PL227347B1 - Układ do bezpotencjałowego pomiaru temperatury - Google Patents

Abstract

Układ do bezpotencjałowego pomiaru temperatury składający się z rezystancyjnego czujnika temperatury (RCT) mierzącego temperaturę obiektu (O), dołączonego do przetwornika analogowo - cyfrowego (PAC) poprzez układ kondycjonujący sygnał analogowy (UK). Przetwornik analogowo - cyfrowy (PAC) dołączony jest do układu mikrokontrolera (UM) zasilanego z magazynu energii (ME), który kluczem zasilającym (K) zasila rezystancyjny czujnik temperatury (RCT). Klucz zasilający (K) sterowany jest przez układ mikrokontrolera (UM), dołączonego do nadajnika światłowodowego (NS), który bezpotencjałowo dostarcza informację. Magazyn energii (ME) składa się z kondensatora, ładowanego przez fotodiodę (FD) oświetlaną przez światłowód (SW), dołączony do źródła promieniowania (ZP).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do bezpotencjałowego pomiaru temperatury, który może być stosowany wewnątrz rozdzielnic elektroenergetycznych.

Znane są układy do bezpotencjałowego pomiaru temperatury wykorzystujące zjawiska fizyczne związane z promieniowaniem ciała doskonale czarnego, w szczególności z promieniowaniem podczerwonym (pirometry), na przykład z opisu patentowego US 2015110152 (A1). Wadą tych rozwiązań jest duży wpływ emisyjności badanego obiektu na dokładność wykonywanego pomiaru. Dużym problemem jest pomiar obiektów o małym współczynniku emisyjności, np. metali, co znacząco utrudnia zastosowanie tego typu układów do pomiaru temperatury szyn w rozdzielnicy elektroenergetycznej. Wadą tego rozwiązania jest również kąt rozszerzania się wiązki, a więc wraz z odległością od mierzonego obiektu zwiększająca się średnica powierzchni, której temperatura jest mierzona.

Znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego P.360065, dotyczącego trójdetektorowego pomiaru temperatury za pomocą trzech pirometrów i koreańskiego opisu patentowego KR101481384 (B1), sposób bezkontaktowego pomiaru temperatury powierzchni rozdzielnic niskiego napięcia, wysokiego napięcia, obwodów sterowania silnikami wykorzystujący zjawisko fizyczne związane z promieniowaniem ciała doskonale czarnego.

Znane są z opisu patentowego CN104316201 układy do bezkontaktowego pomiaru temperatury elementów stacji energetycznej wysokich napięć, wykorzystujące matryce pirometrów dołączone do systemu mikroprocesorowego z izolacją galwaniczną.

Znane układy do bezpotencjałowego pomiaru temperatury wykorzystują też zjawiska fizyczne luminescencji luminoforu, którego okres luminescencji na skutek oświetlenia jest zależny od temperatury w jakiej znajduje się luminofor.

Znane są układy do pomiaru temperatury wykorzystujące zjawiska elektryczne takie jak zależność rezystancji materiału od temperatury - np. czujniki PT-100, PT-1000, termistory. Wadą tego typu układów jest brak możliwości ich bezpośredniego zastosowania do pomiaru temperatury szyn w rozdzielnicy elektroenergetycznej, ze względu na trudność separacji galwanicznej obwodu pomiarowego od obwodu mierzonego, a więc nie są to układy bezpotencjałowe.

Znane są układy do pomiaru temperatury wykorzystujące elementy takie jak termopara, w których napięcie wyjściowe termopary jest zależne od temperatury w jakiej znajduje się złącze. Wadą tego typu układów jest brak możliwości ich bezpośredniego zastosowania do pomiaru temperatury szyn w rozdzielnicy elektroenergetyęznej, ze względu na trudność separacji galwanicznej obwodu pomiarowego od obwodu mierzonego, a więc nie są to układy bezpotencjałowe.

Znane są bezpotencjałowe układy do pomiaru temperatury w postaci czujników koloru analizujących elementy, których kolor jest pewną funkcją temperatury. Wadą rozwiązania jest jego koszt i duża niedokładność związana z materiałem zmieniającym kolor.

Znane bezpotencjałowe układy do pomiaru temperatury wykorzystują również typowe potencjałowe czujniki, w tym rezystancyjne, które przesyłają dane za pomocą łączy transmisyjnych, np. światłowodowych lub radiowych, przy czym wadą tych rozwiązań jest konieczność doprowadzenia zasilania obwodu pomiarowego za pomocą przewodów elektrycznych.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL 215567 B1 sposób bezstykowego pomiaru temperatury powierzchni ciał stałych wykorzystujący analizę promieniowania podgrzanej próbki z wykorzystaniem filtrów fotograficznych.

Znane jest z chińskiego opisu patentowego CN204043803 urządzenie do bezkontaktowego pomiaru temperatury wykorzystujące pirometry i zjawisko promieniowania ciała doskonale czarnego

Układ według wynalazku do bezpotencjałowego pomiaru temperatury wykorzystuje do pomiaru temperatury czujnik, którego rezystancja jest zależna od temperatury czujnika. Układ składa się z rezystancyjnego czujnika temperatury, który mierzy temperaturę obiektu i jest dołączony do przetwornika analogowo-cyfrowego poprzez układ kondycjonujący sygnał analogowy. Przetwornik analogowo-cyfrowy dołączony jest do układu mikrokontrolera zasilanego z magazynu energii, który kluczem zasilającym zasila rezystancyjny czujnik temperatury. Klucz zasilający sterowany jest przez układ mikrokontrolera dołączonego do nadajnika światłowodowego, który bezpotencjałowo dostarcza informację. Magazyn energii składa się z kondensatora, korzystnie superkondensatora, który gromadzi energię elektryczną przetwarzaną efektem fotowoltaicznym przez fotodiodę oświetlaną przez światłowód dołączony do źródła promieniowania. Źródłem promieniowania może być dioda LED, dioda

PL 227 347 B1 laserowa bądź inne dowolne źródło promieniowania o potrzebnej mocy optycznej i o odpowiedniej charakterystyce.

Zaletą tego rozwiązania jest możliwość bezpotencjałowego pomiaru temperatury szyn w rozdzielnicy elektroenergetycznej za pomocą klasycznych czujników z zapewnioną separacją galwaniczną o wysokim stopniu wytrzymałości. Inną zaletą tego rozwiązania jest możliwość zastąpienia przewodów elektrycznych światłowodem służącym do przesyłania energii do zasilania czujnika, co ma pozytywny wpływ na możliwość uniknięcia wystąpienia zwarć lub innej awarii związanej z zapaleniem się łuku elektrycznego. Inną zaletą jest niewielki rozmiar i niewielki koszt wytworzenia układu według wynalazku.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, który stanowi schemat blokowy układu.

Układ do bezpotencjałowego pomiaru temperatury składa się z mierzącego temperaturę obiektu O rezystancyjnego czujnika temperatury RCT, który dołączony jest do przetwornika analogowo-cyfrowego PAC poprzez układ kondycjonujący sygnał analogowy UK. Przetwornik analogowo-cyfrowy PAC dołączony jest do układu mikrokontrolera UM o niskim prądzie zasilania, który przez większość czasu pracy znajduje się w stanie głębokiego uśpienia minimalizując tym samym konsumpcję energii pobieraną z magazynu energii ME. Klucz zasilający K załącza zasilanie rezystancyjnego czujnika temperatury RCT. Sterowanym przez układ mikrokontrolera UM kluczem zasilającym K jest tranzystor. Układ mikrokontrolera UM dołączony jest do nadajnika światłowodowego NS, który bezpotencjałowo dostarcza informację o temperaturze obiektu O z wykorzystaniem znanego protokołu transmisyjnego. Magazyn energii ME składa się z superkondensatora, gromadzącego energię elektryczną przetwarzaną efektem fotowoltaicznym przez fotodiodę FD oświetlaną przez światłowód SW dołączony do źródła promieniowania ZP, którym jest dioda LED.

Claims (1)

1. Układ do bezpotencjałowego pomiaru temperatury składający się z rezystancyjnego czujnika temperatury, magazynu energii, nadajnika światłowodowego, mikrokontrolera, układu kondycjonującego sygnał analogowy, przetwornika analogowo-cyfrowego, klucza zasilającego, fotodiody, światłowodu i źródła promieniowania, znamienny tym, że rezystancyjny czujnik temperatury (RCT) mierzący temperaturę obiektu (O), dołączony jest do przetwornika analogowo-cyfrowego (PAC) poprzez układ kondycjonujący sygnał analogowy (UK), przy czym przetwornik analogowo-cyfrowy (PAC) dołączony jest do układu mikrokontrolera (UM) zasilanego z magazynu energii (ME), który kluczem zasilającym (K) zasila rezystancyjny czujnik temperatury (RCT), a klucz zasilający (K) sterowany jest przez układ mikrokontrolera (UM), który dołączony jest do nadajnika światłowodowego (NS), bezpotencjałowo dostarczającego informację, natomiast magazyn energii (ME) składa się z kondensatora, ładowanego przez fotodiodę (FD) oświetlaną przez światłowód (SW) dołączony do źródła promieniowania (ZP).