[发明专利]非侵入式温度测量设备

说明书

本发明涉及一种非侵入式的温度测量设备，该温度测量设备用于测量过程工业设施的至少部分热绝缘的管道(2)中的流体温度，其中管道(2)至少在测量点处以热绝缘层(8、8’)完全覆盖，其中在热绝缘层(8、8’)内，具有温度传感器(4)的传感器电子器件(5)被安装在管道(2)上，在热绝缘层(8、8’)外布置有连接电子器件(6)且其中传感器电子器件(5)和连接电子器件(6)具有用于为传感器电子器件(5)供电的无线能量传输(11)的装置(17、27)，以及用于将温度测量值从传感器电子器件(5)传送到连接电子器件(6)的无线通信(12)的装置(18、28)。

技术领域

本发明涉及一种非侵入式温度测量设备，该非侵入温度测量设备用于测量过程工业设施的至少部分隔热的管道中的流体温度。

背景技术

至今主要已知的是有各种缺点的安装解决方案(侵入式)：温度传感器应当尽量在构建设施时已经安装。如果需要改造，则必须或者已经存在传感器的安装开口，或者钻孔并焊入热电偶套管。在热电偶套管中使用温度传感器。后者在运行过程中是不可能的，因此必须暂时切断设施。这种解决方案例如由公开文献http://www.burnsengineering.com/local/local/uploads/files/snx_family.pdf20已知。该解决方案在那里被称作非侵入式的，因为实际的传感器不浸入到流体中。

在非侵入式传感器解决方案中，传感器被置于管道之外且通过测量管道温度间接地推出流体温度。在此存在以下问题，即，由于经常与流体温度不同的环境温度隔着管壁和可能的边界层在流体和环境之间产生热流，该热流通过前方连接的热阻造成相应的温度差，并且因此造成有错的温度测量。

为了使这种差异保持尽可能低(尽量1K)，围绕管道设置有热绝缘，其减少径向的热流从而减小温度测量的误差。在此存在以下问题，即，在已知的解决方案中，由于必要的传感器电连接和机械端口而中断传感器附近的热绝缘，并且一部分热量通过这些端口在径向上流走。该热流产生进一步的测量误差，并且另一方面在弯曲的管道表面上需要传感器非常好的热耦合。然而，在改进应用中唯有昂贵地实现这种方式。这点尤其符合，因为连接在传感器元件(通常是Pt100)上的电子器件必须相对于管壁电绝缘。传感器元件的嵌入必须首先设计为抗电的，因此仅仅能够在次要级别对于好的热接触进行优化。这不可避免地导致不良的热耦合，因为电绝缘的材料也不易导热。通常Pt100由几毫米的陶瓷粉末包围在温度检测器的帽中。

替代的解决方案也有缺点，其中传感器线路首先有一部分沿着管道的轴向方向铺设，以减少传感器附近相应的热流。这些一方面导致巨大的安装费用。另一方面，以此并不解决Pt100和管道之间的高热阻的问题，反而由于该封闭的绝缘仅仅提高到环境的热阻。由此虽然改善在稳定状态下的绝对精度，但是没有改善传感器的响应时间。仍然还需要传感器的快速响应。

由各种应用已知无线温度测量方法，但是该方法并不是出于改进测量精度的背景，在该方法中在温度测量目标与实际测量点之间存在不可避免并不可忽略的热阻。

由出版文献http://www.sengenuity.com/tech_ref/Smart_Grid_Solutions_Leveraging_SAW.pdf已知通过SAW传感器无电势监视电路设施中实心导线和接触元件的温度的无线检测，其不需要蓄电池或者能量收集方法。

在US8152367B2中阐述了在封闭的容器中的侵入式温度测量，其不需要引线。

根据在http://www.s2is.org/Issues/v4/n2/papers/paper10.pdf中公开的“INTERNATIONAL JOURNAL ON SMART SENSING AND INTELLIGENT SYSTEMS(智能传感与智能系统的国际杂志)”，2011年6月第二期第四卷，已知在没有机械接触下对旋转电机的温度测量。

发明内容