RU2373502C1

RU2373502C1 - Device for measurement of temperature of heat-transfer agent

Info

Publication number: RU2373502C1
Application number: RU2008131993/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Беспалов (RU); Владимир Александрович Беспалов; Юрий Исаакович Штерн (RU); Юрий Исаакович Штерн; Яков Серафимович Кожевников (RU); Яков Серафимович Кожевников; Дмитрий Борисович Рыгалин (RU); Дмитрий Борисович Рыгалин
Original assignee: Закрытое Акционерное общество "ТЭРИФ-Н"; Открытое акционерное общество "Зеленоградский инновационно-технологический центр"
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2009-11-20

Abstract

FIELD: measurement technology.

SUBSTANCE: this device refers to thermometry, in particular to contact detectors to measure the temperature of moving medium, the heat-transfer agent, and can be used in oil, gas, chemical and food industry, and also in municipal economy to measure the temperature of the medium in pipelines irrespective of the pipe's diametre. The offered device in intended to measure the temperature of the heat-transfer agent including the capsule located in the pipeline. The capsule is the cup with stepped bed and the bottom level is filled in the form of external blind thin-walled branch pipe. On the interior side face of the branch pipe there is a threading with the firmly fixed insert made in the form of the rod with the exterior threading equipped with longitudinal through rectangular groove. In the internal cavity of the capsule there is measuring and transferring module. Module consists of measuring the temperature printed circuit board equipped with the shank whereat thermosensitive element is fixed at the end. It also includes printed circuit board of wireless connection with the initialisation element. In the upper base zone of the body there are power supply element and antenna to transfer the information to the thermal energy detector and / or temperature indicator.

EFFECT: improvement of the accuracy of the measurement, simplification of the construction, security of the operation of the device and convenience of use of heat for consumer.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к термометрии, а именно к контактным датчикам для измерения температуры движущейся среды - теплоносителя, и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической, пищевой промышленности, а также в коммунальном хозяйстве для измерения температуры среды, находящейся в трубопроводах, независимо от диаметра трубы.The invention relates to thermometry, namely to contact sensors for measuring the temperature of a moving medium - a coolant, and can be used in the oil, gas, chemical, food industry, as well as in utilities for measuring the temperature of a medium in pipelines, regardless of the diameter of the pipe .

Известны устройства для измерения температуры контактным методом, например заявки №93007137, 93025623, 94011985, 2002128399, основанные на том, что термочувствительный элемент помещают в гильзе-корпусе, а соединительные провода от элемента выводят из корпуса.Known devices for measuring temperature by the contact method, for example, application No. 93007137, 93025623, 94011985, 2002128399, based on the fact that the heat-sensitive element is placed in a sleeve-case, and the connecting wires from the element are removed from the case.

Известен «Термометр сопротивления для измерения температур жидких и газообразных сред в трубопроводах» по патенту №2099675, кл. G01К 7/16, 1995 г., содержащий проволочный термочувствительный элемент, закрепленный на каркасе, установленном в герметичном корпусе, который является составной частью трубопровода, а выводы от чувствительного элемента соединены с контактами посредством гермовывода к разъему. Однако данный термометр сложный в конструктивном выполнении, что вызывает потери измеренного тепла при его прохождении до фиксирующего блока.The well-known "Resistance thermometer for measuring temperatures of liquid and gaseous media in pipelines" according to patent No. 2099675, class. G01K 7/16, 1995, containing a heat-sensitive wire element mounted on a frame installed in a sealed enclosure, which is an integral part of the pipeline, and the leads from the sensitive element are connected to the contacts via a pressure seal to the connector. However, this thermometer is complex in design, which causes the loss of measured heat when it passes to the fixing block.

Известен «Датчик температуры» по патенту №2307330, кл. G01К 7/16, 2006 г., в котором термочувствительный элемент, представляющий собой кварцевый резонатор, расположен в защитной герметичной гильзе, выполненной за одно целое с корпусом, устанавливаемым на трубопровод. Выводы термочувствительного элемента включены в цепь генератора частоты, собранного на печатной плате, размещенной в снабженной крышкой установочной головке, закрепленной на корпусе. Данная конструкция также сложна в конструктивном выполнении, также происходят потери, а следовательно, данная конструкция не обеспечивает необходимой точности измерения температуры теплоносителя и передачи информации измерения.Known "Temperature sensor" according to patent No. 2307330, class. G01K 7/16, 2006, in which the heat-sensitive element, which is a quartz resonator, is located in a protective sealed sleeve, made in one piece with the body mounted on the pipeline. The terminals of the thermosensitive element are included in the circuit of the frequency generator assembled on a printed circuit board located in the mounting head provided with a cover fixed to the housing. This design is also difficult to constructively, losses also occur, and therefore, this design does not provide the necessary accuracy of measuring the temperature of the coolant and transmitting measurement information.

Наиболее близким техническим решением является «Датчик температуры» по патенту №2281466, кл. G01К 1/14, 2004 г. Данный датчик также содержит термочувствительный элемент - кварцевый резонатор, вывод от которого соединен с платой, причем термочувствительный элемент расположен в теплопроводящем материале, заключенном в гильзе, установленной на несущей трубе, которая посредством штуцера закрепляется на тройнике трубопровода. По изменению частоты генератора определяют температуру среды. Однако данная конструкция сложна в изготовлении, а кроме того, измеряемая температура на термочувствительный элемент предается через теплопроводящий материал, что не обеспечивает точности измерения.The closest technical solution is the "Temperature sensor" according to patent No. 2281466, class. G01K 1/14, 2004. This sensor also contains a thermosensitive element - a quartz resonator, the output of which is connected to the board, and the thermosensitive element is located in a heat-conducting material enclosed in a sleeve mounted on a carrier pipe, which is secured to the pipe tee by means of a fitting. By changing the frequency of the generator determine the temperature of the medium. However, this design is difficult to manufacture, and in addition, the measured temperature is transferred to the thermally sensitive element through a heat-conducting material, which does not ensure measurement accuracy.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения, упрощение конструкции и обеспечение надежности работы устройства, а также удобства пользования потребителем тепла.The objective of the present invention is to improve the accuracy of measurement, simplifying the design and ensuring the reliability of the device, as well as ease of use by the heat consumer.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для измерения температуры теплоносителя, содержащем расположенный в теплопроводящем материале термочувствительный элемент, вывод которого соединен с печатной платой, установленной в несущей трубке, закрепленной в щтуцере трубопровода, штуцер выполнен в виде капсулы, представляющей собой стакан со ступенчатым дном, причем донная ступень выполнена в виде наружного глухого тонкостенного патрубка, на внутренней боковой поверхности которого выполнена резьба, на которой жестко закреплена вставка, выполненная в виде снабженного внешней резьбой стержня, снабженного продольной сквозной прямоугольной канавкой, при этом во внутренней полости капсулы установлен измерительно-передающий модуль, состоящий из измеряющей температуру печатной платы, снабженной хвостовиком с закрепленным на нем термочувствительным элементом на конце, а хвостовик размещен в прямоугольной канавке вставки и печатной платы безпроводной связи, включающей элемент инициализации, а верхние и нижние торцы плат посредством герметика закреплены соответственно в верхнем и нижнем основаниях корпуса, в зоне верхнего основания которого установлены элемент питания и антенна для передачи информации на счетчик тепловой энергии и/или индикатор температуры, а наружная поверхность верхней части капсулы выполнена ступенчатой, причем ступени разделены кольцевым выступом, выполненным с диаметрально расположенными лысками, при этом ступени выполнены с резьбой, посредством нижней ступени капсулу закрепляют либо на тройник трубопровода, либо непосредственно на трубопровод, а на верхней ступени установлен колпачок, снабженный вентиляционными отверстиями. Патрубок выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например меди или латуни.The problem is achieved in that in the device for measuring the temperature of the coolant containing a heat-sensitive element located in the heat-conducting material, the output of which is connected to a printed circuit board installed in the carrier tube, mounted in the pipe fitting, the nozzle is made in the form of a capsule, which is a glass with a stepped bottom moreover, the bottom step is made in the form of an external blind thin-walled pipe, on the inner side surface of which a thread is made, on which it is rigidly fixed An insert made in the form of a rod equipped with an external thread and provided with a longitudinal through rectangular groove, while in the internal cavity of the capsule a measuring and transmitting module is installed, consisting of a temperature-measuring printed circuit board equipped with a shank with a heat-sensitive element fixed to it at the end, and the shank is placed in the rectangular groove of the insert and the printed circuit board of the wireless connection, including the initialization element, and the upper and lower ends of the boards are sealed with sealant respectively Naturally, in the upper and lower bases of the housing, in the area of the upper base of which there is a battery element and an antenna for transmitting information to the heat energy meter and / or temperature indicator, and the outer surface of the upper part of the capsule is made stepwise, the steps being separated by an annular protrusion made with diametrically arranged flats, while the steps are threaded, through the bottom step the capsule is fixed either to the tee of the pipeline, or directly to the pipeline, and on the upper step mounted cap provided with vent holes. The nozzle is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity, such as copper or brass.

На фиг.1 представлено устройство для измерения температуры теплоносителя, закрепленное на тройнике трубопровода, на фиг.2 - капсула в сборе, на фиг.3 - вид сверху фиг.2 с частичным разрезом, на фиг.4 - измерительно-передающий модуль, на фиг.5 - закрепление устройства на трубопроводе.Figure 1 shows a device for measuring the temperature of the coolant, mounted on a tee of the pipeline, figure 2 - the capsule assembly, figure 3 is a top view of figure 2 with a partial section, figure 4 is a measuring and transmitting module, figure 5 - fixing the device on the pipeline.

Устройство для измерения температуры теплоносителя состоит из капсулы 1, выполненной в виде стакана со ступенчатым дном, причем донная ступень выполнена в виде наружного глухого тонкостенного патрубка 2, выполненного из материала с высокой теплопроводностью, например меди или латуни. На внутренней боковой поверхности патрубка 2 выполнена резьба 3, в которой для обеспечения надежного теплового контакта, например, посредством фиксирующей пасты или клея закреплена вставка 4. Наружная поверхность верхней части стакана капсулы 1 выполнена ступенчатой с верхней 5 и нижней 6 резьбами, разделенными кольцевым выступом 7, который снабжен диаметрально расположенными лысками 8 под ключ для облегчения установки капсулы с помощью резьбы 6 в тройник 9 трубопровода 10. Вставка 4 выполнена в виде снабженного внешней резьбой 11 стержня, в котором выполнена продольная сквозная прямоугольная канавка 12, глубина которой доходит до середины вставки, а один из торцов вставки снабжен поперечным шлицом 13, используемым для закручивания вставки 4 в патрубок 2. Во внутреннюю полость 14 капсулы 1 вставляется измерительно-передающий модуль 15, состоящий из печатной платы 16, измеряющей температуру, плата 16 снабжена хвостовиком 17 для закрепления на нем термочувствительного элемента, т.е. датчика 18 температуры, и взаимодействующей с печатной платой измерения температуры печатной платы 19 беспроводной связи, включающей элемент инициализации, т.е. включения электрической схемы модуля 15. Все платы нижними торцами закреплены на нижнем основании 20 посредством герметика 21, который обеспечивает надежное крепление плат 16, 19 без люфта, а верхние торцы плат закреплены также посредством герметика на верхнем основании 22. Основания 20 и 22 объединены корпусом 23, на котором в зоне верхнего основания 22 установлены антенна 24 и элемент питания 25. Измерительно-передающий модуль 15 после установки в капсуле 1 с использованием резьбы 5 закрывается колпачком 26, снабженным вентиляционными отверстиями 27. Нижнее основание 20 закреплено на вставке 4, являющейся теплопроводом. Термочувствительный элемент представляет собой тонкопленочный платиновый датчик 18 температуры, устанавливается на хвостовике 17 печатной платы 16, причем этот хвостовик 17 размещается в канавке 12 вставки 4.A device for measuring the temperature of the coolant consists of a capsule 1, made in the form of a glass with a stepped bottom, and the bottom step is made in the form of an external blind thin-walled pipe 2 made of a material with high thermal conductivity, such as copper or brass. A thread 3 is made on the inner side surface of the nozzle 2, in which, to ensure reliable thermal contact, for example, an insert 4 is fixed by means of a fixing paste or glue. The outer surface of the upper part of the capsule cup 1 is made stepwise with the upper 5 and lower 6 threads separated by an annular protrusion 7 , which is equipped with diametrically located flats 8 turnkey to facilitate installation of the capsule using thread 6 in the tee 9 of the pipeline 10. Insert 4 is made in the form of a rod equipped with an external thread 11, in which the torus made a longitudinal through rectangular groove 12, the depth of which reaches the middle of the insert, and one of the ends of the insert is provided with a transverse slot 13 used to twist the insert 4 into the nozzle 2. A measuring and transmitting module 15, consisting of a printed module, is inserted into the inner cavity 14 of the capsule 1 a temperature measuring board 16, the board 16 is provided with a shank 17 for fixing a heat-sensitive element thereon, i.e. a temperature sensor 18, and interacting with the printed circuit board, measuring the temperature of the wireless communication circuit board 19, including an initialization element, i.e. switching on the electrical circuit of module 15. All boards with their lower ends are fixed on the lower base 20 by means of a sealant 21, which provides reliable fastening of the boards 16, 19 without backlash, and the upper ends of the boards are also fixed by means of a sealant on the upper base 22. The bases 20 and 22 are connected by a housing 23 , on which an antenna 24 and a battery 25 are installed in the area of the upper base 22. The measuring and transmitting module 15, after being installed in the capsule 1 using thread 5, is closed by a cap 26 provided with ventilation holes 27. N the lower base 20 is mounted on the insert 4, which is a heat conductor. The heat-sensitive element is a thin-film platinum temperature sensor 18, mounted on the shank 17 of the circuit board 16, and this shank 17 is located in the groove 12 of the insert 4.

При использовании заявленного устройства предварительно на стадии монтажа трубопровода 10 капсула 1 жестко и герметично посредством резьбы 6 устанавливается в тройнике 9 трубопровода 10. Затем собирают измерительно-передающий модуль 15, закрепляют его на вставке 4, с использованием нижнего 20 и верхнего 22 оснований, образующих корпус 23. Затем модуль посредством вставки 4 с использованием пасты или клея для обеспечения надежного теплового контакта устанавливается по резьбе 11 в патрубок 2. Измерительно-передающий модуль 15 после установки в капсуле 1 с использованием резьбы 5 сверху закрывается колпачком 26, снабженным вентиляционными отверстиями 27. Причем колпачок 26 после установки опечатывают, с целью исключения доступа к измерительно-передающему модулю 15.When using the claimed device, at the stage of pipeline 10 installation, the capsule 1 is rigidly and hermetically installed by means of the thread 6 in the tee 9 of the pipeline 10. Then, the measuring and transmitting module 15 is assembled, fastened to the insert 4 using the lower 20 and upper 22 bases forming the body 23. Then, the module by insert 4 using paste or glue to ensure reliable thermal contact is installed on the thread 11 in the pipe 2. The measuring and transmitting module 15 after installation in the cap Ole thread 1 using 5 closes the top cap 26, provided with vent holes 27. Moreover, the cap 26 after the seal the installation, in order to avoid access to the measuring and transmitting unit 15.

Капсула 1 может быть установлена и непосредственно на трубопровод 10, при этом ее закрепляют нижней резьбой 6 непосредственно в трубу, как это показано на фиг.5.The capsule 1 can also be installed directly on the pipeline 10, while it is fixed with the lower thread 6 directly into the pipe, as shown in Fig.5.

Установка всех элементов устройства на фиксирующую пасту или клей исключает несанкционированный доступ к элементам устройства, а также исключает потери тепла, передаваемого от датчика 18 к измерительно-передающему модулю 15.The installation of all elements of the device on a fixing paste or glue eliminates unauthorized access to the elements of the device, and also eliminates the loss of heat transmitted from the sensor 18 to the measuring and transmitting module 15.

Устройство работает следующим образом. При прохождении теплоносителя сквозь горизонтальную часть тройника 9, или трубопровод 10, теплоноситель контактирует с тонкостенным патрубком 2, в котором расположен датчик 18 температуры. Сигнал с датчика передается на плату 16 измерения температуры, а далее при помощи беспроводной связи с платы 19 - на счетчик тепловой энергии и/или индикатор температуры (на чертеже не показаны), где с использованием данных по расходу тепла рассчитывается тепловая энергия и индицируются показания потребленного тепла и температуры.The device operates as follows. When the coolant passes through the horizontal part of the tee 9, or pipeline 10, the coolant contacts the thin-walled pipe 2, in which the temperature sensor 18 is located. The signal from the sensor is transmitted to the temperature measurement board 16, and then wirelessly from the board 19 to the heat energy meter and / or temperature indicator (not shown in the drawing), where the heat energy is calculated using the data on heat consumption and the readings are displayed heat and temperature.

Claims

1. A device for measuring the temperature of the coolant containing a heat-sensitive element located in the heat-conducting material, the output of which is connected to a printed circuit board installed in the carrier tube fixed in the pipe fitting, characterized in that the fitting is made in the form of a capsule, which is a glass with a stepped bottom, moreover, the bottom step is made in the form of an external blind thin-walled pipe, on the inner side surface of which there is a thread on which the insert is rigidly fixed, made provided in the form of a rod equipped with an external thread and provided with a longitudinal through rectangular groove, while in the internal cavity of the capsule a measuring and transmitting module is installed, consisting of a temperature-measuring printed circuit board equipped with a shank with a heat-sensitive element fixed to it at the end, and the shank is placed in a rectangular groove insert, and the wireless circuit board, including the initialization element, and the upper and lower ends of the boards by means of sealant are fixed respectively in the upper m and the lower bases of the case, in the area of the upper base of which a battery and an antenna are installed to transmit information to a heat energy meter and / or temperature indicator, and the outer surface of the upper part of the capsule is made stepwise, the steps being separated by an annular protrusion made with diametrically located flats, in this case, the steps are threaded, by means of the lower stage, the capsule is fixed either to the pipe tee or directly to the pipeline, and a cap is installed on the upper stage ok, equipped with vents.

2. The device according to claim 1, characterized in that the nozzle is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity, such as copper or brass.