TW202323780A - 用於非侵入地感測殼體內所含流體之內部溫度之裝置和方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供用於非侵入地判定殼體內流體之溫度之裝置和方法。第一與第二溫度感測器係定位成使得該等第一與第二溫度感測器間具有一溫度差。該等第一與第二溫度感測器之溫度間的一差可用於估計該殼體內流體之溫度及/或一零熱流方法可用於判定該殼體內流體之溫度。

Description

用於非侵入地感測殼體內所含流體之內部溫度之裝置和方法

本申請案主張2021年6月24日申請之美國暫時專利申請第63/214695號的優先權及利益，該申請案之全部在此加入作為參考以達成所有目的。

某些實施例有關於用於測量溫度之裝置。某些實施例有關於用於非侵入地判定及/或估計殼體內所含流體之溫度之裝置。某些實施例有關於用於測量溫度之方法。某些實施例有關於非侵入地判定及/或估計殼體內所含流體之溫度之方法。

電子設備係現代社會之一常見部件。電力分配網使用各種電子設備，例如變壓器、電容、反應器及電壓調整器。例如變壓器之電子設備經常包含封閉在一殼體內之組件，該殼體填充例如礦物油、天然或合成酯流體或矽油之一介電流體以便維持用於該電子設備之一穩定操作溫度及防止或快速抑制任何放電。

將由該電子設備之殼體內所含介電流體之溫度所映現的該電子設備之操作溫度維持在一期望範圍內是重要的。例如變壓器之電子設備的預期壽命隨著該件電子設備之操作溫度增加而減少。例如，對如變壓器之某些電子設備而言，該設備之預期壽命在該設備經歷之連續操作溫度中每增加大約5℃至10℃便減少一半。

若一件電子設備在一高溫定期地或一致地操作，該件電子設備永久地故障(即，在該電子設備之預期壽命到期前)。若在比期望操作溫度高之一溫度定期地或一致地操作，用具有一較大負載容量之一件電子設備取代該電子設備是審慎的。

舉例而言，變壓器使用壽命減損係隨著時間及溫度而變，因此一變壓器在一過載溫度操作越久，該變壓器之預期壽命減少越多。除非在非常極端之溫度，一短暫過載不會對預期壽命產生一明顯影響；但是，經常過載對該變壓器之預期壽命產生一明顯影響。因此，若一變壓器稍微過載，公用設施會進一步監測以判定這是否是一定期事件或一偶發事件。若該等公用設施發現它是一定期事件，它們用設計成處理較高負載之一較大型變壓器來取代該變壓器。若該變壓器嚴重地過載，它是一明顯使用壽命減損已發生且該變壓器在一般基礎上可能稍微過載之一信號。

某些公用設施已發展出用於使其設備之壽命及維持它所需之工作量最佳化的實務。該等實務可包括相對一參考溫度依據其操作溫度分類過載設備及依據該分類進行不同動作。例如，若一變壓器設計成在90℃之一參考溫度操作，則一變壓器在110℃操作時分類為「過載」且一變壓器在120℃操作時分類為「極端過載」。「過載」之一件設備被更密切地監測一段時間，而「極端過載」之設備則立即地更換。

需要提供可感測及傳送電子設備內之溫度改變以協助判定該電子設備是否在一「過載」或「極端過載」狀態下操作的裝置。可越快偵測該過高溫度狀況及通知相關電力當局，可越快解決該狀況，藉此防止該電子設備提早或嚴重故障。

亦需要提供一種可非侵入地且正確地感測及傳送電子設備內之溫度改變的裝置。Frounfelker等人之US 9395252教示一種用於估計一電氣裝置內所含流體之溫度且不與該流體直接熱傳送的系統及方法。該方法包括：測量該電氣裝置之一殼體外壁的一溫度；測量環繞該殼體之一周圍溫度；及使用該測量壁溫度及該測量周圍溫度來估計該殼體內流體之一溫度。該方法亦據稱可調整用於周圍濕度條件之估計流體溫度。

相關技術之前述例子及與其相關之限制意圖用於說明且非唯一。所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀說明書及研究圖式時可了解相關技術之其他限制。

以下實施例及其態樣係配合意圖示範及說明而非限制範圍之系統、工具及方法來說明及顯示。在各種實施例中，一或多個上述問題已減少或消除，同時其他實施例係有關於其他改良。

一態樣提供用於非侵入地估計一殼體內之一溫度的裝置。該裝置具有：一環境屏蔽部份，其成形且組配成屏蔽該殼體之至少一部份不受主要環境條件影響；一第一溫度感測元件，其設置在該環境屏蔽部份內且位設成當該裝置使用時可定位成靠近該殼體；一第二溫度感測元件，其與該環境屏蔽部份分開，該第二溫度感測元件係位設成當該裝置使用時可定位成靠近該殼體。在某些態樣中，該第二溫度感測元件大部份暴露於主要環境條件，或比該第一溫度感測元件更多地暴露於主要環境條件。在某些態樣中，該裝置具有成形且組配成用於插入該殼體內延伸之一筒匣殼體的一筒匣部份，該筒匣部份包含該第二溫度感測元件。在某些態樣中，該裝置具有用於判定該筒匣部份是否已插入該筒匣殼體之一感測器。

一態樣提供一種使用上述裝置之方法，該方法具有以下步驟：判定該筒匣部份是否已插入該筒匣殼體；若判定該筒匣部份已插入該筒匣殼體，使用一第三熱感測元件直接地測量該殼體內所含流體之溫度；或若判定該筒匣部份尚未插入該筒匣殼體，使用該等第一與第二熱感測元件估計該殼體內所含流體的溫度。

一態樣提供一種估計殼體內所含流體之溫度之方法，該方法具有以下步驟：在該殼體上之一第一外部位置測量一第一溫度，該第一外部位置被遮蔽不受環境條件影響；在該殼體上之一第二外部位置測量一第二溫度，該第二外部位置暴露於環境條件或比該第一外部位置更多地暴露於環境條件；及使該第一溫度及該第二溫度間之一差相關以估計該殼體內所含流體之溫度。

一態樣提供一種用於估計殼體內所含流體之溫度之裝置，該裝置具有：一第一熱感測元件；一第二熱感測元件；一加熱元件，其定位在該第一與第二熱感測元件兩者外側；及熱絕緣物，其相對該等第一與第二熱感測元件不同地定位。

一態樣提供一種估計殼體內所含流體之溫度之方法，該方法具有以下步驟：(i)在靠近該殼體之一第一位置測量一第一溫度；(ii)在靠近該殼體之一第二位置測量一第二溫度，一溫度差初始地出現在該等第一與第二位置之間；(iii)若該第一溫度與該第二溫度不同，致動定位在該等第一與第二位置兩者外側之一加熱元件；(iv)重複步驟(i)至(iii)直到判定該等第一與第二溫度相同為止；及(v)判定該殼體內所含流體之溫度與該等第一與第二溫度相同。

一態樣提供一種用於估計殼體內所含流體之溫度之裝置，該裝置具有：一第一熱感測元件；一第二熱感測元件；及熱絕緣物，其定位成當該裝置使用時位設在該殼體與該第二熱感測元件之間。

一種估計殼體內所含流體之溫度之方法，該方法具有以下步驟：在該殼體上之一第一位置測量一第一溫度；在一第二位置測量一第二溫度，熱絕緣物被定位在該殼體與該第二位置之間；及依據該第一溫度與該第二溫度間之關係估計該殼體內所含流體之溫度。

除了上述示範態樣及實施例以外，藉由參照圖式及藉由研究以下詳細說明可了解其他態樣及實施例。

在整個以下說明中提出特定細節以便對所屬技術領域中具有通常知識者提供一更徹底之了解。但是，可能未詳細地顯示或說明習知元件以避免不必要地模糊該揭示。因此，說明及圖式可被視為一說明而非一限制方式。

在此使用之「環境條件」可包括影響一殼體內所含流體之一內部溫度的任何外部環境參數或該等參數之任何組合。環境條件之例子包括主要環境溫度、濕度、風況、降水量及日光照射等且包括該等條件之任何組合。例如，相較於可能只經歷冷或風本身之冷卻作用，該殼體及一殼體內所含任何流體因於冷及風之一組合而受到較大冷卻作用。

在此使用之「外部」表示一殼體之外表面且「內部」表示該殼體之內表面或內部。「向外」表示朝向遠離該殼體之內部的一方向。

在此使用之用語「相鄰」或「靠近」可表示直接接觸，或可表示透過任何中介元件或空間之足夠接近接觸使得例如一溫度感測器仍可測量它「相鄰」或「靠近」之該表面溫度的一近似值。

請參閱圖1，顯示一變壓器100之一件示範電子設備。該變壓器100具有將一流體104封閉在其內部之一槽或殼體102。流體104藉由殼體102與包圍殼體102之一外部環境106流體地分開。即，流體104被密封在殼體102內使得它基本上不被允許流出殼體102。在某些情形中，流體104可能對環境有害(例如流體104可為一公認溫室氣體或可對各種生物產生有毒或有害作用，因此重要的是保持流體104基本上被包含在殼體102內，但若變壓器100內之壓力累積到某一值以上且致動與變壓器100關聯之任何釋壓閥，則某些流體104可能排出。在某些實施例中，依據可應用於一特定變壓器100之設計及規則，殼體102可例如透過一吸氣管對該外部環境開放至一有限程度以容許壓力平衡。在某些實施例中，該吸氣管可塞入容許空氣通過但限制流體104通過之岩棉或其他物質。

流體104可為適用於電子設備之任何電絕緣或介電流體，包括礦物油、天然或人造酯流體、矽油或例如SF ₆之氣體等。

殼體102可為用於例如類似變壓器100之一變壓器的一件電子設備之任何適當槽或殼體。在某些實施例中，殼體102係由碳鋼、不鏽鋼或任何其他適當材料製成。用於不同變壓器100之不同型式殼體102可在多數不同設計態樣，例如：該殼體之厚度、製造該殼體之材料、製造該殼體之材料的導熱率、設置在該殼體上之保護塗層(例如漆)的厚度、該殼體之大小及尺寸(例如體積、高度、長度、寬度及直徑等)、該殼體之形狀(例如圓形或矩形)及該殼體內流體之流體循環模式等方面不同。

在所示實施例中，示意地顯示為108之殼體102之一第一部份被屏蔽不受環境條件之影響，而示意地顯示為110之殼體102之一第二部份暴露於環境條件之影響。

請參閱圖2A及圖2B，顯示具有一殼體202之一變壓器200的另一實施例，該殼體具有其中收容一筒匣殼體252的一入口250。變壓器200在其他方面類似變壓器100，且類似元件係用類似符號加上100來表示並且未再進一步說明，該等類似元件包括流體204、外部大氣206、殼體202之屏蔽部份208及暴露部份210。在所示實施例中，筒匣殼體252被放置成相對入口250與殼體202密封地結合以防止流體204由殼體202之內空間流出。流體204之流體液面212係由圖2B中之一虛線顯示且這可被稱為頂油液面。

請參閱圖3A，其提供 一溫度感測器300之實施例，該溫度感測器可用於使用下述零熱流方法判定變壓器100或200內流體104或204之溫度。該零熱流方法使用二溫度感測元件來判定通過殼體102或202之熱通量或熱流且使用一主動式電熱器補償熱損失。

溫度感測器300具有一本體302，該本體係成形且組配成可安裝在例如殼體102的一電氣裝置之殼體上。溫度感測器300具有互相分開且被一熱絕緣物308層分隔之第一與第二溫度感測元件304與306。因為第一溫度感測元件304更直接地暴露於該殼體102同時溫度感測元件306被熱絕緣物308熱屏蔽而不受離開殼體102之熱的影響，即因為當溫度感測器300使用時熱絕緣物308相對該等第一與第二溫度感測元件被不同地定位，所以當溫度感測器300使用時在第一與第二溫度感測元件304、306間產生之一溫度差。

任何適當溫度感測器都可用於第一與第二溫度感測元件304、306，例如一熱電偶、電阻式熱裝置(RTD)感測器、熱敏電阻器或以半導體為主之積體電路等。任何適當材料可用於提供熱絕緣物308，例如發泡體、截留空氣或形成溫度感測器300之一部份或組件的材料等。由熱絕緣物308提供之絕緣值應在使用溫度感測器300之整個過程中保持不變，使得如下所述之溫度感測器300的校準可用於如在此所述地判定殼體102或202內流體104或204之溫度。例如，形成熱絕緣物308之一部份的組件不應以可能改變由熱絕緣物308提供之絕緣值的一方式來移除或修改。

一加熱元件310係設置在第二溫度感測元件306外側。溫度感測器300係組配成使得第一溫度感測元件304可放置成或接近而與殼體102熱接觸。熱絕緣物308係定位在第一溫度感測元件304外側，使得沿著熱流路徑(箭號312)向外地移動之熱必須通過熱絕緣物308到達由熱絕緣物308向外地定位在本體302上之第二溫度感測元件306。最後，沿著熱流路徑312通過第二溫度感測元件306之任何熱可到達加熱元件310。由於這組態，由第一溫度感測元件304及第二溫度感測元件306之各溫度感測元件測得之溫度可有一差，這溫度差映現由該流體104至該外部環境106之溫度梯度的一部份。

被溫度感測器300覆蓋的殼體102之表面積應足夠大使得一明顯之熱量未沿著熱流路徑312以外之移動路徑損失，即若被溫度感測器300覆蓋的殼體102之表面積太小，則熱不僅沿著熱流路徑312移動而且朝與其垂直之方向移動，這表示由第二溫度感測元件306測得之溫度比若熱只沿著熱流路徑312流動之情形低。類似地，被熱絕緣物308及加熱元件310覆蓋之表面積應足夠大以確保一明顯之熱量未沿著該熱流路徑312以外之移動路徑損失。

使用時，使用加熱元件310施加熱至該系統直到該等第一與第二溫度感測元件304、306之間沒有溫度梯度為止。該情形表示熱停止沿著該熱流路徑312流動，使得該等第一與第二溫度感測元件304、306及熱絕緣物308全部在與殼體102內之流體104相同的溫度。在這階段，溫度感測器304、306之讀數對應流體104之溫度。

其他組態可用於使用一零熱流方法判定變壓器100或200內流體104或204之溫度，只要由該等第一與第二溫度感測元件304、306初始地測得之溫度因為介設在該等第一與第二溫度感測元件304、306之各溫度感測元件與殼體102或加熱元件310間的絕緣度不同而不同(即，使得該等第一與第二溫度感測元件304、306之間因為熱絕緣物308相對第一與第二溫度感測元件304、306不同地定位而產生一溫度差)即可。

例如，請參閱圖3B，顯示一溫度感測器300’之另一實施例，其中第一與第二溫度感測元件304’、306’互相橫向地分開。在所示實施例中，第一溫度感測元件304’靠近該變壓器之殼體102’且在本體302’內但沒有介設在第一溫度感測元件304’與殼體102’間之任何明顯絕緣材料，使得由第一溫度感測元件304’測得之溫度映現或係更接近殼體102’之溫度的近似值。第二溫度感測元件306’藉由熱絕緣物308’與殼體102’分開，使得第一溫度感測元件304’與第二溫度感測元件306’之間因為熱絕緣物308’之不同定位(即，第一溫度感測元件304’比第二溫度感測元件306’更受到內部流體104之溫度變化的影響)而產生一溫度差。如同熱絕緣物308一般，任何適當材料可用於提供熱絕緣物308’，例如發泡體、截留空氣或形成溫度感測器300’之一部份或組件的材料等。

雖然在所示實施例中第二溫度感測元件306’係顯示為定位成由殼體102’比第一溫度感測元件304’更向外遠離，但在其他實施例中該等第一與第二溫度感測元件可由殼體102’向外地定位在相同之距離，或該第二溫度感測元件306’可事實上定位成比較接近殼體102’，只要該第二溫度感測元件306’與殼體102’間之材料的熱絕緣值比位在第一溫度感測元件304’與殼體102’間之材料的熱絕緣值的量大即可，以便在該等第一與第二溫度感測元件304’、306’之間提供一溫度差。

類似地，雖然在所示實施例中熱絕緣物308’顯示為定位在第二溫度感測元件306’與殼體102’之間以提供熱絕緣物308’相對第一與第二溫度感測元件304’、306’之不同定位，但在其他實施例中可相反地藉由將熱絕緣物308’定位在第一溫度感測器304’與加熱元件310’之間來產生第一與第二溫度感測元件304’、306’間之溫度差。

另外實施例可推導出當藉由將熱絕緣物定位在環繞該等感測器之不同方位以提供該不同定位，例如藉由相對橫向熱流屏蔽第一溫度感測元件304’至比第二溫度感測元件306’大之一程度而熱流動時，在感測元件304’與306’之間產生一溫度差。

在溫度感測器300’之情形中，熱流出殼體102’且沿著一第一熱流路徑312A通過第一溫度感測元件304’，同時熱流出殼體102’通過熱絕緣物308’且接著沿著一第二熱流路徑312B通過第二溫度感測元件306’。此外，由第一溫度感測元件304’及第二溫度感測元件306’之各溫度感測元件測得之溫度差映現由流體104至外部環境106之溫度梯度的一部份且可類似地配合由加熱元件310’施加熱來使用直到該等第一與第二溫度感測元件304’、306’之間沒有溫度梯度為止。到達該情況時，這表示熱停止沿著第一熱流路徑312A及第二熱流路徑312B兩者流動使得第一與第二溫度感測元件304’、306’及熱絕緣物308’全部都在與殼體102’內之流體104相同的溫度。此外，此時溫度感測器304’、306’之讀數對應流體104之溫度。

在另外實施例中，加熱元件310或310’之形狀及溫度可不同。例如在某些實施例中，加熱元件310或310’可為圓形或橢圓形且任選地具有通過其中心之一孔(例如具有一環形)以減少橫向地通過遠離熱流路徑312(或312A/312B)之熱量。在其他實施例中，該等第一與第二溫度感測元件兩者都可由該殼體分開相同或大致相同之距離，但是熱絕緣物只定位在該第二溫度感測元件與該殼體之間(即，不在該第一溫度感測元件與該殼體之間)或熱絕緣物只定位在該第一溫度感測元件與該加熱元件之間(即，不在該第二溫度感測元件與該加熱元件之間)以提供在該等二溫度感測元件間之一溫度差。

溫度感測器300或300’可使用在圖4所示之用於使用一零熱流方法估計一殼體內流體之溫度的一方法3000中。開始時在步驟3002，熱由流體104沿著熱流路徑312(或312A/312B)向外地流過殼體102朝向外部環境106。因為存在熱絕緣物308或308’，到達第二溫度感測元件306或306’之熱量小於到達第一溫度感測元件304或304’之熱量，且由第二溫度感測元件306或306’測得之溫度T ₂低於由第一溫度感測元件304或304’測得之溫度T ₁。

在步驟3004，若判定T ₁大於T ₂，則在步驟3006致動加熱元件308以供應熱。步驟3004及3006可重複直到在步驟3004判定T ₁與T ₂相同為止。此時，可以在步驟3008斷定殼體102內流體104之溫度與T ₁及T ₂兩者相同。在步驟3004判定T ₂大於T ₁之情形中，加熱元件308可停止施加熱且步驟3004可重複直到在步驟3004判定T ₁再大於T ₂時(在可重複步驟3006時)為止或直到在步驟3004判定T ₁等於T ₂時為止，此時可在步驟3008斷定殼體102內流體104之溫度與T ₁及T ₂兩者相同。

請參閱圖5A、5B與5C，顯示可用於使用一溫度差或差量T方法估計殼體102內流體104之溫度之一溫度感測器400的一實施例。感測器400具有一本體402，該本體具有一第一部份或頭404及一第二部份柄406。在所示實施例中，頭404係垂直地定位在柄406上方，但可了解的是這些組件之相對位置可依據感測器400之方位變化。

感測器400具有定位在頭404中之一第一或頭溫度感測元件408使得頭溫度感測元件408可放置成當感測器400在一安裝組態時與殼體102熱接觸，如圖5A所示。感測器400亦具有定位在柄406內之一第二或柄溫度感測元件410使得柄溫度感測元件410可放置成當感測器400在該安裝組態時與殼體102熱接觸。任何適當溫度感測器可用於第一與第二溫度感測元件408、410，例如一熱電偶、電阻式熱裝置(RTD)感測器、熱敏電阻器或以半導體為主之積體電路等。

如圖5中示意地顯示為412之一熱絕緣物及環境屏蔽障壁係設置在頭404中以便當感測器400在該安裝組態時保護頭溫度感測元件408及固定頭404的殼體102之對應屏蔽部份414不受外部環境影響。因此，當感測器400在該安裝組態時頭溫度感測元件408及固定頭404的殼體102之對應屏蔽部份414被保護不受外部環境影響。

相反地，在柄406上未設置該熱絕緣物或環境屏蔽障壁。此外，接觸殼體102的柄406之表面積比較小，使得被柄溫度感測元件410接觸的殼體102之該部份416比較暴露於該外部環境。

請進一步參閱圖5B與5C，更詳細地顯示作為一實體障壁之一熱絕緣物及環境屏蔽障壁的一實施例。在所示實施例中，頭溫度感測元件408被一內圓周墊圈420圓周地包圍。接觸殼體102的該頭404之部份的外周邊類似地被一外圓周墊圈421圓周地包圍。該等內與外圓周墊圈420、421可有助於藉由實體地防止及/或減少例如風、雨及日光照射等某些環境因素進入頭溫度感測元件408及固定頭404的殼體102之部份414來防止該等環境條件的影響或使其最小化。這使該等環境因素對殼體102之部份414之溫度的影響最小化且使該等環境因素對頭溫度感測元件408的影響最小化。

該等內與外圓周墊圈420、421不需要達成對殼體102之外表面的一100%密封效果來達成該最小化。僅僅頭404之本體402及其中所含組件(例如裹入空氣430、電路板432及內墊圈422等)的材料就可使風、雨及日光照射難以進入固定頭404的殼體102之外表面的部份414。附加內及/或外周緣墊圈可加強阻擋由頭404提供之該等環境因素，但在某些實施例中內及/或外周緣墊圈中之一或兩者可移除。頭404應設計成覆蓋一足夠量之表面積414以屏蔽殼體102之一足夠大表面積以便確保頭溫度感測元件408感測一屏蔽溫度。因此，由屏蔽部份414橫向地通過殼體102之壁的熱流應足夠低以容許適當地判定該屏蔽溫度。

頭溫度感測元件408亦被熱屏蔽而不受該外部環境影響。在所示實施例中，頭404之本體402及其中所含組件(例如裹入空氣430、電路板432、內墊圈422、本體402之壁及內與外周緣墊圈420與421等)的材料使風、雨及日光照射難以進入固定頭404的殼體102之外表面的部份414且亦共同地作為熱絕緣物以熱屏蔽頭溫度感測元件408不受該外部環境影響。這共同地屏蔽頭溫度感測元件408及殼體102之對應屏蔽部份414不受周圍溫度及環境條件的影響。

與頭溫度感測元件408不同，柄溫度感測元件410未被屏蔽而不受該外部環境影響，且由柄406，例如由相較於頭404具有一比較窄寬度及小尺寸之柄406提供的任何屏蔽都被最小化。

請參閱圖6，顯示使用一溫度差或差量T方法估計流體104之內部溫度的一方法4000。感測器400可用於實行方法4000之某些實施例。在步驟4002，頭溫度感測元件408測量殼體102之屏蔽部份414之溫度T ₃。在步驟4004，柄溫度感測元件410測量殼體102之暴露部份416的溫度T ₄。

因為T ₃係在屏蔽部份414上測量且T ₄係在暴露部份416上測量，所以該等溫度互不相同。該等溫度或差量T間之差隨著例如流體104之溫度及外部環境106對冷卻變壓器100之影響而改變。該頭溫度感測元件408及柄溫度感測元件410可使用利用流體104之一已知溫度操作的參考變壓器來校準。使用該等已知參考測量值，T ₃與T ₄間之相關性可用於推導這兩個測量值與流體104之內部溫度間的一關係，使得T ₃與T ₄間之差可在現場在步驟4006使用以預測流體104之溫度。

在某些實施例中，內部油溫度係使用一輸送函數來估計，該輸送函數可採用例如乘冪、線性等之多種數學形式。若使用一冪方程式，它可看起來像以下方程式(1)：

(1) 其中 T _油係估計油溫度 T _S係屏蔽槽溫度 T _E係暴露槽溫度 A與B係實驗導出係數 若使用一線性函數，它可採用以下形式之方程式(2)：

(2) 其中 T _油係估計油溫度 T _S係屏蔽槽溫度 T _E係暴露槽溫度 A、B與C係實驗導出係數

用於估計該內部油溫度之前述方程式只是示範。所屬技術領域中具有通常知識者可判定如果提供T _S及T _E(對應上述T ₃及T ₄)之相同輸入可產生類似有效結果的使用乘冪或線性以外之形式的其他輸送方程式。

在某些實施例中，溫度感測器400之柄406係成形且組配成可插入筒匣殼體252。在該等實施例中，當變壓器200配備筒匣殼體252時，溫度感測器400可插入其中。在該等組態中，柄溫度感測元件410係在使用時定位在殼體202之內部內，且可直接地或幾乎直接地測量殼體202之內部空間內流體204的溫度。因此，可測量殼體202內流體204之真正溫度。

在一實施例中，溫度感測器400可使用在可用於估計如變壓器100之變壓器內流體之內部溫度的推導校準係數的一方法，該等變壓器未包含可判定一內部溫度之任何孔或孔口。例如，當感測器400外部地安裝在殼體102或202上時一特定變壓器100相對由頭溫度感測元件408及柄溫度感測元件410測得之間T ₃及T ₄之差的校準可取決於與變壓器100或殼體102相關之各種參數，包括殼體102之壁的厚度、施加之漆塗層及製造殼體102之金屬種類等。因為這些參數不同，所以應對各變壓器100分別地進行校準，但在具有這些參數中之一組特定參數之一變壓器100上(即，在一特定型式變壓器上)實施之校準可在共用相同參數組之其他變壓器100上有效。相同原理可應用於推導用於判定其他件電子設備或裝置中所含流體之一內部溫度的校準係數。

感測器400可用於藉由將一第一感測器400之柄406插入一變壓器200之筒匣殼體252及亦將一第二感測器400外部地安裝在殼體202上來實行該校準。該變壓器200可經受複數不同溫度及環境條件以判定在複數不同溫度或在不同環境條件下由該第二感測器400之頭與柄溫度感測元件408、410測得之T ₃及T ₄的各不同值，且比較來自該第二感測器之T ₃及T ₄的值及由作為一第三溫度感測器之該第一感測器的柄溫度感測元件410測得的殼體202內流體204之溫度的測量值(或藉由以任何其他方式直接地測量殼體202內流體204之內部溫度)。使用該等測量資料，可判定用於使該槽之內部溫度對T ₃及T ₄模型化之方程式的係數。

在一實施例中，溫度感測器400更包括示意地顯示為感測器440之例如一陀螺儀或接觸感測器的一方位感測器。可用於感測器440之感測器例包括：一傾斜開關，用於判定感測器400係垂直地安裝(表示外部安裝)或水平地安裝(表示安裝在筒匣殼體252內)；具有磁鐵之一舌簧開關；依據該測量溫度之邏輯規則，例如若該柄感測器在比該頭感測器高之一溫度，可能感測器400安裝在筒匣殼體252中，而一顛倒溫度條件表示外部安裝；一加速計；一實體開關，其在感測器400安裝成一特定組態時切換；及一光閘或其他數位開關，其在一安裝位置觸發但在另一安裝位置未觸發等。

方位感測器440可用於判定溫度感測器400是否已安裝在一殼體之外部，或溫度感測器400是否已插入筒匣殼體252。若方位感測器440判定溫度感測器400已插入筒匣殼體252，則柄溫度感測元件410可用於直接地測量該殼體之內部溫度且若實行用於一特定變壓器200之校準，可進一步作為該第三感測器使用。若方位感測器440判定溫度感測器400已安裝在一殼體之外部，則溫度感測元件408與410被用於例如藉由實行方法4000來估計該殼體內流體之內部溫度。

例如，請參閱圖7，方法700可用於判定如溫度感測器400之一溫度感測器如何安裝並因此判定一殼體內所含流體之一溫度。在步驟702，判定溫度感測器400之柄406是否已插入該電氣裝置內之一筒匣殼體。在步驟704，若判定溫度感測器400之柄406已插入該筒匣殼體252，使用柄溫度感測元件410直接地判定該殼體內所含流體之溫度。在步驟706，若判定溫度感測器400之柄406尚未插入該筒匣殼體252，則被熱絕緣物414分開之熱感測元件410與412被用於例如藉由實行方法4000來估計該殼體內流體之內部溫度。

在某些實施例中，提供用於使用一溫度差或差量T方法估計流體104之溫度的一方法，其依據周圍環境溫度加入另一補償因子。該方法5000之一例子顯示在圖8中。方法5000可使用用於判定在一屏蔽位置108及在一暴露位置110之殼體102之溫度的任何適當裝置(例如溫度感測器400)以及用於判定周圍環境溫度之任何適當裝置，例如一熱電偶、電阻式熱裝置(RTD)感測器、熱敏電阻器或以半導體為主之積體電路等。例如藉由將該周圍溫度包含在類似方程式(1)與(2)中並使用用於參照方法4000所述之溫度差或差量T方法的上述已知參考測量值來推導T ₃、T ₄及周圍溫度與流體104之溫度間的一相關性，該周圍溫度可作為方法5000中之另一變數使用以使該等三測量溫度與該流體104之溫度相關。

在方法5000中，在步驟5002，判定該屏蔽位置108之溫度(對應參照方法4000所述之T ₃)。在步驟5004，判定該暴露位置110之溫度(對應參照方法4000所述之T ₄)。在步驟5006，判定周圍溫度。在步驟5008，依據T3、T4及周圍環境溫度之測量值估計流體104之內部溫度。

請參閱圖9，顯示一溫度感測器600之一實施例，該溫度感測器可用於使用一混合零熱流溫度差方法估計流體104之內部溫度。溫度感測器600具有一本體602且組配成可安裝在殼體102之外表面上。一第一溫度感測元件604係定位成可安裝成與殼體102之外表面相鄰，且接著類似溫度感測器300，一熱絕緣物608層由第一溫度感測元件604向外地定位，且接著一第二溫度感測元件606由熱絕緣物608向外地定位。因此熱由殼體102沿著由箭號612表示之熱流路徑向外流動。

溫度感測器600與溫度感測器300不同處在於省略一加熱元件。因此，未使用由一加熱元件施加之熱來使用一零熱流方法計算流體104之內部溫度，而是溫度感測器600在一連串已知內部溫度條件下使用第一與第二溫度感測元件604、606間之溫度差的校準來推導可用於依據第一與第二溫度感測元件604、606間之溫度差來模型化及預測流體104之溫度的一方程式。

在某些實施例中，提供用於使用一混合零熱流及溫度差或差量T方法估計流體104之溫度的一方法。在某些實施例中，該方法可類似方法5000依據周圍環境溫度加入另一補償因子。該方法6000之一例子顯示在圖10中。方法6000可使用溫度感測器600來實行。在某些實施例中，若使用周圍溫度估計流體104之內部溫度，亦可使用用於判定周圍環境溫度之任何適當裝置，例如一熱電偶、電阻式熱裝置(RTD)感測器、熱敏電阻器或以半導體為主之積體電路等。

在步驟6002，判定定位成最接近殼體102的該第一溫度感測元件604之溫度T ₅。在步驟6004，判定定位成較遠離殼體102的該第二溫度感測元件606之溫度T ₆。在步驟6006，選擇地判定周圍溫度。在步驟6008，依據用於該件電子設備之先前導出係數，依據T ₅及T ₆之測量值估計流體104之內部溫度。在某些實施例中，若在步驟6006測量周圍環境溫度，則在步驟6008依據全部之T ₅、T ₆及該測量周圍溫度估計流體104之內部溫度。

在某些實施例中，溫度感測器300或400可配備示意地顯示為320/320’/420之一燈，或提供一殼體之外部溫度已超過一溫度之一指示的其他目視指示器，該溫度超出一預定溫度臨界值，例如超出時對一個人而言觸摸該殼體之外表面不安全的一臨界值。

在某些實施例中，如關於圖11中顯示之溫度感測器800所示地，在此所述之任一溫度感測器亦可具有一有線連接806以容許例如與一數位感測器匯流排或其他處理器或通訊模組連接。溫度感測器800具有一頭部802及柄804。有線連接806容許溫度感測器800中繼關於該感測溫度之資訊至一控制器或其他處理器。在其他實施例中，一無線通訊模組可容許溫度感測器800中繼關於該感測溫度之資訊至配備一並聯無線通訊模組之一控制器或其他處理器。在某些實施例中，可省略有線連接806。 例子

參照意圖本質上為說明且非限制之以下例子進一步說明某些實施例。 例1.0 比較估計及真正內部溫度

發明人使用溫度感測器400之一實施例進行一測試以使用方法4000估計一殼體內流體之內部溫度。進行該殼體內流體之真正內部溫度的一控制測量以評估該估計溫度之正確性。在實驗裝置中可獨立地控制油溫度及例如周圍溫度及風速之環境條件。包括周圍溫度之環境條件在各時間T ₁與T ₂改變，但真正內部油溫度在T ₁與T ₂變化之整個期間未改變。

結果顯示於圖12中。該殼體內流體之測量溫度(真正油T)表示已知溫度值。測量該槽之殼體之屏蔽部份的溫度(屏蔽感測器T)及該槽之殼體之暴露部份的溫度(暴露感測器T)，且用於如上所述地使用一輸送函數估計該殼體內流體之內部溫度(估計油T)。

由此可知，特別在環境條件之任何改變後短時間地(即，該周圍溫度在各T ₁及T ₂改變後短時間地)到達一穩定狀態後，該估計溫度密切地追蹤該測量溫度(使用設置在該殼體內之一分開溫度感測器獨立地獲得)。相反地，該屏蔽感測器T及該暴露感測器T都未特別地接近該真正油T，表示需要判定該內部油溫度之另一方法。

雖然以上說明了多個示範態樣及實施例，但所屬技術領域中具有通常知識者可判明某些修改、替換、添加及其子組合。因此意圖是以下附加申請專利範圍及後來加入之請求項因為基本上符合說明書之最廣義解讀，所以被解讀為包括全部該等修改、替換、添加及子組合。

100,200:變壓器 102,102’,202:殼體 104,204:流體 106:外部環境 108:第一部份；屏蔽位置 110:第二部份；暴露位置 206:外部大氣 208,414:屏蔽部份 210,416:暴露部份 212:流體液面 250:入口 252:筒匣殼體 300,300’,400,600,800:溫度感測器 302,302’,402,602:本體 304,304’,604:第一溫度感測元件 306,306’,606:第二溫度感測元件 308,308’,608:熱絕緣物 310,310’:加熱元件 312,612:熱流路徑；箭號 312A:第一熱流路徑 312B:第二熱流路徑 320,320’,420:燈 404:第一部份或頭 406:第二部份或柄 408:頭溫度感測元件；第一溫度感測元件 410:柄溫度感測元件；第二溫度感測元件 412:熱絕緣物及環境屏蔽障壁 420:內圓周墊圈 421:外圓周墊圈 422:內墊圈 430:裹入空氣 432:電路板 440:方位感測器 802:頭 804:柄 806:有線連接 700,3000,4000,5000,6000:方法 702,704,706,3002,3004,3006,3008,4002,4004,4006,5002,5004,5006,5008,6002,6004,6006,6008:步驟 T ₁,T ₂:溫度；時間 T ₃,T ₄,T ₅,T ₆:溫度

示範實施例係顯示在圖式之參考圖中。在此揭露之實施例及圖意圖被視為說明而非限制。

圖1顯示一件電子設備，即一變壓器之一示範實施例。

圖2A顯示一件電子設備，即一變壓器之一第二示範實施例，且一內凹孔形成於其中。圖2B係沿著線2B-2B截取之橫截面圖。

圖3A顯示一溫度感測器之一示範實施例的截面圖，該溫度感測器可用於使用一零熱流方法估計一殼體內流體之溫度。圖3B顯示一溫度感測器之一第二示範實施例的截面圖，該溫度感測器可用於使用一零熱流方法估計一殼體內流體之溫度。

圖4顯示使用一零熱流方法估計一殼體內流體之溫度之一方法的一示範實施例。

圖5A顯示可用於使用一溫度差或差量T方法估計一殼體內流體之溫度之一溫度感測器的一示範實施例的截面圖，圖5B顯示該示範實施例之放大截面圖且圖5C顯示該示範實施例之部份立體圖。

圖6顯示使用一溫度差或差量T方法估計一殼體內流體之溫度之一方法的一示範實施例。

圖7顯示判定是否已安裝一溫度感測器以直接地測量或估計一殼體內所含流體之一溫度的實施例。

圖8顯示使用一溫度差或差量T方法估計一殼體內流體之溫度之一方法的一實施例，該方法加入用於該周圍環境溫度之一補償因子。

圖9顯示可用於使用一修改零熱流方法估計一殼體內流體之溫度之一溫度感測器的一實施例。

圖10顯示使用一混合零熱流及一溫度差或差量T方法估計一殼體內流體之溫度之一方法的一實施例。

圖11顯示具有一有線連接之一溫度感測器的一實施例。

圖12顯示說明一殼體之估計內部溫度對測量溫度間之相關性的測試例。

102:殼體

104:流體

106:外部環境

300:溫度感測器

302:本體

304:第一溫度感測元件

306:第二溫度感測元件

308:熱絕緣物

310:加熱元件

312:熱流路徑；箭號

320:燈

Claims (27)

1. 一種用於非侵入地估計殼體內之溫度之裝置，該裝置包含： 一環境屏蔽部份，其成形且組配成屏蔽該殼體之至少一部份不受主要環境條件影響； 一第一溫度感測元件，其設置在該環境屏蔽部份內，且位設成當該裝置使用時可定位成靠近該殼體； 一第二溫度感測元件，其與該環境屏蔽部份分開，該第二溫度感測元件係位設成當該裝置使用時可定位成靠近該殼體。
2. 如請求項1之裝置，其中該第二溫度感測元件大部份暴露於主要環境條件，或比該第一溫度感測元件更多地暴露於主要環境條件。
3. 如請求項1或2之裝置，其中該第一溫度感測元件及/或該第二溫度感測元件係位設成當該裝置使用時可相對該殼體定位。
4. 如請求項1至3中任一項之裝置，其中該第一溫度感測元件及/或該第二溫度感測元件係位設成當該裝置使用時可定位成與該殼體相鄰。
5. 如請求項1至4中任一項之裝置，更包含一筒匣部份，其成形且組配成用於插入該殼體內延伸之一筒匣殼體，該筒匣部份包含該第二溫度感測元件。
6. 如請求項5之裝置，更包含一感測器，用於判定該筒匣部份已插入該筒匣殼體。
7. 一種使用如請求項6之裝置之方法，該方法包含以下步驟： 判定該筒匣部份是否已插入該筒匣殼體； 若判定該筒匣部份已插入該筒匣殼體，使用一第三熱感測元件直接地測量該殼體內所含流體之溫度；或 若判定該筒匣部份尚未插入該筒匣殼體，使用該等第一與第二熱感測元件估計該殼體內所含流體的溫度。
8. 如請求項7之方法，其中該第二溫度感測器及該第三溫度感測器係相同溫度感測器。
9. 一種估計殼體內所含流體之溫度之方法，該方法包含以下步驟： 在該殼體上之一第一外部位置測量一第一溫度，該第一外部位置被遮蔽不受環境條件影響； 在該殼體上之一第二外部位置測量一第二溫度，該第二外部位置暴露於環境條件或比該第一外部位置更多地暴露於環境條件；及 使該第一溫度及該第二溫度間之一差相關以估計該殼體內所含流體之溫度。
10. 一種用於估計殼體內所含流體之溫度之裝置，該裝置包含： 一第一熱感測元件； 一第二熱感測元件； 一加熱元件，其定位在該第一與第二熱感測元件兩者外側；及 熱絕緣物，其相對該等第一與第二熱感測元件不同地定位。
11. 如請求項10之裝置，其中相對該等第一與第二熱感測元件不同地定位之該熱絕緣物包含介設在(i)該殼體與該第二熱感測元件間或(ii)該第一熱感測元件與該加熱元件間之熱絕緣物。
12. 如請求項11之裝置，其中該熱絕緣物介設在該殼體與該第二熱感測元件之間及第一與第二熱感測元件之間，但該熱絕緣物未定位在該殼體與該第一熱感測元件之間。
13. 如請求項10或11之裝置，其中該第一熱感測元件與該第二熱感測元件橫向地分開。
14. 如請求項13之裝置，其中當該裝置使用時，該等第一與第二熱感測元件與該殼體分開相同之距離。
15. 一種估計殼體內所含流體之溫度之方法，該方法包含以下步驟： (i)在靠近該殼體之一第一位置測量一第一溫度； (ii)在一第二位置測量一第二溫度，一溫度差初始地出現在該等第一與第二位置之間； (iii)若該第一溫度與該第二溫度不同，致動定位在該等第一與第二位置兩者外側之一加熱元件； (iv)重複步驟(i)至(iii)直到判定該等第一與第二溫度相同為止；及 (v)判定該殼體內所含流體之溫度與該等第一與第二溫度相同。
16. 如請求項15之方法，其中在該等第一與第二位置間之該溫度差係由定位在(i)該殼體與該第二位置間或(ii)該加熱元件與該第一位置間之熱絕緣物提供。
17. 如請求項16之方法，其中該熱絕緣物介設在該等第一與第二位置之間。
18. 一種用於估計殼體內所含流體之溫度之裝置，該裝置包含： 一第一熱感測元件； 一第二熱感測元件；及 熱絕緣物，其定位成當該裝置使用時可位設在該殼體與該第二熱感測元件之間。
19. 如請求項18之裝置，其中熱絕緣物介設在該等第一與第二熱感測元件之間。
20. 一種估計殼體內所含流體之溫度之方法，該方法包含以下步驟： 在該殼體上之一第一位置測量一第一溫度； 在一第二位置測量一第二溫度，熱絕緣物被定位在該殼體與該第二位置之間；及 依據該第一溫度與該第二溫度間之關係估計該殼體內所含流體之溫度。
21. 如請求項20之方法，其中該熱絕緣物介設在該等第一與第二位置之間。
22. 如請求項1至6、10至14或18至19中任一項之裝置，更包含用於測量該殼體外之環境之周圍溫度的一感測器。
23. 如請求項7至9、15至17或20至21中任一項之方法，該方法更包含以下步驟： 測量該殼體外之環境的一周圍溫度；及 使用該測量周圍溫度作為另一參數以依據該第一溫度與該第二溫度間之關係估計該殼體內所含流體之溫度。
24. 如請求項1至6、10至14、18至19或22中任一項之裝置，更包含用於提供該殼體之一外部溫度超過一預定臨界值之一指示的一目視指示器。
25. 一種使用如請求項1至6、10至14、18至19、22或24中任一項之裝置以推導用於一特定型式殼體之一校準係數的方法，該方法包含以下步驟： 測量代表該特定型式殼體之一第一殼體的一內部溫度； 測量由該等第一與第二溫度感測元件之各溫度感測元件記錄之溫度以提供第一與第二溫度；及 推導該等第一與第二溫度間之一數學關係以產生該校準係數。
26. 如請求項1至6、10至14、18至19、22或24中任一項之裝置，其中該殼體包含一件電子設備之一殼體，其中該件電子設備選擇地包含一變壓器。
27. 如請求項7至9、15至17、20至21、23或25中任一項之方法，其中該殼體包含一件電子設備之一殼體，其中該件電子設備選擇地包含一變壓器。

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