РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 109559 (13) U1
(51)  МПК

G01J5/02   (2006.01)
G01J5/04   (2006.01)

(12) ПАТЕНТ НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ
Статус: по данным на 06.07.2012 - может прекратить свое действие
Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011114739/28, 14.04.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
14.04.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 14.04.2011

(45) Опубликовано: 20.10.2011

Адрес для переписки:
183010, г.Мурманск, ул. Спортивная, 13, ФГОУВПО "Мурманский государственный технический университет" (ФГОУВПО "МГТУ"), патентный кабинет

(72) Автор(ы):
Вотинов Максим Валерьевич (RU),
Маслов Алексей Алексеевич (RU),
Вотинов Валерий Валерьевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГОУВПО "МГТУ") (RU)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

(57) Реферат:

Устройство предназначено для непрерывного измерения температуры в технологических установках пищевой промышленности, преимущественно термокамерах. Устройство содержит стационарный инфракрасный датчик, съемную трубку для закрепления датчика, трубку для проведения точного измерения температуры. Датчик с трубкой для закрепления установлены в охлаждающем стакане. Трубка для проведения точного измерения выполнена из металла. Один конец трубки для проведения точного измерения температуры соединен с трубкой для закрепления датчика. Другой конец этой трубки открыт и помещен в термокамеру. Длина трубки для проведения точного измерения температуры зависит от максимальных рабочих температур термокамеры. Устройство компактно, имеет небольшие габариты, позволяет использовать недорогие стационарные инфракрасные датчики температуры и ограничивать область визирования датчика.2 з.п. ф-лы, 4ил..

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения температуры пищевых продуктов в технологических термокамерах (дымогенераторах, коптильных камерах, сушильных камерах т.д.).

Температура является важнейшим технологическим параметром в пищевой промышленности. От нее зависят основные потребительские параметры пищевого продукта, такие как вкус, цвет, вид, а также и производственные параметры, такие как время изготовления, сохранность, а в итоге объемы готовой продукции.

В настоящее время в пищевой промышленности в основном используют обычные стационарные контактные датчики температуры: термопары или термосопротивления. Однако их использование приводит к ряду проблем:

- точное измерение температуры контактными датчиками возможно только при хорошем тепловом контакте с измеряемым объектом;

- существует ограниченный выбор зон контроля, не всегда лучший с точки зрения оптимального регулирования технологического процесса;

- должны соблюдаться жесткие гигиенические требования при эксплуатации датчиков;

- налипания измеряемого продукта на датчик в зоне измерения приводит к ошибкам в измерении, к снижению скорости управления технологическим процессом. Оперативный контроль температуры в технологических процессах пищевого производства может быть обеспечен применением стационарных неконтактных инфракрасных датчиков. Эти датчики лишены всех проблем, присущих контактным датчикам температуры. Они практически безинерционны, работают в реальном масштабе времени, позволяют измерять температуры от -50°С до +3000°С, например инфракрасные датчики температуры серии Marathon фирмы Raytek, однако они слишком дороги.

Обычный диапазон температур пищевого производства лежит в диапазоне от -30°С до +400°С. Инфракрасные датчики температуры позволяют неконтактно измерять температуру продукта, сырья непосредственно в процессе производства.

Однако недорогие стационарные неконтактные инфракрасные датчики температуры с показателем визирования 1:1 обладают рядом недостатков, в связи с чем, возникает ряд проблем при их использовании в пищевой промышленности, а именно:

1) трудность позиционирования над продуктом (сырьем), требующим температурного контроля. Так в установках, представляющих собой термокамеры, где температуры достигают 200-400°С, позиционирование инфракрасных датчиков невозможно, ввиду их небольшого диапазона рабочих температур, в среднем 85°С. Стационарные инфракрасные датчики температуры попросту выйдут из строя;

2) каждая конкретная модель инфракрасных датчиков температуры, помимо диапазона измеряемых температур, обладает собственным показателем визирования. Показатель визирования представляет собой отношение диаметра пятна визирования - D (то, что «видит» датчик) к расстоянию между датчиком и объектом - L, (D:L) (фиг.1).

При значении показателя визирования 1:1 и при значительном удалении датчика от продукта (сырья), показания температуры будут не точными ввиду попадания в область визирования датчика сторонних инфракрасных излучений.

Инфракрасные же датчики температуры с показателями визирования порядка 1:100 отличаются хорошей точностью, однако они в разы дороже вышеописанных недорогих датчиков. Применение их в установках пищевой промышленности невыгодно с экономической точки зрения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является изобретение по патенту РФ N 2383874, опубл. 10.03.2010. Изобретение позволяет надежно измерять точную температуру расплавленной стали. В своей конструкции содержит оптический датчик инфракрасного излучения, сфокусированный на керамической трубке, которая используется в качестве поля зрения для датчика.

Однако данное изобретение имеет следующие недостатки:

-керамическая трубка, обеспечивающая хорошую световую и тепловую проводимость, погружается непосредственно в расплавленный металл и передает на оптический датчик, сфокусированный внутри нее, полную информацию об окружающей температуре. Заявленная же полезная модель целенаправленно ограничивает область визирования датчика;

-отсутствует возможность использования сменных стационарных инфракрасных датчиков разных производителей и разной конфигурации;

-относительно большие габариты устройства, ввиду специфики сталелитейного производства, высоких температур, применения дополнительных элементов (термопара для измерения температуры оптического датчика);

-керамическая трубка требует периодической замены каждые 15 часов.

Задачей полезной модели является создание компактного с небольшими габаритами устройства для бесконтактного измерения температуры продукта с использованием недорогих стационарных инфракрасных датчиков и ограничение области визирования датчика.

Она решается в устройстве для непрерывного бесконтактного измерения температуры, содержащем инфракрасный датчик температуры, установленный в съемной трубке для закрепления последнего, охлаждаемый стакан, в котором размещены инфракрасный датчик температуры и трубка для закрепления датчика, трубку для проведения точного измерения температуры, имеющую два конца, при этом один конец ее соединен с трубкой для закрепления датчика, а другой конец открыт и помещен в термокамеру с продуктом, при этом трубка для проведения точного измерения температуры выполнена из металла.

Отличительными признаками предлагаемой полезной модели являются следующие:

-один конец трубки для точного измерения температуры соединен с трубкой для закрепления датчика, а другой конец открыт и помещен в термокамеру с продуктом,

-трубка для проведения точного измерения температуры выполнена из металла, т.к. металл имеет небольшой коэффициент излучения, а это необходимо для предотвращения искажения показаний датчика.

Благодаря наличию этих признаков предлагаемое устройство для непрерывного бесконтактного измерения температуры компактно, имеет небольшие габариты, а также позволяет ограничивать область визирования датчика и использовать недорогие стационарные инфракрасные датчики температуры.

Предлагаемое устройство для непрерывного бесконтактного измерения температуры иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 представлен показатель визирования, на фиг.2 - общий вид предлагаемого устройства, продольный разрез, на фиг.3 - вид сверху съемной трубки для закрепления стационарного инфракрасного датчика температуры, например «Кельвин икс 4-20», на фиг.4 - типовое расположение устройства в термокамере.

Общий вид предлагаемого устройства показан на фиг.2, где:

1 - инфракрасный датчик температуры;

2 - резиновое кольцо-уплотнитель для вывода контактной группы проводов стационарного инфракрасного датчика (питание, информационные линии);

3 - вход водяного охлаждения;

4 - шланг для водяного охлаждения;

5 - выход водяного охлаждения;

6 - резиновое кольцо-уплотнитель охлаждающего стакана;

7 - охлаждающий стакан;

8 - съемная трубка для закрепления стационарного инфракрасного датчика температуры;

9 - трубка для проведения точного измерения температуры;

10 -резьба;

11 - крепежное соединение к корпусу термокамеры;

12 - резиновое кольцо-уплотнитель;

13 - крепежные отверстия.

Инфракрасный датчик 1 температуры является стационарным и представлен на фиг.2 моделью «Кельвин икс 4-20» фирмы ЗАО «Евромикс». Датчик 1 устанавливают в съемную трубку 8 для закрепления датчика 1. Вид сверху съемной трубки 8 для закрепления стационарного инфракрасного датчика 1 температуры «Кельвин икс 4-20» представлен на фиг.3. Контактную группу проводов (не обозначены) стационарного инфракрасного датчика 1 (питание, информационные линии) пропускают через резиновое кольцо-уплотнитель 2 охлаждающего стакана 7. В зависимости от модели стационарного инфракрасного датчика 1 и от условий использования полезной модели информационные линии далее идут либо на индикатор (не показан), либо в систему автоматического управления (не показана) работой термокамеры 14 (фиг.4). Резиновые кольца-уплотнители 2, 6, 12 ввиду высоких рабочих температур выполнены из термостойкой резины. Резиновые кольца-уплотнители 2, 6, 12 предназначены для герметизации устройства в местах резьбовых соединений.

Для дополнительного охлаждения стационарного инфракрасного датчика 1 используют систему водяного охлаждения: 3 - вход водяного охлаждения; 4 - шланг для водяного охлаждения; 5 - выход водяного охлаждения.

Трубка 9 для проведения точного измерения температуры выполняет следующую роль:

- ограничивает область визирования стационарного инфракрасного датчика 1;

- препятствует попаданию в область визирования датчика сторонних инфракрасных излучений;

- обеспечивает удаленность чувствительного элемента стационарного инфракрасного датчика 1 температуры от термокамеры 14, тем самым уменьшая тепловое воздействие на него.

Трубка 9 для проведения точного измерения температуры выполнена из металла, что предотвращает искажение показаний датчика 1. Это обусловлено тем, что металлы имеют низкую излучательную способность, которая составляет 0,1-0,2.

Инфракрасный датчик 1 расположен в охлаждающем стакане 7. Охлаждающий стакан 7 также препятствует выходу газов, теплого воздуха из термокамеры 14.

Перемещая по резьбе 10, устройство позиционируют и фиксируют к термокамере 14 с помощью крепежного соединения 11.

Последовательность действий при подготовке устройства к работе:

Под заданный стационарный инфракрасный датчик 1 температуры подбирают подходящую по размерам съемную трубку 8 для закрепления датчика 1. Стационарный инфракрасный датчик 1 температуры фиксируют в трубке 8 для закрепления датчика 1, а саму трубку 8 вкручивают в трубку 9 для проведения точного измерения температуры.

Длина трубки 9 зависит от максимальных рабочих температур термокамеры 14. Так при температурах до 200 градусов длина трубки 9 составляет 15 см над термокамерой 14 и 10 см внутри термокамеры 14 при условии использования водяного охлаждения, т.е. в целом длина составляет в этом случае 25 см.

Трубка 8 для закрепления датчика 1 вместе с датчиком 1 установлены в охлаждающем стакане 7. Для этого стакан 7 накручивают сверху на трубку 8. К стакану 7 через патрубок 3 входа и патрубок 5 выхода соответственно подводится и отводится водяное охлаждение. Контактную группу проводов стационарного инфракрасного датчика 1 (питание, информационные линии) пропускают через резиновое кольцо-уплотнитель 2 (фиг.2).

Информационные линии от стационарного инфракрасного датчика 1 температуры далее идут либо на индикатор, либо в систему автоматического управления работой термокамеры 14.

Под диаметр трубки 9 для проведения точного измерения температуры в верхней части термокамеры 14, непосредственно над продуктом (сырьем), вырезают отверстие (на фиг.4 не обозначено). В отверстие вставляют трубку 9 собранного устройства для непрерывного бесконтактного измерения температуры и позиционируют ее по высоте с помощью крепежного соединения 11 к корпусу термокамеры 14 и резьбы 10 под него. Крепежное соединение 11 жестко закрепляют к корпусу термокамеры 14 с помощью болтов на 6, пропущенных через специально предусмотренные крепежные отверстия 13 (фиг.2)

Таким образом, перед запуском термокамеры 14 в работу, предлагаемое устройство для непрерывного бесконтактного измерения температуры в результате проделанных операций жестко зафиксировано к корпусу термокамеры 14. Трубка 9 направлена на продукт (сырье), температуру которого необходимо измерять.

Принцип работы устройства заключается в следующем:

По мере изменения температуры в термокамере 14 измеряемый продукт (сырье) испускает тепловое электромагнитное излучение, величина интенсивности которого напрямую связана с температурой. Тепловое электромагнитное излучение от продукта (сырья) передается на стационарный инфракрасный датчик 1 температуры.

Стационарный инфракрасный датчик 1 температуры, преобразуя тепловое электромагнитное излучение в электрический сигнал, передает его по информационным линиям либо на индикатор, либо в систему автоматического управления работой термокамеры.

Стационарный инфракрасный датчик 1 температуры измеряет температуру только той части продукта (сырья), на которую направлена трубка 9, одновременно отсекая сторонние инфракрасные излучения.

Заявленная полезная модель обладает следующими достоинствами:

- возможность использования недорогих стационарных инфракрасных датчиков температуры в герметичных термокамерах пищевых производств;

- возможность использования стационарных инфракрасных датчиков с показателями визирования порядка 1:1 без потери точности измерения температуры, ввиду принудительного ограничения области визирования инфракрасного датчика;

- возможность использования сменных стационарных инфракрасных датчиков температуры разных производителей и разной конфигурации;

- компактность устройства, вследствие малых габаритов конструкции;

- дешевизна устройства, ввиду ее компактности и возможности использования сравнительно дешевых стационарных инфракрасных датчиков температуры;

- механическая и термозащита стационарного инфракрасного датчика температуры;

-простота конструкции.

Заявленная полезная модель успешно прошла тестирование на запатентованном инфракрасном дымогенераторе конструкции Ершова-Шокиной (патент РФ 2171033).

Применение устройства для непрерывного бесконтактного измерения температуры в технологических процессах пищевой промышленности, непрерывно измеряющего температуру продукции (сырья) в термокамерах, позволит получить ожидаемые потребительские параметры готовой продукции.


Формула полезной модели

1. Устройство для непрерывного бесконтактного измерения температуры, содержащее инфракрасный датчик температуры, установленный в съемной трубке для закрепления последнего, охлаждаемый стакан, в котором размещены инфракрасный датчик температуры и трубка для закрепления датчика, имеющую два конца трубку для проведения точного измерения температуры, отличающееся тем, что один конец трубки для точного измерения температуры соединен с трубкой для закрепления датчика, а другой конец открыт и помещен в термокамеру с продуктом, при этом трубка для проведения точного измерения температуры выполнена из металла.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инфракрасный датчик температуры является стационарным.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубка для проведения точного измерения температуры имеет длину, которая зависит от максимальных рабочих температур термокамер.

РИСУНКИ

Главная Полный список полезных моделей
О комплексе
ХК «Дизель»
Как добраться
Бронирование
Вакансии