에 고정된 도체 요소 및 접촉 요소들의 온도를 전위 없이 모니터링하기 위한 무선 측정이 공지되어 있다.
US 8,152,367 B2호에는, 용기를 관통시킬 필요 없이, 폐쇄된 용기 내에서 간섭성으로 온도를 측정하는 방식이 기술되어 있다.
INTERNATIONAL JOURNAL ON SMART SENSING AND INTELLIGENT SYSTEMS, VOL. 4, NO. 2, JUNE 201에서, http://www.s2is.org/Issues/v4/n2/papers/paper10.pdf에는, 회전하는 기계 상에서 기계적인 접촉 없이 온도를 측정하는 방식이 공지되어 있다.
본 발명의 과제는, 튜브의 단열에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 높은 측정 정확도로 유체 온도를 결정하는, 공정 산업 설비의 튜브들 내에서 유체 온도를 측정하기 위한 비-간섭성 온도 센서를 제공하는 것이다.
상기 과제는, 본 발명에 따른 특허 청구항 1의 특징들에 의해서 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 명시되어 있다.
본 발명은, 비-간섭성 온도 측정 장치가 설치된 튜브로부터 출발한다.
본 발명에 따르면, 유체 온도를 비-간섭성으로 결정하기 위한 측정 장치는, 적어도 측정 지점에서 단열 층에 의해 완전히 둘러싸인 튜브 내에 제공되어 있으며, 그 단열 층은 온도 센서를 갖춘 센서 전자 장치 그리고 처리 유닛, 통신 유닛 및 에너지 공급 유닛을 갖춘 연결 전자 장치로 이루어지며, 이 경우 센서 전자 장치는 상기 주변을 둘러싸는 단열 층 내부에 배치되어 있고, 연결 전자 장치는 상기 단열 층 외부에 배치되어 있다. 연결 전자 장치 및 센서 전자 장치는, 에너지 공급 유닛으로부터 센서 전자 장치에 에너지를 공급하기 위한 무선 에너지 전달 수단, 및 센서 전자 장치로부터 연결 전자 장치로 온도 측정 값을 전송하기 위한 무선 통신 수단을 구비한다. 센서 전자 장치의 온도 센서는 직접적으로 또는 접촉 면적을 확대하기 위한 열 접촉 중계기(튜브 어댑터)를 통해서 튜브의 외부 표면에 배치되어 있다.
주변에 대해 단열된 튜브의 경우에는, 튜브 벽이 유체 온도를 감지한다. 이로써, 온도 센서도 거의 지연 없이 튜브 벽의 온도 - 다시 말해 유체 온도 - 를 감지한다. 그 결과, 유체 온도는 높은 측정 정확도로 그리고 측정 장치의 짧은 응답 시간으로 측정된다. 그와 동시에, 연결 전자 장치는 튜브 벽에 대하여 전기적으로 완전히 절연되어 있다.
센서 전자 장치와 연결 전자 장치 사이에서 이루어지는 에너지 및 측정 값의 무선 전송의 결과로, 단열 층이 측정 지점에서 중단되지 않음으로써, 결과적으로 열적인 손실 그리고 이로 인해 야기되는 측정 값 변조가 피해진다.
본 발명의 또 다른 장점들 및 세부 사항들은 실시예들의 범위 안에서 기술된다. 이를 위해서 필요한 도면들, 즉
도 1은 비-간섭성 측정 장치를 갖춘 튜브의 횡단면도를 도시하고,
도 2는 비-간섭성 측정 장치를 갖춘 튜브의 종단면도를 도시하며,
도 3은 온도 센서의 열 접촉 중계를 위한 기계적인 구조의 상세도를 도시하고,
도 4는 온도 센서의 열 접촉 중계를 위한 기계적인 구조의 대안적인 상세도를 도시하며,
도 5는 센서 전자 장치 및 연결 전자 장치의 상세도(블록 다이어그램)를 도시하고,
도 6은 센서 전자 장치의 기계적인 구조의 상세도를 도시하며, 그리고
도 7은 측정 지점에서의 온도 분포를 그래픽 도면으로 도시한다.
도 1에는, 비-간섭성 측정 장치를 구비하는 유체(1)를 안내하기 위한 튜브(2)가 횡단면도로 도시되어 있으며, 도 2에는 동일한 수단에 대하여 동일한 참조 부호를 사용해서 종단면도로 도시되어 있다. 튜브(2)는 측정 지점에서 주변을 둘러싸는 단열부(8, 8') 내부에 완전히 매립되어 있다. 이때, 단열부(8, 8')는 일체형으로 형성될 수 있거나 복수의 부분(8, 8')으로부터 조립될 수 있다. 단열부(8, 8')는 추후에 외부에서 튜브(2)에 설치될 수 있고, 기계적인 고정을 위한 장치(10)에 의해서 튜브(2) 둘레에 조여져서 자신의 위치에 고정된다.
튜브(2)의 표면에서 단열부(8, 8') 내부에는, 센서 전자 장치(5)와 연결되어 있는 온도 센서(4)가 배치되어 있다. 온도 센서(4) 및 센서 전자 장치(5)는 튜브 어댑터(3)와 공동으로 튜브(2)의 표면에 장착되어 있다. 튜브 어댑터(3)는 튜브 측에서는 튜브(2)의 외부 직경에 매칭되어 있고, 센서 측에서는 온도 센서(4) 및 센서 전자 장치(5)의 윤곽에 매칭되어 있다. 그럼으로써, 온도 센서(4)와 튜브(2)의 표면 사이에서 우수한 열 접촉에 도달하게 된다. 온도 센서(4), 센서 전자 장치(5) 및 튜브 어댑터(3)는 이 지점에서 튜브(2)를 완전히 둘러싸는 단열부(8, 8') 내부에 매립되어 있다. 그럼으로써, 측정 지점에서 방사 방향의 그리고/또는 축 방향의 열 흐름에 의한 온도 변동이 피해지고, 측정 정확도가 증가한다.
단열부(8, 8') 외부에는, 지지부(9)에 의해서 자신의 위치에 고정되어 있는 연결 전자 장치(6)가 배치되어 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 연결 전자 장치(6)가 접속 케이블(7)을 통해서 국부적인 디스플레이 유닛(20)과 연결되어 있다.
단열부(8, 8')는 폼(foam) 재료, 바람직하게는 경질 폼으로 이루어지며, 단열부(8, 8')에는 온도 센서(4) 및 센서 전자 장치(5)를 수용하기 위한 리세스가 장착되어 있다. 바람직한 방식으로, 단열부(8, 8')는 2개 부분으로 구현되어 있다. 그럼으로써, 사전에 이미 설치된 튜브(2)의 개장이 용이해진다. 이와 같은 장점은 특히 추후의 개장(retrofit)시에 효과를 발휘한다.
본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 단열부(8, 8')는 기하학적으로 접선을 따라서 튜브(2)의 표면에 분할되어 있다. 그럼으로써, 더 긴 시간 동안의 분리 갭에 의한 방사 방향 분할에 대하여 개선된 단열에 도달하게 된다. 바람직하게, 온도 센서(4)는 단열부(8)의 절반 셀 중앙에 배치되어 있다. 그럼으로써, 단열부(8, 8')의 절반 셀들 사이에 있는 분할 갭에서의 열 손실 작용이 피해진다.
본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 방사 방향의 열 손실을 최소로 줄이기 위하여, 단열부(8, 8')는 충분한 방사 방향 재료 두께 및 충분히 높은 열 저항을 갖는다. 이때, 센서 온도와 유체 온도 간의 최대 온도 차는 1K 미만인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 고정부(10)는 단열부(8, 8')를 둘러싸는 금속 클램프 또는 밴드로 이루어지고, 이들 금속 클램프 또는 밴드는 잠금 기계 장치를 구비한다. 이와 같은 잠금 기계 장치는 폴딩 레버(folding lever) 또는 나사 결합 가능성을 가질 수 있다. 더 나아가, 국부적인 디스플레이 유닛(20)의 지지체로서의 고정부(10)는 원격 통신을 위한 인터페이스와 함께 하나의 상위 유닛으로 형성되어 있다.
도 3에는, 온도 센서(4)의 열 접촉 중계의 기계적인 구조가 상세하게 도시되어 있다. 튜브 어댑터(3)는 튜브 측에서는 튜브(2)의 기하학적인 형상에 매칭되어 있고, 튜브(2)로부터 떨어져서 마주하는 측에서는 온도 센서(4) 및 센서 전자 장치(5)의 윤곽에 매칭되어 있다.
제1 실시예에서, 튜브 어댑터(3)는 열 전도성의 탄성적인 지지체 재료로부터 형성되어 있다. 특히, 튜브 어댑터(3)로서는, 열 전도성 재료로 채워져 있고 고무로 이루어진 지지체가 제공될 수 있다.
제2 실시예에서, 튜브 어댑터(3)는, 압력하에서 튜브(2)의 표면의 구체적인 윤곽에 매칭되어 있는 변형 가능한 금속 폼으로 이루어진다. 이 목적을 위해서는 특히 은 또는 알루미늄으로 이루어진 금속 폼이 적합하다.
도 4에 따르면, 온도 센서(4)의 구조적 형상에 따라, 평평한 온도 센서(4)를 센서 전자 장치(5)에 대해 평행하게 튜브 어댑터(3)와 센서 전자 장치(5) 사이에 배치하는 것이 제공될 수 있다.
대안적으로는, 온도 센서(4)를 센서 전자 장치(5)의 지지체(회로 기판) 상에 통합하는 것 그리고 튜브(2)로부터 떨어져서 마주하는 튜브 어댑터(3)의 측을 온도 센서(4) 및 센서 전자 장치(5)의 윤곽에 매칭시키는 것도 제공될 수 있다. 이때, 온도 센서(4)는 튜브(2)로부터 떨어져서 마주하는 센서 전자 장치(5)의 측에 배치될 수 있거나, 튜브(2)를 향하는 센서 전자 장치(5)의 측에 온도 센서(4')로서 배치될 수 있다.
본 발명을 개선하는 조치로서, 튜브 어댑터(3)와 온도 센서(4) 사이에 그리고/또는 튜브 어댑터(3)와 튜브(2) 사이에 열 전도성 페이스트가 제공될 수 있다. 대안적으로는, 열 전도성 접착제를 사용해서 온도 센서(4)를 튜브 어댑터(3) 상에 고정시키는 것도 제공될 수 있다.
더 나아가서는, 적어도 온도 센서(4)를 튜브(2)를 향해 가압하는 스프링에 의해서 튜브(2)에 대한 온도 센서(4)의 열 결합이 개선될 수 있다. 온도 센서(4)의 구조적 형상에 따라, 센서 전자 장치(5)가 강제 결합 방식의 연결부에 포함될 수 있다.
도 5에는, 센서 전자 장치(5) 및 연결 전자 장치(6)가 상세하게 도시되어 있다. 센서 전자 장치(5)는 하나 이상의 아날로그 신호 처리부(13), 관련 송신 및 수신 안테나(18)를 갖춘 송/수신 유닛(16)을 포함한다. 더 나아가, 바람직한 실시예에서는, 센서 전자 장치(5)에 아날로그/디지털 변환기(14)도 설치되어 있다. 더 나아가, 센서 전자 장치(5)에는 에너지 공급 유닛(15) 및 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(17)이 설치되어 있다. 온도 센서(4)는 아날로그 신호 처리부(13)에 접속되어 있다.
연결 전자 장치(6)는 에너지 공급 유닛(25), 송/수신 유닛(26) 및 통신 인터페이스(19)를 포함한다. 에너지 공급 유닛(25)에는 센서 전자 장치(5)의 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(27)이 할당되어 있다. 송/수신 유닛(26)은 송신 및 수신 안테나(28)와 연결되어 있다. 외부 통신(29)은 통신 인터페이스(19)를 통해서 이루어진다.
센서 전자 장치(5)는 연결 전자 장치(6)의 에너지 공급 유닛(25)으로부터 무선으로 전기 에너지를 공급 받는다. 이 목적을 위해, 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(27)이 교류에 의해서 여기된다. 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(27)의 교번 자장 내에서는, 센서 전자 장치(5)의 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(17) 내에서 전압이 유도되며, 이 전압은 센서 전자 장치(5)에 에너지를 공급하기 위한 에너지 공급 유닛(15) 내에서 처리된다.
바람직한 방식으로, 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(17 및 27)은, 센서 전자 장치(5) 및 연결 전자 장치(6)의 회로 기판상에 인쇄된 평면형 코일로서 형성되어 있다. 대안적으로는, 전자식 스위칭 회로 내부에 집적된 평면형 코일도 제공될 수 있다. 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(17 및 27) 간의 유도성 결합은 바람직하게 MHz-범위 안에서 이루어진다. 그럼으로써, 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(17 및 27)의 구조적 크기가 작아진다. 본 발명을 개선하는 또 다른 한 가지 조치는, 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(17 및 27)에 개방된 페라이트 코어와 같은 강자성 재료를 제공하는 것에서 알 수 있다. 이와 같은 조치에 의해서는, 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(17 및 27) 간의 유도성 결합이 더욱 개선된다.
본 발명의 대안적인 일 실시예에서는, 연결 전자 장치(6)로부터 센서 전자 장치(5)로 GHz-범위 안에서 전기 에너지를 전달하는 것 그리고 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(17) 대신에 SAW-센서를 에너지 수신의 목적으로 배치하는 것도 제공될 수 있다.
본 발명의 대안적인 또 다른 일 실시예에서는, 연결 전자 장치(6)로부터 센서 전자 장치(5)로 광학 범위 안에서 전기 에너지를 전달하는 것이 제공될 수 있다. 이 경우에는, 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(27) 대신에 가시광선 송신 범위 안에 있거나 적외선 송신 범위 안에 있는 발광 다이오드가 제공되었고, 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(17) 대신에 광 전지가 제공되었다.
온도 센서(4)는 온도에 의존하는 저항으로서, 열전 소자로서 또는 배리어 층 반도체로서 형성될 수 있다. 온도 센서(4)의 측정 신호는 센서 전자 장치(5) 내에서 예비 처리된다. 제1 처리 단계에서는, 측정 신호가 아날로그 신호 처리부(13) 내에서, 후속적으로 아날로그/디지털 변환기(14) 내에서 이루어지는 디지털화를 위해 준비된다. 디지털화된 측정 신호는 관련 송신 및 수신 안테나(18)를 갖춘 송/수신 유닛(16)을 통해서 연결 전자 장치(6)로 무선으로 전송된다.
송신된 측정 신호는 송/수신 유닛(26)의 송신 및 수신 안테나(28)에 의해서 수신되고, 통신 인터페이스(19)로 계속 전송된다. 통신 인터페이스(19)는 도면에 도시되지 않은 상위 장치와 연결되어 있다. 상기 상위 장치와의 통신(29)은 무선 또는 유선으로 이루어질 수 있다.
센서 전자 장치(5)와 연결 전자 장치(6) 사이에는 무선 통신부(12)가 제공되어 있으며, 이 무선 통신부를 통해서 온도 및 선택적으로 또 다른 정보가 센서 전자 장치(5)로부터 판독 출력될 수 있다. 양방향 통신의 경우에는, 또한 트리거 신호 또는 구성 명령도 연결 전자 장치(6)로부터 센서 전자 장치(5)로 전송될 수 있다.
도 6에는, 센서 전자 장치(5)의 기본적인 공간적 배치 상태가 도시되어 있다. 튜브(2)의 튜브 축(23)을 따라서, 센서 전자 장치(5) 상에 유도성 에너지 공급부를 위한 코일(17), 온도 센서(4) 그리고 송신 및 수신 안테나(18)가 종방향으로 연속해서 배치되어 있다. 온도 센서(4)는 바람직한 방식으로 또한 센서 전자 장치(5)와 함께 하나의 기판상에 집적될 수도 있다. 특히, 온도 오류를 피하기 위하여, 손실 열을 발생하는 부품들이 온도 센서(4)로부터 충분한 간격을 두고, 예를 들어 튜브(2)의 튜브 축(23)의 축 방향으로 이동된 상태로 설치되는 것이 제공되어 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 센서 전자 장치(5)와 연결 전자 장치(6) 간의 통신이 별도의 송신 및 수신 안테나(18, 28)를 통해서, 자체적으로 공지된 표준들 중 하나, 예컨대 Bluetooth LE에 따라 형성되어 있다.
본 발명의 대안적인 바람직한 일 실시예에서는, 센서 전자 장치(5)와 연결 전자 장치(6) 간의 통신이 아날로그 방식으로 유도성으로 이루어진다. 이 목적을 위하여, 에너지를 공급하기 위해 사용되는 신호의 변조는 반사된 임피던스의 원리에 따라 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 대안적인 일 실시예에서는, 센서 전자 장치(5)와 연결 전자 장치(6) 간의 통신이 SAW-기술을 이용한 에너지 공급과 무선 통신의 통합에 의해서 이루어진다.
더 나아가서는, 센서 전자 장치(5)와 연결 전자 장치(6) 간의 아날로그 용량성 통신도 생각할 수 있다.
마지막으로, 광학 에너지 공급부의 경우에는, 센서 전자 장치(5)와 연결 전자 장치(6) 간의 통신을 역 송신된 광 세기의 변조에 의해서 마찬가지로 광학적으로 형성하는 것을 생각할 수 있다.
도 7에는, 측정 지점에서의 온도 분포의 그래픽적인 도면이 도시되어 있다. 동일한 수단에 대해서 동일한 참조 부호를 사용하여, 단면도로 도시된 튜브(2)의 표면상에서 온도 센서(4) 및 튜브 어댑터(3)를 갖춘 센서 전자 장치(5)의 배치 상태가 도시되어 있으며, 이때 튜브(2)는 단열부(8)에 의해서 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 둘러싸여 있다. 부분적인 단열부(8)의 경우에는, 온도 센서(4)가 종방향으로 튜브(2)의 외부 표면에서 상기 단열부(8)의 대략 중앙에 배치되어 있다. 튜브 벽 내에는 축 방향의 열 흐름(21)이 화살표로서 도시되어 있으며, 이들 화살표의 길이는 튜브 벽의 개별 지점에서의 열 흐름의 양에 대한 척도가 된다. 단열부(8)로 인해, 측정 지점의 직접 주변에서는 열 흐름(21)이 처음에는 적다가, 단열부(8)의 개별 단부에 근접함에 따라 점차 증가한다.
온도 센서(4)를 갖춘 센서 전자 장치(5)의 튜브 벽 상에서의 물리적인 배치 상태와 관련해서는, 유체 온도(22)의 온도 분포 및 튜브 벽 온도(24)의 온도 분포가 튜브(2)의 길이(x)에 걸친 온도(T)로서 그래픽 방식으로 도시되어 있다. 유체 온도(22)는 튜브(2)를 따라서 일정하다. 단열부(8)에 의해, 측정 지점에서의 튜브 벽 온도(24)는 유체 온도(22)와 같아지고, 열 흐름(21)의 결과로서 단열부(8)의 개별 단부에 이르기까지 점차 감소한다. 그럼으로써, 측정 지점에서 유체 온도(22)의 높은 측정 정확도에 도달하게 된다.
본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 열 접촉 중계기가 차지하고 있는 단열부(8, 8')의 축 방향 중심 둘레의 영역에서, 거의 일정한 온도 분포(22)에 도달하기 위해, 튜브 벽(2) 내에서의 축 방향 열 흐름(21)을 최소로 줄이기 위하여, 단열부(8, 8')는 충분한 축 방향 길이를 갖는다.
바람직한 방식으로는, 본 발명에 따른 비-간섭성 온도 측정 장치를 충분한 길이를 갖는 임의의 직선 튜브 섹션에 설치하는 것이 가능하며, 이와 같은 설치 방식은 단순한 기계적인 구조를 특징으로 한다. 특히, 본 발명에 따른 온도 측정 장치는 간단한 수단에 의해서, 사전에 이미 설치된 튜브(2)에 작동 중단(개장) 없이 설치될 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 따른 온도 측정 장치의 온도 측정은 전반적으로 측정 지점에서의 방사 방향 열 흐름 및 축 방향 열 흐름과 무관하게 이루어진다. 튜브(2)에 온도 측정 장치를 열적으로 결합시키는 결합 품질에 대한 민감도는 낮다. 특히 이와 같은 장점은, 산업 분야의 적용 예들에서 내구성 및 장시간 안정성에 대한 요구 조건을 충족시키는 데 중요하다. 그럼으로써, 전체적으로 볼 때 높은 정확도에 도달하게 된다.
연결 전자 장치(6)의 무선 연결로 인해서는, 그와 동시에 튜브(2)에 대한 온도 센서(4)의 전기 절연 필연성이 생략되며, 그럼으로써 기계적인 시스템 구조가 더욱 단순해지고, 튜브(2)에 대한 접촉 면과 온도 센서(4) 간의 열 접촉도 개선된다. 그로 인해, 센서 응답 시간이 줄어든다.
1: 유체
2: 튜브
3: 튜브 어댑터
4, 4': 온도 센서
5: 센서 전자 장치
6: 연결 전자 장치
7: 접속 케이블
8, 8': 단열부
9: 지지부
10: 고정부
11: 에너지 공급부
12: 무선 통신부
13: 아날로그 신호 처리부
14: 아날로그/디지털 변환기
15, 25: 에너지 공급 유닛
16, 26: 송/수신 유닛
17, 27: 유도성 에너지 공급부를 위한 코일
18, 28: 송신 및 수신 안테나
19: 통신 인터페이스
20: 국부적인 디스플레이 유닛
21: 열 흐름
22: 유체 온도
23: 튜브 축
24: 튜브 벽 온도
25: 상위 장치와의 통신
T: 온도
X: 길이

Claims (8)

  1. 공정 산업 설비의 적어도 부분적으로 단열된 튜브들 내에서 유체 온도를 측정하기 위한 비-간섭성 온도 측정 장치에 있어서,
    - 튜브(2)가 적어도 측정 지점에서는 단열 층(8, 8')에 의해서 완전히 둘러싸여 있으며,
    - 상기 단열 층(8, 8') 내부에서는 온도 센서(4)를 갖춘 센서 전자 장치(5)가 튜브(2) 상에 장착되어 있으며,
    - 상기 단열 층(8, 8') 외부에는 연결 전자 장치(6)가 배치되어 있으며,
    - 상기 센서 전자 장치(5) 및 상기 연결 전자 장치(6)가 상기 센서 전자 장치(5)에 에너지를 공급하기 위하여 무선 에너지 전달부(11)를 위한 수단(17, 27)을 구비하며, 그리고
    - 상기 센서 전자 장치(5) 및 상기 연결 전자 장치(6)가 상기 센서 전자 장치(5)로부터 상기 연결 전자 장치(6)로 온도 측정 값을 전송하기 위하여 무선 통신부(12)를 위한 수단(18, 28)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 비-간섭성 온도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 전자 장치(5)가 하나 이상의 아날로그 신호 처리부(13), 관련 송신 및 수신 안테나(18)를 갖춘 송/수신 유닛(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비-간섭성 온도 측정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 온도 센서(4) 및 상기 센서 전자 장치(5)가 튜브 어댑터(3)와 공동으로 튜브(2)의 표면에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는, 비-간섭성 온도 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 튜브 어댑터(3)가 튜브 측에서는 튜브(2)의 외부 직경에 매칭되어 있고, 센서 측에서는 온도 센서(4) 및 센서 전자 장치(5)의 윤곽에 매칭되어 있는 것을 특징으로 하는, 비-간섭성 온도 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연결 전자 장치(6)가 적어도 처리 유닛, 통신 유닛(19) 및 에너지 공급 유닛(25)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 비-간섭성 온도 측정 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 항 항에 있어서,
    상기 센서 전자 장치(5)에 에너지를 공급하기 위한 무선 에너지 전달부(11)가 유도성이고, 상기 센서 전자 장치(5)로부터 상기 연결 전자 장치(6)로 온도 측정 값을 전송하기 위한 무선 통신부(12)가 무선 기반인 것을 특징으로 하는, 비-간섭성 온도 측정 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 전자 장치(5)에 에너지를 공급하기 위한 무선 에너지 전달부(11)가 광학적으로 형성되어 있고, 상기 센서 전자 장치(5)로부터 상기 연결 전자 장치(6)로 온도 측정 값을 전송하기 위한 무선 통신부(12)가 역 송신된 광 세기의 변조에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 비-간섭성 온도 측정 장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 전자 장치(5)에 에너지를 공급하기 위한 무선 에너지 전달부(11) 및 상기 센서 전자 장치(5)로부터 상기 연결 전자 장치(6)로 온도 측정 값을 전송하기 위한 무선 통신부(12)가 SAW-기술을 이용해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 비-간섭성 온도 측정 장치.
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