RU2748868C1 - Bar temperature measurement system for electrical boards - Google Patents
Bar temperature measurement system for electrical boards Download PDFInfo
- Publication number
- RU2748868C1 RU2748868C1 RU2020124696A RU2020124696A RU2748868C1 RU 2748868 C1 RU2748868 C1 RU 2748868C1 RU 2020124696 A RU2020124696 A RU 2020124696A RU 2020124696 A RU2020124696 A RU 2020124696A RU 2748868 C1 RU2748868 C1 RU 2748868C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensors
- temperature
- antennas
- directional
- saw
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/22—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects
- G01K11/26—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects of resonant frequencies
- G01K11/265—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects of resonant frequencies using surface acoustic wave [SAW]
Abstract
Description
Заявленное техническое решение относится к области радиотехники и измерительной техники, может быть использовано для дистанционного измерения по радио температуры в мультисенсорных системах мониторинга. Его применение актуально в системах мониторинга состояния объектов с целью предупреждения аварийных ситуаций при контроле физических величин, в частности температуры. При этом, в качестве чувствительных элементов температуры применены измерительные пассивные радиочастотные элементы на поверхностных акустических волнах (ПАВ).The claimed technical solution relates to the field of radio engineering and measuring technology, can be used for remote measurement by radio of temperature in multisensor monitoring systems. Its use is relevant in systems for monitoring the state of objects in order to prevent emergency situations when controlling physical quantities, in particular, temperature. At the same time, measuring passive radio-frequency elements based on surface acoustic waves (SAW) are used as temperature sensing elements.
Система для электрических шкафов предназначена для встраивания в комплектные распределительные устройства (КРУ) рабочих напряжений от 0,4 до ПО кВ, с целью автоматизации процессов контроля (мониторинга) за температурным состоянием электрических шин и передачи данных в автоматическую систему управления (АСУ) (в том числе и для использования в технологических процессах (ТП) потребителя), а также для формирования и передачи сигналов предупредительной и/или аварийной сигнализации.The system for electrical cabinets is designed to be built into complete switchgears (KRU) operating voltages from 0.4 to PO kV, in order to automate the control (monitoring) processes over the temperature state of electrical buses and transfer data to an automatic control system (ACS) (including including for use in technological processes (TP) of the consumer), as well as for the formation and transmission of warning and / or alarm signals.
Заявленное устройство - система позволяет проводить беспроводный (дистанционный) контроль температуры датчиков, установленных на электрических шинах КРУ и имеющих с ними тепловой контакт. При помощи радиочастотной идентификации этих датчиков и передачи из них данных об измеренной температуре электрических шин и их соединений в АСУ ТП потребителя. В то же время применение входящих с систему датчиков, установленных на электрических шинах КРУ и имеющих с ними тепловой контакт, позволяет проводить беспроводной (дистанционный) контроль температуры в точке их размещения в реальном масштабе времени. При этом происходит радиочастотная идентификация этих датчиков и передача с них данных об измеренной температуре в АСУ ТП потребителя без коллизий.The claimed device - the system allows wireless (remote) monitoring of the temperature of the sensors installed on the electrical buses of the switchgear and having thermal contact with them. With the help of radio frequency identification of these sensors and transmission from them of data on the measured temperature of electrical buses and their connections to the consumer's APCS. At the same time, the use of sensors entering the system, installed on the electrical buses of the switchgear and having thermal contact with them, allows wireless (remote) temperature control at the point of their location in real time. In this case, these sensors are identified by radio frequency and data is transmitted from them about the measured temperature to the consumer's APCS without collisions.
Известны устройства и системы для контроля (мониторинга) температуры для шин электрических распределительных систем, в которых для передачи значения температуры используют элементы на поверхностных акустических волнах (ПАВ) - RFID радиомодули, например по заявке на изобретение РФ: RU 2011150244 А от 20.06.2013, МПК Н02Н 5/04 - [1]. Шинная распределительная система [1], включает в себя множество шинопроводов, в области соединения отрезков которых расположен по меньшей мере один сенсор температуры, предназначенный для регистрации температуры и обеспечения возможности ее контроля. Сенсоры температуры могут быть выполнены в виде резистивных датчиков температуры. Сенсоры температуры могут быть выполнены в виде радиомодулей с возможностью индивидуальной адресации, а сами радиомодули могут представлять собой радиомодули RFID.There are known devices and systems for controlling (monitoring) the temperature for the buses of electrical distribution systems, in which elements on surface acoustic waves (SAW) are used to transmit the temperature value - RFID radio modules, for example, according to the application for an invention of the Russian Federation: RU 2011150244 A dated 20.06.2013, IPC Н02Н 5/04 - [1]. The busbar distribution system [1] includes a plurality of busbars, in the area of connection of the segments of which at least one temperature sensor is located, designed to record the temperature and provide the possibility of its control. Temperature sensors can be made in the form of resistance temperature sensors. Temperature sensors can be made in the form of radio modules with the possibility of individual addressing, and the radio modules themselves can be RFID radio modules.
Недостатком известного технического решения [1] является то, что в нем температуру измеряют резистивными датчиками температуры и для связи с радиомодулями RFID (устройствами на ПАВ) необходимы дополнительные переходные устройства (системы). Кроме того, опубликованное техническое решения [1] трудно реализуемо из-за недостаточности конструктивных данных.The disadvantage of the known technical solution [1] is that the temperature in it is measured by resistive temperature sensors and additional adapter devices (systems) are required for communication with RFID radio modules (SAW devices). In addition, the published technical solution [1] is difficult to implement due to the lack of design data.
Также широко известны чувствительный элементы на поверхностных акустических волнах для измерения температуры и их использование в датчиках и системах контроля и мониторинга температуры. Так, например, «чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах для измерения температуры» по патенту на изобретение РФ: RU 2537751 С2 от 10.01.2015, МПК G01K 11/22, H01L 41/08 - [2], состоит из пластины из альфа-кварца, на поверхности которой сформированы не менее одного встречно-штыревого преобразователя (ВШП) и не менее двух отражающих элементов (ОЭ). Электроды ВШП и ОЭ отклонены от оси Y1 на угол, не превосходящий по модулю 20°.Also widely known are surface acoustic wave sensors for measuring temperature and their use in sensors and temperature control and monitoring systems. So, for example, "a sensitive element on surface acoustic waves for measuring temperature" according to the patent for the invention of the Russian Federation: RU 2537751 C2 dated 01/10/2015, IPC G01K 11/22, H01L 41/08 - [2], consists of a plate of alpha quartz, on the surface of which at least one interdigital transducer (IDT) and at least two reflective elements (OE) are formed. The IDT and OE electrodes are deflected from the Y1 axis by an angle not exceeding 20 ° in absolute value.
Недостатком устройства [2] является то, что его применение для определения температуры множества близко расположенных, например соединений токоведущих шин, затруднено из-за возникновения коллизий при снятии показаний.The disadvantage of the device [2] is that its use for determining the temperature of many closely spaced, for example, the connections of current-carrying buses, is difficult due to the occurrence of collisions when taking readings.
Заявитель настоящего технического решения ОАО «Авангард» обладает собственными идентификационными и измерительными устройствами на ПАВ, которые защищены патентами РФ на полезные модели и изобретения, элементы которых реализованы при практической реализации устройства.The applicant of this technical solution Avangard OJSC possesses its own identification and measuring devices based on SAW, which are protected by RF patents for useful models and inventions, the elements of which are implemented in the practical implementation of the device.
Радиометка по патенту на полезную модель РФ: RU 151943 U1 от 20.04.2015, МПК H01Q 13/10 - [3]. Радиометка относится к устройствам систем радиочастотной идентификации для маркировки объектов контроля и может применяться при маркировке транспортных средств, грузов, вспомогательного оборудования и пр. Содержит антенну в виде металлического экрана, щель которого заполнена компаундом, обратной стороной сопряженного с печатной платой, выполненной из диэлектрического сверхвысокочастотного (СВЧ) материала, на противоположную сторону которой нанесен металлизированный слой со щелью, и пассивный датчик, размещенный без электрического контакта с металлическим экраном, при этом точки запитки пассивного датчика выбираются путем смещения относительно осевого центра щели металлизированного слоя печатной платы.RF label for a patent for a useful model of the Russian Federation: RU 151943 U1 dated 20.04.2015, IPC
Устройство радиочастотной идентификации и позиционирования железнодорожного транспорта по патенту на полезную модель РФ: RU 125535 U1 от 10.03.2013, МПК B61L 25/00 - [4]. Содержит как минимум две радиочастотные метки, установленные на известных местах участка железнодорожного пути, и расположенный на железнодорожном транспортном средстве радиочастотный считыватель. При этом радиочастотные метки выполнены по технологии устройств на поверхностных акустических волнах: ПАВ-меток, работающих на частоте 2,4 ГГц, радиочастотный считыватель выполнен как минимум двухканальным и с двумя приемопередающими антеннами, расположенными на днище железнодорожного транспортного средства в промежутках между его колесными парами и разнесенными по длине железнодорожного транспортного средства, пары приемопередающих антенн и соответствующие им ПАВ-метки, установленные на железнодорожном пути, расположены в параллельных плоскостях, которые в поперечном направлении железнодорожного транспортного средства наклонены к горизонту соответственно под углом 0…65°.A device for radio frequency identification and positioning of railway transport under a patent for a useful model of the Russian Federation: RU 125535 U1 dated 03/10/2013, IPC B61L 25/00 - [4]. Contains at least two radio frequency tags installed at known locations on a section of a railway track, and a radio frequency reader located on a railway vehicle. At the same time, the radio frequency tags are made using the technology of devices on surface acoustic waves: SAW tags operating at a frequency of 2.4 GHz, the radio frequency reader is made at least two-channel and with two transmit-receive antennas located on the bottom of the railway vehicle in the intervals between its wheelsets and spaced along the length of the railway vehicle, pairs of transceiver antennas and their corresponding SAW tags installed on the railway track are located in parallel planes, which in the transverse direction of the railway vehicle are inclined to the horizon at an angle of 0 ... 65 °, respectively.
Способ повышения защитных свойств идентификационной ПАВ-метки по патенту на изобретение РФ: RU 2608259 С2 от 17.01.2017, МПК G06K 7/10, H04L 9/32 - [5]. Относится к пьезоэлектрическим устройствам в виде идентификационной метки, работающей с поверхностными акустическими волнами (ПАВ), для систем идентификации и позволяет существенно повысить защитные свойства идентификационной ПАВ-метки.A method for increasing the protective properties of an identification surfactant tag under a patent for an invention of the Russian Federation: RU 2608259 C2 dated 17.01.2017, IPC G06K 7/10,
Общим недостатком аналогов [3], [4] и [5] заявителя - ОАО «Авангард» является то, что они в представленном виде не используются для измерения температуры, и не могут быть применены в заявленном техническом решении.The common disadvantage of analogues [3], [4] and [5] of the applicant - JSC "Avangard" is that they are not used in the presented form to measure temperature, and cannot be used in the claimed technical solution.
Пассивный датчик на поверхностных акустических волнах по патенту на изобретение РФ: RU 2427943 С1 от 27.08.2011, МПК H01L 41/08 - [6], может быть использовано для дистанционного измерения физических величин, а именно температуры. Содержит расположенные на подложке из пьезоэлектрического материала встречно штыревой преобразователь (ВШП) и две структуры металлических отражателей для поверхностных акустических волн (ПАВ). Первая структура отражателей предусмотрена в качестве опорного элемента, вторая - в качестве чувствительного элемента. Отражатели ПАВ первой структуры и отражатели ПАВ второй структуры выполнены с различными чувствительностями к измеряемой величине. ВШП выполнен однонаправленным и расположен так, что направление распространения ПАВ от него происходит против естественной однонаправленности пьезоэлектрического материала подложки. Направление ПАВ от отражателей совпадает с естественной однонаправленностью пьезоэлектрического материала подложки, при которой коэффициент анизотропии отраженной ПАВ γ≤0. Отражатели ПАВ выполнены по направлению распространения ПАВ симметричными и разделенными между собой минимально возможным электрическим зазором или выполнены без зазора. Отражатели второй ПАВ структуры по всей поверхности покрыты слоем материала, чувствительного к измеряемой величине - температуре.A passive sensor based on surface acoustic waves according to the patent for the invention of the Russian Federation: RU 2427943 C1 from 27.08.2011, IPC H01L 41/08 - [6], can be used for remote measurement of physical quantities, namely temperature. It contains an interdigital transducer (IDT) located on a substrate made of piezoelectric material and two structures of metal reflectors for surface acoustic waves (SAW). The first reflector structure is provided as a support element, the second as a sensing element. The SAW reflectors of the first structure and the SAW reflectors of the second structure are made with different sensitivities to the measured value. The IDT is made unidirectional and is located so that the direction of propagation of the SAW from it is opposite to the natural unidirectionality of the piezoelectric substrate material. The direction of the surfactant from the reflectors coincides with the natural unidirectionality of the piezoelectric material of the substrate, at which the anisotropy coefficient of the reflected surfactant γ≤0. The SAW reflectors are made in the direction of SAW propagation, symmetric and separated from each other by the minimum possible electrical gap, or they are made without a gap. The reflectors of the second surfactant structure over the entire surface are covered with a layer of material that is sensitive to the measured value - temperature.
Недостатком аналога [6] заявителя - ОАО «Авангард» является то, что в нем нет линии задержки, благодаря которой в заявленном техническом решении, решена задача антиколлизии при опросе множества температурных датчиков.The disadvantage of the analogue [6] of the applicant - JSC "Avangard" is that it does not have a delay line, due to which in the claimed technical solution, the problem of anticollision is solved when polling a plurality of temperature sensors.
Прототипом заявленного технического решения является устройство для реализации известного «Способа устранения коллизии в наборе датчиков и устройство для его реализации» по патенту на изобретение РФ: RU 2585911 С1 от 10.06.2016, МПК G01D 5/48 - [7]. Способ позволяет предупредить аварийные ситуации при контроле физических величин, например температуры, а также позволяет повысить стабильность показаний контролируемой физической величины - температуры во всем диапазоне ее изменения. По известному способу [7] формируют набор из N датчиков на линиях задержки на поверхностных акустических волнах, рефлекторы датчиков располагают на пьезоэлектрических подложках в следующем порядке: первый рефлектор первого датчика, первый рефлектор второго датчика, …, первый рефлектор N-го датчика, затем второй рефлектор первого датчика, второй рефлектор второго датчика, …, второй рефлектор N-го датчика, третий рефлектор первого датчика, …, третий рефлектор второго датчика, третий рефлектор N-го датчика, проводят опрос датчиков, принимают сигналы откликов датчиков и проводят их обработку, при этом последовательно для каждого датчика определяют время задержки сигнала между первым и третьим рефлекторами, определяют разность фаз для виртуального времени задержки, разность фаз для времени задержки между первым и вторым рефлекторами и разность фаз между первым и третьим рефлекторами, по которой определяют значение контролируемой физической величины, полученные значения передают на устройство сбора данных.The prototype of the claimed technical solution is a device for implementing the well-known "Method for eliminating collisions in a set of sensors and a device for its implementation" under the patent for the invention of the Russian Federation: RU 2585911 C1 dated 06/10/2016, IPC G01D 5/48 - [7]. The method makes it possible to prevent emergencies when controlling physical quantities, for example, temperature, and also makes it possible to increase the stability of the readings of the controlled physical quantity - temperature in the entire range of its variation. According to the known method [7], a set of N sensors is formed on the delay lines on surface acoustic waves, the reflectors of the sensors are placed on piezoelectric substrates in the following order: the first reflector of the first sensor, the first reflector of the second sensor, ..., the first reflector of the Nth sensor, then the second reflector of the first sensor, the second reflector of the second sensor, ..., the second reflector of the N-th sensor, the third reflector of the first sensor, ..., the third reflector of the second sensor, the third reflector of the N-th sensor, poll the sensors, receive the sensor response signals and process them, in this case, sequentially for each sensor, the signal delay time between the first and third reflectors is determined, the phase difference for the virtual delay time, the phase difference for the delay time between the first and second reflectors and the phase difference between the first and third reflectors are determined, according to which the value of the controlled physical quantity is determined , the obtained values are transmitted to the devices about data collection.
Устройство для реализации способа [7] выполнено в виде датчика на линии задержки на поверхностных акустических волнах, содержащей пьезоэлектрическую подложку, на поверхности которой нанесены встречно-штыревой преобразователь и не менее трех рефлекторов, смещенных на различное расстояние относительно встречно-штыревого преобразователя. При этом первый рефлектор имеет наименьшее время задержки, второй рефлектор располагается в средней части поверхности пьезоэлектрической подложки, третий рефлектор расположен на конце пьезоэлектрической подложки, таким образом, что их взаимное расположение определяет виртуальное время задержки, для которого приращение фазы составляет не более 2π во всем диапазоне изменения контролируемой физической величины.The device for implementing the method [7] is made in the form of a sensor on the delay line on surface acoustic waves, containing a piezoelectric substrate, on the surface of which an interdigital transducer and at least three reflectors are applied, displaced at different distances relative to the interdigital transducer. In this case, the first reflector has the shortest delay time, the second reflector is located in the middle part of the surface of the piezoelectric substrate, the third reflector is located at the end of the piezoelectric substrate, so that their relative position determines the virtual delay time, for which the phase increment is no more than 2π in the entire range changes in the controlled physical quantity.
Недостатком известного прототипа [7] заявителя - ОАО «Авангард» является то, что не известно его использование для мониторинга температуры множества разъемных электрических соединений силовых щитов. Также из описания прототипа не ясна конструктивная реализация датчиков для применения при высоких напряжениях порядка от 0,4 до 110 кВ шин КРУ.The disadvantage of the known prototype [7] of the applicant - JSC "Avangard" is that it is not known to use it for monitoring the temperature of a plurality of detachable electrical connections of power panels. Also, from the description of the prototype, the constructive implementation of sensors for use at high voltages of the order of 0.4 to 110 kV of switchgear buses is not clear.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что Система измерения температуры шин электрических шкафов» содержит установленные на шинах N датчиков, каждый из которых содержит чувствительный элемент (ЧЭ) выполненный на линии задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ), содержащей пьезоэлектрическую подложку, на поверхности которой нанесены встречно-штыревой преобразователь (ВШП) и не менее трех рефлекторов, смещенных на различное расстояние относительно ВШП, первый рефлектор имеет наименьшее время задержки, второй рефлектор располагается в средней части поверхности пьезоэлектрической подложки, третий рефлектор расположен на конце пьезоэлектрической подложки, таким образом, что их взаимное расположение определяет опорное (калибровочное) время задержки ПАВ (во всем диапазоне изменения контролируемой физической величины). Каждый ЧЭ N датчиков обладающими свойствами антиколлизии в рамках одного комплекта (системы), путем смещения групп рефлекторов (1, 2 и 3) на каждой подложке ЧЭ, обеспечивающий разное время задержки ПАВ откликов, установлен в герметичный корпус (из теплопроводного материала), ВШП ЧЭ выводами соединен (припаян, приварен) с направленной антенной (выполненной например, в виде направленной микрополосковой антенны, изготовленной в металлизированном слое печатной платы из текстолита или керамики), закрепленной через диэлектрическую прокладку на основание датчика из теплопроводного материала (металлического, например, медного, алюминиевого, стального и т.д.), причем герметичный корпус ЧЭ (стороной обратной выводам) тепловым мостом через теплопроводную пасту соединен с основанием датчика. На безопасном расстоянии (от 0,1 до 4 м, в зависимости от конструктивных особенностей электрического шкафа) напротив каждого из N датчиков установлены М направленных антенн считывателей для проведения опроса датчиков, и приема сигналов откликов от датчиков. Каждая из М направленных антенн своим кабелем соединена с считывателем, а сам считыватель соединен с источником питания и с ЭВМ (микрокомпьютером, персональным компьютером, сервером и т.д.) по одному из стандартных интерфейсов (например, по интерфейсу RS-485). При количестве датчиков N равному количеству направленных антенн М, соответствующие антенны N и М расположены друг напротив друга, при этом обеспечивается режим приема/передачи типа «точка - точка» для максимальной помехозащищенности. При количестве датчиков N большему, чем количество направленных антенн М, каждая из направленных антенн М расположена напротив нескольких датчиков N, которые она опрашивает и принимает от них сигналы отклика, при этом остается возможность любой из направленных антенн М получить значение температуры своего, а также и смежных датчиков N, попадающих в область действия направленной антенны М благодаря свойству антиколлизии внутри одного комплекта (набора) датчиков.The essence of the claimed technical solution is that the system for measuring the temperature of the tires of electrical cabinets "contains N sensors installed on the buses, each of which contains a sensitive element (SE) made on a delay line on surface acoustic waves (SAW) containing a piezoelectric substrate on the surface which has an interdigital transducer (IDT) and at least three reflectors displaced at different distances relative to the IDT, the first reflector has the shortest delay time, the second reflector is located in the middle part of the surface of the piezoelectric substrate, the third reflector is located at the end of the piezoelectric substrate, thus that their relative position determines the reference (calibration) SAW delay time (in the entire range of variation of the controlled physical quantity). Each SE N sensors with anticollision properties within one set (system), by displacing the groups of reflectors (1, 2 and 3) on each SE substrate, providing a different delay time of SAW responses, is installed in a sealed case (made of heat-conducting material), IDS SE the leads are connected (soldered, welded) to a directional antenna (made, for example, in the form of a directional microstrip antenna made in a metallized layer of a PCB made of PCB or ceramic), fixed through a dielectric gasket to the sensor base made of a heat-conducting material (metal, for example, copper, aluminum , steel, etc.), and the sealed case of the SE (side with the opposite leads) is connected to the base of the sensor by a thermal bridge through a heat-conducting paste. At a safe distance (from 0.1 to 4 m, depending on the design features of the electrical cabinet), M directional reader antennas are installed opposite each of the N sensors to interrogate the sensors and receive response signals from the sensors. Each of the M directional antennas is connected with its own cable to the reader, and the reader itself is connected to a power source and to a computer (microcomputer, personal computer, server, etc.) through one of the standard interfaces (for example, via the RS-485 interface). When the number of sensors N is equal to the number of directional antennas M, the corresponding antennas N and M are located opposite each other, while providing a point-to-point transmission / reception mode for maximum noise immunity. When the number of sensors N is greater than the number of directional antennas M, each of the directional antennas M is located opposite several sensors N, which it interrogates and receives response signals from them, while it remains possible for any of the directional antennas M to obtain the temperature value of its own, as well as adjacent sensors N, falling into the area of action of the directional antenna M due to the property of anticollision within one set (set) of sensors.
Техническим результатом изобретения является создание промышленно применимой системы для контроля температуры мест соединения шин электрических шкафов с датчиками повышенного срока службы, работающих с функцией «антиколлизии», при рабочих напряжениях шин электрических шкафов от 0,4 до 110 кВ.The technical result of the invention is the creation of an industrially applicable system for monitoring the temperature of the junction points of the buses of electrical cabinets with sensors of increased service life, operating with the "anti-collision" function, at operating voltages of the buses of electrical cabinets from 0.4 to 110 kV.
Кроме того, известно разделение сигналов от нескольких датчиков температуры по патенту на полезную модель РФ: RU 179933 U1 от 29.05.2018, МПК G01K 11/26, «Пассивный антиколлизионный датчик температуры на поверхностных акустических волнах с частотно-временным кодовым отличием» - [8]. Датчик содержит топологию, содержащую отражающие структуры, коэффициент отражения которых определен соответствующей частотой ƒk, а изменение положения рефлекторов в случае изменения температуры окружающей среды влечет изменения фазы последних трех импульсов ответного сигнала, что делает возможным разделение, идентификацию по двум информационным признакам - времени и частоте, а также измерение температуры множества пассивных датчиков температуры в зоне чтения считывателя, тем самым решив коллизию, возникшую между пассивными датчиками температуры на поверхностных акустических волнах.In addition, it is known to separate signals from several temperature sensors according to a patent for a useful model of the Russian Federation: RU 179933 U1 dated 05/29/2018, IPC G01K 11/26, "Passive anticollision temperature sensor on surface acoustic waves with a time-frequency code difference" - [8 ]. The sensor contains a topology containing reflective structures, the reflection coefficient of which is determined by the corresponding frequency ƒk, and a change in the position of the reflectors in the event of a change in the ambient temperature entails changes in the phase of the last three pulses of the response signal, which makes it possible to separate, identify by two information signs - time and frequency. and also measuring the temperature of a plurality of passive temperature sensors in the reading area of the reader, thereby resolving the collision that has arisen between the passive temperature sensors on surface acoustic waves.
Однако в заявленном техническом решении в отличии от аналога [8] антиколлизионные датчики температуры на поверхностных акустических волнах сформированы не с частотно-временным кодовым отличием, а на различных линиях задержки на поверхностных акустических волнах.However, in the claimed technical solution, in contrast to the analogue [8], anticollision temperature sensors on surface acoustic waves are formed not with a time-frequency code difference, but on different delay lines on surface acoustic waves.
Также известна «Радиометка на основе линии задержки на поверхностных акустических волнах» по патенту на изобретение РФ: RU 2701100 С1 от 24.09.2019, МПК Н03Н 9/30 - [9], которая содержит входной преобразователь радиометки выполненный в виде единичного встречно-штыревого преобразователя (ВШП), установленного между двумя плечами U-образного многополоскового ответвителя с равным делением энергии, таким образом, чтобы выполнялось условие, обеспечивающее сдвиг фаз ПАВ равный π/2. Отражательные структуры расположены на подложке со смещением относительно расположения входного преобразователя вдоль осевой линии, имеющей угол наклона α относительно расположения входного преобразователя, задающий фиксированные временные задержки импульсов информационного сигнала. Между входным преобразователем и отражательными структурами установлен многополосковый ответвитель-компрессор таким образом, чтобы осуществлялся полный перенос акустической энергии ПАВ, излученной входным преобразователем из акустического канала, апертура которого определена апертурой ВШП входного преобразователя, в акустический канал, апертура которого определена количеством отражательных структур.Also known is the "RFID tag based on the delay line on surface acoustic waves" according to the patent for the invention of the Russian Federation: RU 2701100 C1 dated 09.24.2019, IPC
Однако аналог [9], в своем известном виде не может быть применен для измерения температуры, как в заявленном техническом решении.However, the analogue [9], in its known form, cannot be used to measure temperature, as in the claimed technical solution.
На фигурах приведены следующие графические материалы:The figures show the following graphic materials:
На фигуре 1 представлен разрез беспроводного датчика «Термо-В» из комплекта датчиков, входящих в систему «ПАВ-Термо-В» измерения температуры шин электрических шкафов.Figure 1 shows a section of a wireless sensor "Thermo-B" from a set of sensors included in the "SAV-Thermo-V" system for measuring the temperature of the tires of electrical cabinets.
На фигуре 2 - фотография вида спереди беспроводного датчика «Термо-В» с полосковой антенной типа «щель» на печатной плате.Figure 2 is a photograph of a front view of a "Thermo-B" wireless sensor with a "slot" strip antenna on a printed circuit board.
На фигуре 3 - фотография вида сзади беспроводного датчика «Термо-В» с полосковой антенной на печатной плате.Figure 3 is a photograph of a rear view of a "Thermo-B" wireless sensor with a strip antenna on a printed circuit board.
На фигуре 4 - структурная схема контроля диапазона контролируемых температур в термокамере (в климатической камере) при воздействии электрического потенциала.Figure 4 is a block diagram of the control of the range of controlled temperatures in a heat chamber (in a climatic chamber) when exposed to an electric potential.
На фигуре 5 - испытательная оснастка для расположения датчиков «Термо-В» и антенн в термокамере.Figure 5 - test equipment for the location of the sensors "Thermo-B" and antennas in the heat chamber.
На фигуре 6 - фотография стенда для испытания термочувствительных радиочастотных датчиков «Термо-В» в термокамере (в климатической камере).Figure 6 is a photograph of a stand for testing thermosensitive radio frequency sensors "Thermo-B" in a heat chamber (in a climatic chamber).
На фигуре 7 - схема установки датчиков «Термо-В» на электрические шины выкатного элемента (трансформатора тока) ТЛК-10, находящегося в электрическом шкафу КРУ 2-10.Figure 7 is a diagram of the installation of the Thermo-V sensors on the busbars of the withdrawable element (current transformer) TLK-10, which is located in the switchgear cabinet 2-10.
На фигуре 8 - фрагмент схемы установки датчиков «Термо-В» на верхние шины ТЛК-10 и антенн АКП-2400, закрепленных на внутренних стенках электрического шкафа КРУ 2-10.Figure 8 is a fragment of the installation diagram of the "Thermo-B" sensors on the top tires of the TLK-10 and the AKP-2400 antennas attached to the inner walls of the switchgear 2-10 electrical cabinet.
На фигурах 1…8 цифрами обозначены: 1 - чувствительный элемент; 2 - герметичный корпус ЧЭ выполненный из материала с высокой теплопроводностью (металла или керамики); 3 - выводы герметичного корпуса (2) от ЧЭ (1); 4 - направленная антенна, выполненная в виде направленной микрополосковой антенны в металлизированном слое печатной платы из текстолита или керамики), 5 - печатная плата с вытравленной направленной антенной (4); 6 - диэлектрическая прокладка для установки антенны (4) с ЧЭ (1) на основание датчика; 7 - основание датчика, выполнение из профильной изогнутой пластины в виде уголка из металлического материала: медного, алюминиевого, стального и т.д.; 8 - тепловой мост, для подведения теплоты от контролируемой шины, через основание датчика (7) с корпусом (2) чувствительного элемента (1), тепловой мост (8) может быть выполнен как из металла, так из теплопроводной керамики, тепловой мост (8) находится внутри диэлектрической прокладки (6), например, кольцеобразной; 9 - слой теплопроводной пасты для улучшения теплопередачи при подводе теплоты от теплового моста (8) к корпусу (2) чувствительного элемента (1); 10 - винты крепления печатной платы (4) через диэлектрическую прокладку (6) к основанию датчика (7); 11 - резьбовые втулки для крепления винтами (10) печатной платы (4) через диэлектрическую прокладку (6) к основанию датчика (7); 12 - винт крепления теплового моста (8) к основанию (7) датчика; 13 - вырез основания (7) датчика в виде вилки для крепления основания (7) в резьбовом соединении токоведущих шин; 14.1…14.i - датчики «Термо-В»; 15.1…15.i - шины электрического шкафа; 16.1…16.i - антенны; 17 - испытательная оснастка для датчиков «Термо-В» (14.1…14.i); 18 - термокамера (климатическая камера); 19 - блок считывателя с антеннами для датчиков «Термо-В»; 20 - считыватель (с 6-ю подключенными антенами); 21 - источник питания считывателя; 22 - ЭВМ (микроконтроллер, персональный компьютер, ноутбук, сервер); 23 - источник высокого напряжения, например УПУ-10; 24 - образцовый термометр, например, в виде щупа ТЦЩ-7, диаметром 5 мм и длиной 50 мм на гибком жаропрочном двухметровом кабеле; 25 - электронный цифровой измерительный блок, например, термометр цифровой ТЦ-1200.In figures 1 ... 8 numbers indicate: 1 - a sensitive element; 2 - a sealed body of the ChE made of a material with high thermal conductivity (metal or ceramics); 3 - leads of the sealed case (2) from the CHE (1); 4 - directional antenna made in the form of a directional microstrip antenna in a metallized layer of a printed circuit board made of PCB or ceramics), 5 - printed circuit board with an etched directional antenna (4); 6 - dielectric spacer for mounting the antenna (4) with the SE (1) on the sensor base; 7 - sensor base, made of a curved profile plate in the form of a corner made of metal material: copper, aluminum, steel, etc .; 8 - thermal bridge, for supplying heat from the controlled tire, through the base of the sensor (7) with the housing (2) of the sensitive element (1), the thermal bridge (8) can be made of both metal and heat-conducting ceramics, thermal bridge (8 ) is located inside a dielectric spacer (6), for example, annular; 9 - a layer of heat-conducting paste to improve heat transfer when heat is supplied from the thermal bridge (8) to the housing (2) of the sensitive element (1); 10 - screws for fastening the printed circuit board (4) through the dielectric spacer (6) to the sensor base (7); 11 - threaded bushings for fastening the printed circuit board (4) with screws (10) through the dielectric gasket (6) to the sensor base (7); 12 - screw for fastening the thermal bridge (8) to the base (7) of the sensor; 13 - cutout of the base (7) of the sensor in the form of a plug for fixing the base (7) in the threaded connection of the bus bars; 14.1 ... 14.i - "Thermo-V" sensors; 15.1… 15.i - electrical cabinet tires; 16.1… 16.i - antennas; 17 - test equipment for sensors "Thermo-B" (14.1 ... 14.i); 18 - heat chamber (climatic chamber); 19 - reader unit with antennas for "Thermo-V" sensors; 20 - reader (with 6 connected antennas); 21 - power supply for the reader; 22 - computer (microcontroller, personal computer, laptop, server); 23 - high voltage source, for example UPU-10; 24 - exemplary thermometer, for example, in the form of a TCSH-7 probe, 5 mm in diameter and 50 mm long on a flexible heat-resistant two-meter cable; 25 - electronic digital measuring unit, for example, digital thermometer TC-1200.
Типовой датчик дистанционного измерения температуры шин электрических шкафов заявленной Системы содержит чувствительный элемент (ЧЭ) (1), выполненный на линии задержки на ПАВ, содержащей пьезоэлектрическую подложку, на поверхности которой нанесены встречно-штыревой преобразователь (ВШП) и не менее трех рефлекторов, смещенных на различное расстояние относительно ВШП, первый рефлектор имеет наименьшее время задержки, второй рефлектор располагается в средней части поверхности пьезоэлектрической подложки, третий рефлектор расположен на конце пьезоэлектрической подложки, таким образом, что их взаимное расположение определяет опорное время задержки ПАВ. При этом ЧЭ установлен в герметичный корпус (2), выполненный из теплопроводного материала. ВШП ЧЭ (1) выводами (3) соединен, например, при помощи пайки или сварки с направленной антенной (4). Направленная антенна (4) может быть выполнена в виде микрополосковой антенны в металлизированном слое печатной платы (5) из текстолита или керамики. Печатная плата (5) (с направленной антенной (4)) закреплена винтами (10) через диэлектрическую прокладку (6) к основанию (7) при помощи резьбовых втулок (11), которые вставлены в отверстия основания (7). Диэлектрическая прокладка (6) может быть выполнена в виде кольца, внутри которого размещен герметичный корпус (2) ЧЭ (1). В свою очередь диэлектрическая прокладка (6) закреплена резьбовыми втулками (11) и винтами (10) на теплопроводное основание (7) датчика. Герметичный корпус (2) ЧЭ (1) стороной обратной выводам (3) через теплопроводную пасту (9) прижат к тепловому мосту (8), который в свою очередь винтом (12) закреплен на основании (7) датчика для подвода теплоты от контролируемого резьбового соединения электрических шин. Основание (7) датчика своим вырезом (13) в виде вилки закреплено в контролируемом резьбовом соединении электрических шин. Направленная антенна (4) датчика может быть выполнена в виде микрополосковой антенны типа «щель». Основание (7) датчика из теплопроводного материала может быть выполнено из металлической профильно изогнутой пластины (7), например, в виде уголка. В качестве теплового моста (8) между внешней поверхностью герметичного корпуса (2) ЧЭ (1) и основанием (7) или (17) датчика через толщину диэлектрической прокладки (6) может быть использована сплошная шайба из теплопроводного материала (например, из меди или алюминия). Тепловой мост (8) закреплен на самом основании (7) датчика, а его толщина зависит от толщины диэлектрической прокладки (6) и высоты герметичного корпуса (2) ЧЭ (1). Толщина теплового моста (8) подбирается индивидуально, например снятием слоя металла с его плоской поверхности. Диэлектрическая прокладка (6) необходима для создания гарантированно необходимого зазора между антенной (3) и основанием (7) датчика, величина которого зависит от диапазона рабочих частот устройства. Для проверки входящих в заявленную систему датчиков заявителем была создана установка для контроля диапазона контролируемых температур в термокамере (в климатической камере) при воздействии электрического потенциала. В установке датчики (14.1…14.i) заявленной системы расположены на шинах электрического шкафа (15.1…15.i). Напротив датчиков (14.1…14.i) закреплены антенны (16.1…16.i), например АКП-2400, Сами датчики (14.1…14.i), шины электрического шкафа (15.1…15.i) и антенны (16.1…16.i) смонтированы на испытательной оснастке (17), которая размещена в термокамере (18) (климатической камере). Блок считывателя (19) состоит из антенн (16.1…16.i), размещенных в термокамере (18) и самого считывателя (20), к которому каждая из антенн (16.1…16.i) подсоединена отдельным коаксиальным кабелем. Считыватель также подсоединен к источнику питания (считывателя), а также по интерфейсу RS-485 с ЭВМ (22), в качестве которой может выступать микроконтроллер, персональный компьютер, ноутбук, сервер. Установка также снабжена источником высокого напряжения, например УПУ-10. Выход, которого подсоединен к клеммам (зажимам) испытательной оснастки (17) а именно к ее шинам (15.1…15.i). Кроме того, установка образцовым термометром (24), например, в виде щупа ТЦЩ-7, диаметром 5 мм и длиной 50 мм (расположенным в термокамере (18) на гибком жаропрочном двухметровом кабеле, а также устройством (25) - электронным цифровым измерительным блоком, например, термометром цифровым ТЦ-1200 для отображения показаний образцового термометра (24).A typical sensor for remote measurement of the temperature of the busbars of electrical cabinets of the claimed System contains a sensitive element (SE) (1), made on a SAW delay line, containing a piezoelectric substrate, on the surface of which an interdigital transducer (IDT) is applied and at least three reflectors shifted to different distance relative to the IDT, the first reflector has the shortest delay time, the second reflector is located in the middle part of the piezoelectric substrate surface, the third reflector is located at the end of the piezoelectric substrate, so that their relative position determines the reference SAW delay time. In this case, the SE is installed in a sealed housing (2) made of a heat-conducting material. VShP ChE (1) with leads (3) is connected, for example, by soldering or welding with a directional antenna (4). The directional antenna (4) can be made in the form of a microstrip antenna in the metallized layer of the printed circuit board (5) made of PCB or ceramic. The printed circuit board (5) (with directional antenna (4)) is fixed with screws (10) through a dielectric spacer (6) to the base (7) using threaded bushings (11), which are inserted into the holes in the base (7). The dielectric gasket (6) can be made in the form of a ring, inside which there is a sealed housing (2) of the SE (1). In turn, the dielectric gasket (6) is fixed with threaded bushings (11) and screws (10) on the heat-conducting base (7) of the sensor. The sealed case (2) of the SE (1) with the reverse side to the terminals (3) through the heat-conducting paste (9) is pressed against the thermal bridge (8), which in turn is fastened with a screw (12) to the base (7) of the sensor for supplying heat from the monitored threaded electrical bus connections. The base (7) of the sensor with its fork-shaped cutout (13) is fixed in the controlled threaded connection of the electric buses. The directional antenna (4) of the sensor can be made in the form of a microstrip antenna of the "slit" type. The base (7) of the sensor made of a heat-conducting material can be made of a metal profile curved plate (7), for example, in the form of an angle. As a thermal bridge (8) between the outer surface of the sealed housing (2) of the SE (1) and the base (7) or (17) of the sensor through the thickness of the dielectric spacer (6), a solid washer made of a heat-conducting material (for example, copper or aluminum). The thermal bridge (8) is fixed on the very base (7) of the sensor, and its thickness depends on the thickness of the dielectric spacer (6) and the height of the sealed housing (2) SE (1). The thickness of the thermal bridge (8) is selected individually, for example, by removing a metal layer from its flat surface. The dielectric spacer (6) is necessary to create a guaranteed necessary gap between the antenna (3) and the base (7) of the sensor, the value of which depends on the operating frequency range of the device. To check the sensors included in the claimed system, the applicant created an installation for monitoring the range of controlled temperatures in a heat chamber (in a climatic chamber) when exposed to an electric potential. In the installation, the sensors (14.1… 14.i) of the declared system are located on the buses of the electrical cabinet (15.1… 15.i). Antennas (16.1… 16.i) are fixed opposite the sensors (14.1… 14.i), for example AKP-2400, the sensors themselves (14.1… 14.i), the buses of the electrical cabinet (15.1… 15.i) and antennas (16.1… 16 .i) mounted on a test fixture (17), which is placed in a heat chamber (18) (climatic chamber). The reader unit (19) consists of antennas (16.1… 16.i) located in the heat chamber (18) and the reader itself (20), to which each of the antennas (16.1… 16.i) is connected by a separate coaxial cable. The reader is also connected to a power source (reader), as well as via the RS-485 interface with a computer (22), which can be a microcontroller, personal computer, laptop, server. The installation is also equipped with a high voltage source, for example UPU-10. The output, which is connected to the terminals (clamps) of the test equipment (17), namely to its buses (15.1 ... 15.i). In addition, installation with a reference thermometer (24), for example, in the form of a TCSH-7 probe, 5 mm in diameter and 50 mm long (located in a heat chamber (18) on a flexible heat-resistant two-meter cable, as well as a device (25) - an electronic digital measuring unit , for example, with a digital thermometer TC-1200 to display the readings of a reference thermometer (24).
Основные характеристики «Системы…»:The main characteristics of the "System ...":
- диапазон измерения температур: - 40…+125°С;- temperature measurement range: - 40 ... + 125 ° С;
- максимальная дистанция считывания температуры до 4 м;- maximum temperature reading distance up to 4 m;
- абсолютная погрешность: ±4,0°С;- absolute error: ± 4.0 ° С;
- диапазон рабочих частот: 2400…2483,5 МГц;- operating frequency range: 2400 ... 2483.5 MHz;
- способ считывания: по радиоканалу.- reading method: by radio channel.
Работа заявленного устройства состоит в следующем.The operation of the claimed device is as follows.
При воздействии радиосигнала считывателя на ВШП ЧЭ (1) за счет обратного пьезоэффекта происходит преобразование электромагнитного колебания в акустическую волну, которая распространяется вдоль поверхности пьезоэлектрической подложки, выполненной на линии задержки на ПАВ. После чего акустическая волна отражается от соответствующих рефлекторов и возвращается обратно на ВШП, где за счет прямого пьезоэффекта, происходит преобразование акустической волны в электромагнитную. На пластину пьезоэлектрической подложки нанесены рефлекторы (электроды, отражатели), которые могут быть выполнены в виде полосок или канавок. При изменении температуры пластины пьезоэлектрической подложки в результате линейного расширения - сжатия изменяется ее геометрические размеры, а также происходит изменение фазовой скорости распространения ПАВ, вследствие чего происходит изменение расстояния между рефлекторами, и, следовательно, изменение времени задержки сигналов между рефлекторами. Температурные перемещения рефлекторов составляют всего порядка сотен нанометров, и, следовательно, температурные изменения времени задержки составляют сотни наносекунд. При высокой частоте облучающего сигнала, например в 2,45 ГГц, фазовый набег (сдвиг) при отражении ПАВ от рефлекторов можно измерить (подвергнуть оценке), то есть, анализируя величину фазового набега сигналами откликов от рефлекторов можно измерить время задержки сигнала с высокой степенью точности. Учитывая коэффициент линейного расширения для данного материала подложки получать как значение изменений температуры, так и значение абсолютной температуры подложки после проведения калибровки устройства во всем рабочем температурном диапазоне.When the radio signal of the reader on the IDT SE (1), due to the inverse piezoelectric effect, the electromagnetic vibration is converted into an acoustic wave, which propagates along the surface of the piezoelectric substrate, made on the delay line on the SAW. After that, the acoustic wave is reflected from the corresponding reflectors and returns back to the IDT, where, due to the direct piezoelectric effect, the acoustic wave is converted into an electromagnetic one. Reflectors (electrodes, reflectors) are applied to the piezoelectric substrate plate, which can be made in the form of stripes or grooves. When the temperature of the piezoelectric substrate plate changes as a result of linear expansion - compression, its geometric dimensions change, and the phase velocity of SAW propagation also changes, as a result of which there is a change in the distance between the reflectors, and, consequently, a change in the delay time of signals between the reflectors. The temperature movements of the reflectors are only of the order of hundreds of nanometers, and hence the temperature changes in the delay time are hundreds of nanoseconds. At a high frequency of the irradiating signal, for example, 2.45 GHz, the phase incursion (shift) when SAW is reflected from reflectors can be measured (evaluated), that is, by analyzing the magnitude of the phase incursion by the response signals from reflectors, the signal delay time can be measured with a high degree of accuracy ... Taking into account the coefficient of linear expansion for a given substrate material, obtain both the value of temperature changes and the value of the absolute temperature of the substrate after the device is calibrated over the entire operating temperature range.
Заявленная система измерения температуры шин электрических шкафов имеет широкий диапазон применения. Она может быть использована для автоматизации процессов контроля (мониторинга) за температурным состоянием электрических шин, находящихся под рабочим напряжением 0,4…110 кВ, с целью передачи данных в АСУ ТП потребителя, а также для формирования и передачи сигналов предупредительной или аварийной сигнализации. Выполнена на базе пассивных беспроводных датчиков температуры на ПАВ «Система…» для электрических шин функционирует в режиме «антиколлизии». Датчики выполнены с габаритными размерами 85x53,5x35 мм. Они обеспечивают прием зондирующих сигналов считывателя, кодово-временную модуляцию принятых сигналов и переизлучение модулированных сигналов-откликов в эфир. В «Системе…» используется антенна типа АКП-2400, с габаритными размерами 121×121×41,5 мм. Считыватель подсоединен к антеннам АКП-2400 с помощью коаксиальных кабелей (SMAm-SMAm-1500MM-5DFB, длиной не более 1,5 м).The declared system for measuring the temperature of the busbars of electrical cabinets has a wide range of applications. It can be used to automate the processes of control (monitoring) of the temperature state of electrical buses under an operating voltage of 0.4 ... 110 kV, for the purpose of transmitting data to the consumer's APCS, as well as for generating and transmitting warning or alarm signals. Made on the basis of passive wireless temperature sensors based on surfactants "System ..." for electric buses operates in "anticollision" mode. The sensors are made with dimensions 85x53.5x35 mm. They provide reception of probe signals of the reader, time-code modulation of the received signals and re-emission of modulated response signals on the air. The "System ..." uses an antenna of the AKP-2400 type, with overall dimensions 121 × 121 × 41.5 mm. The reader is connected to the AKP-2400 antennas using coaxial cables (SMAm-SMAm-1500MM-5DFB, no longer than 1.5 m).
Считыватель в системе обеспечивает:The reader in the system provides:
- формирование зондирующих сигналов, излучение их в эфир и прием при помощи антенн (АКП-2400) отраженных от датчиков сигналов-откликов в режиме «антиколлизии»;- formation of probing signals, their emission into the air and reception by means of antennas (AKP-2400) reflected signals from the sensors in the "anticollision" mode;
- определение по сигналам-откликам (разных) датчиков их температуры и индивидуального номера;- determination by signals-responses of (different) sensors of their temperature and individual number;
- передачу данных о температуре разных датчиков по интерфейсу RS-485 в АСУ ТП потребителя;- transmission of data on the temperature of various sensors via the RS-485 interface to the consumer's APCS;
- формирование сигналов предупредительной или аварийной сигнализации при выходе показаний датчиков за заданные (изготовителем) пороговые значения.- generation of warning or alarm signals when the sensor readings go beyond the set (manufacturer) threshold values.
Заявителем был проведен контроль диапазона контролируемых температур датчиков одновременно с воздействием электрического потенциала и контролем погрешности определения температуры, а также контролем идентификационных кодов датчиков с одновременной проверкой функции «антиколлизии». Такой контроль заявленного технического решения был проведен согласно схемы подключения, представленной на фигуре 4, на оснастка (см. фиг. 5) и в термокамере (см. фиг. 6). Для связи считывателя с ЭВМ в виде ноутбука использован интерфейс RS-485. При этом первоначально перед проведением контроля по фигуре 4 были проведены следующие мероприятия:The applicant monitored the range of monitored temperatures of the sensors simultaneously with the effect of electrical potential and control of the error in determining the temperature, as well as control of the identification codes of the sensors with simultaneous checking of the "anticollision" function. Such control of the claimed technical solution was carried out according to the connection diagram shown in figure 4, on the equipment (see figure 5) and in the heat chamber (see figure 6). To connect the reader with a computer in the form of a laptop, the RS-485 interface is used. At the same time, initially, before the control on figure 4, the following activities were carried out:
- антенны АКП - 2400 были закреплены на пластиковых панелях испытательной оснастки (17);- AKP - 2400 antennas were fixed on plastic panels of test equipment (17);
- образцовый термометр (24), в виде щупа ТЦЩ-7 закреплен на металлической поверхности рядом с любым из датчиков и кабелем подсоединен с цифровым термометром ТЦ-1200;- an exemplary thermometer (24), in the form of a TCSH-7 probe, is fixed on a metal surface next to any of the sensors and a cable is connected to a TC-1200 digital thermometer;
- датчики с помощью винтов установлены на металлических панелях испытательной оснастки, так, что датчики и антенны сориентированы излучающими поверхностями друг к другу на расстоянии от 0,1 до 0,2 м, соблюдая совпадение их векторов поляризации (как приведено на фиг. 5);- the sensors are mounted with screws on the metal panels of the test equipment, so that the sensors and antennas are oriented by the emitting surfaces to each other at a distance of 0.1 to 0.2 m, observing the coincidence of their polarization vectors (as shown in Fig. 5);
- один контакт (клемма) испытательной оснастки (17) подсоединена к клемме переменного выходного напряжения «~» прибора для испытания электрической прочности, например прибору УПУ-10, а другой контакт (клемма) испытательной оснастки (17) подключена к контакту «Земля» прибора УПУ-10.- one contact (terminal) of the test fixture (17) is connected to the AC output voltage "~" terminal of the dielectric strength tester, for example, the UPU-10 device, and the other contact (terminal) of the test fixture (17) is connected to the "Ground" contact of the device UPU-10.
После чего испытательная оснастка была установлена в термокамере (18), на ноутбук загружено программное обеспечение (ПО) реализации цифрового управления и снятия показаний заявленной системы, а также на испытательную оснастку (17) было подано высокое напряжение. Температура в термокамере (климатической камере) при проведении контроля (испытаний) менялась ступенчато от минус 40, (минус 20, 0, 20, 40, 60, 80, 100) до 120°С и обратно, выжидая 30 мин после выхода термокамеры (18) в заданную температурную область (для установки полного термодинамического равновесия).After that, the test equipment was installed in the heat chamber (18), the software (software) for implementing digital control and taking readings of the declared system was loaded onto the laptop, and high voltage was applied to the test equipment (17). The temperature in the heat chamber (climatic chamber) during the control (tests) changed stepwise from minus 40, (minus 20, 0, 20, 40, 60, 80, 100) to 120 ° C and back, waiting 30 minutes after the exit of the heat chamber (18 ) to a given temperature range (to establish complete thermodynamic equilibrium).
В результате проведения контроля (испытания системы) были получены положительные результаты, так как происходило считывание датчиков с отображением их идентификационных кодов, совпадающих с их идентификационными номерами, обозначенными на корпусах датчиков. Погрешность показаний температуры в диапазоне от минус 40 до 120°С составила не более ±4°С. Работа интерфейса RS-485, ПО, а также функции «антиколлизии» подтвердилась фактом отображения на экране ноутбука идентификационных кодов датчиков и значений их температуры.As a result of the control (testing of the system), positive results were obtained, since the sensors were read with the display of their identification codes, which coincide with their identification numbers indicated on the sensor bodies. The error in temperature readings in the range from minus 40 to 120 ° С was no more than ± 4 ° С. The operation of the RS-485 interface, software, as well as the "anticollision" function was confirmed by the fact that the identification codes of the sensors and the values of their temperature were displayed on the laptop screen.
Кроме того, заявителем был проведен контроль (испытание заявленной системы) на дистанцию опроса датчиков в нормальных климатических условиях (НКУ) без термокамеры, результаты которого также были положительные.In addition, the applicant carried out a control (test of the declared system) at a distance of interrogation of sensors in normal climatic conditions (NKU) without a heat chamber, the results of which were also positive.
Таким образом заявленная «Система…) позволяет производить:Thus, the declared "System ...) allows you to produce:
- контроль температуры токоведущих частей высоковольтного оборудования и других промышленных установок;- temperature control of live parts of high-voltage equipment and other industrial installations;
- формировать сигналы предупреждения аварийных ситуаций и производить автоматическую выдача их системе управления (АСУ) для принятия решений;- generate emergency warning signals and automatically issue them to the control system (ACS) for decision-making;
- обеспечить противопожарную безопасность электрооборудования (высоковольтных трансформаторов, устройств коммутации и других промышленных установок).- to ensure fire safety of electrical equipment (high-voltage transformers, switching devices and other industrial installations).
Конкурентные преимущества заявленной «Системы…»:Competitive advantages of the declared "System ...":
- применение абсолютно пассивных датчиков температуры (без источника питания);- the use of absolutely passive temperature sensors (without a power supply);
- проведение опроса датчиков по радиоканалу (2,45 ГГц) работает во всем диапазоне измерений на расстоянии от 0,1 до 4 м;- interrogation of sensors over a radio channel (2.45 GHz) operates over the entire measurement range at a distance from 0.1 to 4 m;
- обеспечение абсолютной точности измерения температуры (±4°С) с разрешающей способностью 0,001°С;- ensuring the absolute accuracy of temperature measurement (± 4 ° C) with a resolution of 0.001 ° C;
- обеспечение возможности идентификации точки измерения температуры по коду датчика;- providing the possibility of identifying the temperature measurement point by the sensor code;
- обладание высокой радиационной стойкостью и устойчивостью к воздействию механических и электромагнитных помех (до 3000 А и 110 кВ);- possession of high radiation resistance and resistance to mechanical and electromagnetic interference (up to 3000 A and 110 kV);
- обеспечение срока службы датчика до 25 лет;- ensuring the service life of the sensor up to 25 years;
- применение беспроводных технологий обеспечивает оперативность монтажа и удобство обслуживания;- the use of wireless technologies ensures prompt installation and ease of maintenance;
- малые габаритные размеры датчиков.- small overall dimensions of the sensors.
Проведенные заявителем испытания внедренной опытной системы измерения температуры шин электрических шкафов» в Петербургском метрополитене, а также на трансформаторной подстанции (в г. Кронштадт) показали положительные результаты. Опытная эксплуатация Системы проходит без сбоев и отказов. Кроме того, заявленная система в настоящее время внедряется для электрических шкафов (в рамках проведения опытно-промышленной эксплуатации в ПАО «МРСК Сибири» - «Омскэнерго»), а именно в шкафы КРУ 2-10 (КВЭ 10 13) с выключателем и трансформатором тока ТЛК-10. При этом датчики из состава системы закреплены на болтовые соединения электрических шин выкатного элемента ТЛК-10.The tests carried out by the applicant of the introduced experimental system for measuring the temperature of the busbars of electrical cabinets "in the St. Petersburg metro, as well as at the transformer substation (in the city of Kronstadt) showed positive results. The trial operation of the System takes place without failures and failures. In addition, the declared system is currently being implemented for electrical cabinets (within the framework of experimental-industrial operation in IDGC of Siberia, PJSC - Omskenergo), namely, in cabinets KRU 2-10 (
Заявленная «система измерения температуры шин электрических шкафов» в совокупности с ограничительными и отличительными признаками формулы изобретения является новым для общеизвестных устройств - систем с чувствительными элементами температуры, основанными на пассивных радиочастотных элементах на ПАВ. При групповом применении в заявленной системе таких беспроводных датчиков на ПАВ обеспечивается повышенный контроль температуры электрических соединений шин КРУ во всем диапазоне изменения температуры, а также обеспечивается гарантированное определение конкретного установленного датчика (без коллизий). В связи с этим данное техническое решение соответствует критерию "новизна".The claimed "system for measuring the temperature of the busbars of electrical cabinets" in conjunction with the limiting and distinctive features of the claims is new for well-known devices - systems with temperature sensing elements based on passive RF elements on SAW. With the group application in the declared system of such wireless SAW sensors, increased temperature control of the electrical connections of the switchgear busbars is provided in the entire temperature range, as well as guaranteed determination of a specific installed sensor (without collisions). In this regard, this technical solution meets the criterion of "novelty".
Совокупность признаков формулы изобретения неизвестна на данном уровне развития техники, и не следует из общеизвестных способов создания мультисенсорных системах мониторинга объектов с беспроводными датчиками на ПАВ, а именно для непрерывного мониторинга температуры электрических соединений шин КРУ. Это доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".The set of features of the claims is unknown at this level of development of technology, and does not follow from the well-known methods of creating multisensor systems for monitoring objects with wireless sensors on SAW, namely for continuous monitoring of the temperature of electrical connections of switchgear buses. This proves the compliance with the "inventive step" criterion.
Реализация заявленной системы «ПАВ-Термо-В» осуществлена заявителем и проходит опытную эксплуатацию, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".The implementation of the declared system "PAV-Thermo-V" was carried out by the applicant and is undergoing trial operation, from which follows the compliance with the criterion of "industrial applicability".
ЛитератураLiterature
1. Заявка на изобретение РФ: RU 2011150244 А от 20.06.2013, МПК Н02Н 5/04, «Контроль температуры для шинной распределительной системы».1. Application for an invention of the Russian Federation: RU 2011150244 А dated 20.06.2013,
2. Патент на изобретение РФ: RU 2537751 С2 от 10.01.2015, МПК G01K 11/22, H01L 41/08, «Чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах для измерения температуры».2. Patent for invention of the Russian Federation: RU 2537751 C2 dated 01/10/2015,
3. Патент на полезную модель РФ: RU 151943 U1 от 20.04.2015, МПК H01Q 13/10, «Радиометка».3. Patent for a useful model of the Russian Federation: RU 151943 U1 dated 20.04.2015,
4. Патент на полезную модель РФ: RU 125535 U1 от 10.03.2013, МПК B61L 25/00, «Устройство радиочастотной идентификации и позиционирования железнодорожного транспорта».4. Patent for a useful model of the Russian Federation: RU 125535 U1 dated 03/10/2013,
5. Патент на изобретение РФ: RU 2608259 С2 от 17.01.2017, МПК G06K 7/10, H04L 9/32, «Способ повышения защитных свойств идентификационной ПАВ-метки».5. Patent for invention of the Russian Federation: RU 2608259 C2 dated 01/17/2017,
6. Патент на изобретение РФ: RU 2427943 С1 от 27.08.2011, МПК H01L 41/08, «Пассивный датчик на поверхностных акустических волнах».6. Patent for invention of the Russian Federation: RU 2427943 C1 from 27.08.2011, IPC H01L 41/08, "Passive sensor on surface acoustic waves".
7. Патент на изобретение РФ: RU 2585911 С1 от 10.06.2016, МПК G01D 5/48, «Способ устранения коллизии в наборе датчиков и устройство для его реализации» - прототип.7. Patent for invention of the Russian Federation: RU 2585911 C1 dated 06/10/2016,
8. Патент на полезную модель РФ: RU 179933 U1 от 29.05.2018, МПК G01K 11/26, «Пассивный антиколизионный датчик температуры на поверхностных акустических волнах с частотно-временным кодовым отличием».8. Patent for a useful model of the Russian Federation: RU 179933 U1 dated 05/29/2018,
9. Патент на изобретение РФ: RU 2701100 С1 от 24.09.2019, МПК Н03Н 9/30, «Радиометка на основе линии задержки на поверхностных акустических волнах».9. Patent for invention of the Russian Federation: RU 2701100 C1 dated 09.24.2019,
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020124696A RU2748868C1 (en) | 2020-07-15 | 2020-07-15 | Bar temperature measurement system for electrical boards |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020124696A RU2748868C1 (en) | 2020-07-15 | 2020-07-15 | Bar temperature measurement system for electrical boards |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2748868C1 true RU2748868C1 (en) | 2021-06-01 |
Family
ID=76301423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020124696A RU2748868C1 (en) | 2020-07-15 | 2020-07-15 | Bar temperature measurement system for electrical boards |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2748868C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU210359U1 (en) * | 2021-10-15 | 2022-04-12 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации | Identification block for waste container |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2344437C2 (en) * | 2006-09-28 | 2009-01-20 | ООО "Научно-производственное предприятие "Технологии радиочастотной идентификации и связи" (НПП "ТРИиС") | System of radio-frequency identification on surface acoustic waves |
| US8384524B2 (en) * | 2008-11-26 | 2013-02-26 | Honeywell International Inc. | Passive surface acoustic wave sensing system |
| RU2537751C2 (en) * | 2013-03-12 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Sensitive element of surface acoustic waves for temperature measurement |
| RU2585911C1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Method of eliminating collisions in set of sensors and device therefor |
| RU2701100C1 (en) * | 2019-01-23 | 2019-09-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Radio tag based on delay line on surface acoustic waves |
-
2020
- 2020-07-15 RU RU2020124696A patent/RU2748868C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2344437C2 (en) * | 2006-09-28 | 2009-01-20 | ООО "Научно-производственное предприятие "Технологии радиочастотной идентификации и связи" (НПП "ТРИиС") | System of radio-frequency identification on surface acoustic waves |
| US8384524B2 (en) * | 2008-11-26 | 2013-02-26 | Honeywell International Inc. | Passive surface acoustic wave sensing system |
| RU2537751C2 (en) * | 2013-03-12 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Sensitive element of surface acoustic waves for temperature measurement |
| RU2585911C1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Method of eliminating collisions in set of sensors and device therefor |
| RU2701100C1 (en) * | 2019-01-23 | 2019-09-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Radio tag based on delay line on surface acoustic waves |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU210359U1 (en) * | 2021-10-15 | 2022-04-12 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации | Identification block for waste container |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3529624B1 (en) | Remotely powered line monitor | |
| US20160290876A1 (en) | Measuring arrangement and temperature-measuring method, and sensor cable for such a measuring arrangement | |
| Scholl et al. | Wireless passive SAW sensor systems for industrial and domestic applications | |
| RU2532417C2 (en) | Temperature control for distribution bus system | |
| FI59881C (en) | MAOTTSYSTEM FOER LOCALIZATION AV ETT STAELLE I EN ELEKTRISK LEDNING DAER EN IMPEDANSAENDRING SAOSOM ETT BROTT ELLER EN KORTSLUTNING HAR SKETT | |
| RU2748868C1 (en) | Bar temperature measurement system for electrical boards | |
| CN103604531B (en) | On-line calibrating method and on-line alarming method for passive wireless temperature measuring system | |
| Scholl et al. | SAW-based radio sensor systems for short-range applications | |
| WO2015057504A1 (en) | Apparatus and methods for monitoring electrical interconnections using rfid devices | |
| CN204988540U (en) | A switch cabinet wireless temperature -measuring system | |
| WO2006028751A1 (en) | Harmonic wireless transponder sensor and method | |
| CN103557955A (en) | Passive wireless temperature sensor | |
| RU204272U1 (en) | Wireless sensor for measuring the temperature of the busbars of electrical cabinets | |
| Dey et al. | Novel chipless RFID high resolution crack sensor based on SWB technology | |
| CN202887225U (en) | Reader-writer of acoustic surface wave wireless passive sensor system | |
| WO1993018417A1 (en) | Radar detector performance verification method and apparatus | |
| RU220371U1 (en) | Wireless temperature sensor | |
| Scholl et al. | Surface acoustic wave devices for sensor applications | |
| CN101446604B (en) | Electricity meter | |
| Jayawardana et al. | Measurement system with a RFID tag antenna mounted on structural members for infrastructure health monitoring | |
| Andle et al. | Temperature monitoring system using passive wireless sensors for switchgear and power grid asset management | |
| US5446448A (en) | River ice motion detector | |
| RU215141U1 (en) | Wireless temperature measurement sensor | |
| CN206019856U (en) | Temp measuring system based on RFID | |
| RU2664763C1 (en) | Measurement system of induced currents in resistive elements of electroexplosive device (eed) |