CZ24244U1 - Device for thermal and mechanical protection of detectors for contactless temperature measurements - Google Patents

Description

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká zařízení pro tepelnou a mechanickou ochranu detektorů pro bezkontaktní měření teplot v provozech, ve kterých je třeba měřit extrémní teploty bezkontaktními infračervenými snímači teploty a to v extrémních průmyslových podmínkách.The technical solution relates to equipment for thermal and mechanical protection of detectors for non-contact temperature measurement in plants in which extreme temperatures have to be measured by contactless infrared temperature sensors in extreme industrial conditions.

Dosavadní stav technikyBackground Art

Pro vlastní měření extrémních teplot se využívají bezkontaktní infračervené snímače teploty, které teplotu povrchu měřeného objektu vyhodnocují na základě jeho vyzařované IR energie. Tyto snímače se většinou skládají z měřicí optické hlavy (detektoru) a elektronické části zařízení.To measure extreme temperatures, contactless infrared temperature sensors are used to evaluate the surface temperature of the measured object based on its radiated IR energy. These sensors usually consist of a measuring optical head (detector) and an electronic part of the device.

Optická hlava je funkční člen měřicího zařízení, který zajišťuje snímání měřeného povrchu. Elektronická část zařízení slouží k převodu měřeného signálu do požadovaného tvaru, umožňuje jeho další zpracování, například přenos do měřicí ústředny a PC, případně má další funkce, například napájení. Optická část zařízení je s elektronickou jednotkou spojena kabelem o požadované délce.The optical head is a functional member of the measuring device that detects the measured surface. The electronic part of the device is used to convert the measured signal into the required shape, it enables its further processing, for example transmission to the measuring center and PC, or it has other functions, such as power supply. The optical part of the device is connected to the electronic unit with a cable of the required length.

Optická část zařízení může mít různé vlastnosti podle potřeby měření: rozsahy teplot, vlnové délky, optické rozlišení a podobně. Tato část zařízení je namířena na měřený předmět a v případě měření objektů o vysokých teplotách na krátké vzdálenosti (vzdálenost od měřeného objektu určuje velikost analyzované oblasti) je vystavena přímému sálání měřeného objektu, případně dalších objektů o vysoké teplotě v okolí. Teplota detektoru by se tak vlivem sálání mohla zvýšit nad přístupnou mez a mohlo by dojít ke zničení detektoru. Po použití v průmyslovém prostředí je tato část také nejvíce ohrožena dalšími vlivy, které mohou způsobit omezení její funkčnosti, například vlivem zanesení prachem, nebo její mechanické poškození, například odlétajícími okulemi, stržením pohyblivými součástmi linky a podobně.The optical part of the device can have different measurement needs: temperature ranges, wavelengths, optical resolution and the like. This part of the device is aimed at the object being measured and in case of measuring objects with high temperatures for short distances (the distance from the measured object determines the size of the analyzed area) it is exposed to direct radiation of the measured object or other objects of high temperature in the surroundings. As a result, the temperature of the detector could rise above the accessible radiation due to radiation and could damage the detector. After use in industrial environments, this part is also most at risk from other influences, which may cause a limitation of its functionality, for example due to dust clogging or mechanical damage, such as flying oculars, entrainment of moving line components and the like.

Až doposud se pro ochranu detektoru, samotného senzoru, udržení optiky v čistém stavu a ochra25 nu před přehřátím vlivem sálání z měřeného předmětu používá ofuk vzduchem nebo ofuk vzduchem s vodním chlazením. K tomuto účelu se používají speciální krytky pro ofuk vzduchem, které slouží jednak pro zabránění nežádoucího přehřátí detektoru a jednak jako ochrana před kouřem, prachem, výfukovými plyny a dalšími znečišťujícími látkami.Up to now, air or air blowing with water cooling is used to protect the detector, the sensor itself, keep the optics clean and protect it from overheating due to radiation from the object being measured. For this purpose, special air blow caps are used to prevent unwanted overheating of the detector and to protect against smoke, dust, exhaust gases and other contaminants.

Toto řešení jev některých případech použitelné, komplikací je ovšem potřeba přívodu čistého tlakového vzduchu do hlavice. Musí jít o technicky Čistý vzduch bez obsahu oleje. To vyžaduje použití kompresoru a rozvodů tlakového vzduchu, což je v případech použití v průmyslových podmínkách s více měřicími jednotkami distribuovanými na velkou vzdálenost obtížně realizovatelné a neefektivní.This solution is useful in some cases, but the need for a clean compressed air supply is a complication. They must be technically clean, oil-free air. This requires the use of a compressor and a compressed air system, which is difficult to implement and inefficient in industrial applications with multiple measuring units distributed over long distances.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry zařízení pro tepelnou a mechanickou ochranu detektorů pro bezkontaktní měření teplot podle technického řešení obsahující stativ ventilátor a filtr, jehož podstata spočívá v tom, že ochranný box je umístěný na stativu a sestává z horní části a dolní části, které jsou navzájem rozebíratelně spojeny s čelní částí s průzorem, zadní částí s ventilátorem a filtrem a bočními stěnami. V dolní ěásti jsou zhotoveny otvory pro vyvedení kabelů a otvory pro alternativní umístění držáku.The above drawbacks are largely eliminated by the thermal and mechanical protection devices of the contactless temperature detectors of a tripod fan and filter incorporating a tripod and consisting of a top and a bottom that are mutually releasably connected to the front part with the sight glass, the rear part with the fan and the filter and the side walls. Holes for cable routing and holes for alternative mounting of the bracket are made in the lower part.

V držáku mohou být zhotoveny drážky pro jemný posuv držáku.Grooves may be provided in the holder for smoothly moving the holder.

Výhodou zařízení pro tepelnou a mechanickou ochranu detektorů pro bezkontaktní měření teplot podle technického řešení je možnost měření vysokých teplot v průmyslovém prostředí, například měření teplot vsázky v provozu železáren, kdy teplota vsázky dosahuje až 1200 °C a kdy samot45 né měřicí zařízení je od horké vsázky umístěno na vzdálenost 1-2 metry.The advantage of the device for thermal and mechanical protection of detectors for non-contact temperature measurement according to the technical solution is the possibility of measuring high temperatures in industrial environment, for example measuring the temperature of the charge in the operation of ironworks, when the temperature of the charge reaches 1200 ° C and when the measuring device itself is from the hot charge placed at a distance of 1-2 meters.

- 1 CZ 24244 Ul- 1 CZ 24244 Ul

Výhodou zařízení podle technického řešení je rovněž možnost propojení několika detektorů pro souběžné měření na více místech. Tato místa přitom mohou být od sebe vzdálena až několik desítek metrů.The advantage of the device according to the technical solution is also the possibility of interconnecting several detectors for simultaneous measurement in more places. At the same time, these places can be several tens of meters apart.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresů, na kterých obr. 2 znázorňuje v axonometrickém pohledu umístění ochranného boxu na stativu a obr. 1 potom, rovněž v axonometrickém pohledu, samotný ochranný box s odejmutou boční stěnou.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 2 is a perspective view of the protective box on the tripod; and Figure 1, also in perspective, of the protective box with the side wall removed.

Příklad provedeníExample of execution

Praktické provedení zařízení pro tepelnou a mechanickou ochranu detektorů pro bezkontaktní io měření teplot podle technického řešení je patmé z přiložených obrázků, které zobrazují zařízeníThe practical design of the device for thermal and mechanical protection of the detectors for contactless and temperature measurement according to the technical solution is one of the attached pictures that show the device

IRTC-BOX umožňující bezkontaktní měření vsázky v provozu železáren.IRTC-BOX allows contactless measurement of charge in the operation of ironworks.

Na obr. 2 je zobrazen ochranný box 2 umístěný odnímatelně na stativu 15. Stativ 15 je robustní hliníkové konstrukce bez přítomnosti plastových součástí, které by se případně mohly poškodit vlivem tepelného záření z měřeného objektu. Stativ 15 umožňuje nasměrování detektoru 1 ve třech osách (výška, náklon dopředu-dozadu a otočení kolem osy). Spodní část stativu 15 je vybavena trojnožkou s výškově nastavitelnými patkami. Robustní hliníková konstrukce stativu 15 zaručuje dobrou stabilitu, povrchové a tepelné vlastnosti jeho materiálu pak vysokou odrazivost (nízký ohřev vlivem tepelného radiačního záření) a dobrý rozvod tepla. Konstrukce je rovněž modulární, což znamená, že jednotlivé díly lze podle potřeby nahradit jinými pro danou apli20 kaci. Příkladem může být například delší výsuvná tyč pro vyšší umístění detektoru 1.Fig. 2 shows a protective box 2 located removably on a tripod 15. The tripod 15 is a robust aluminum structure without the presence of plastic parts that could possibly be damaged by the heat radiation from the object being measured. Tripod 15 allows detector 1 to be aligned in three axes (height, forward / backward tilt, and axis rotation). The bottom of tripod 15 is equipped with a tripod with height adjustable feet. The robust aluminum construction of the tripod 15 guarantees good stability, surface and thermal properties of its material then high reflectivity (low heating due to thermal radiation) and good heat distribution. The structure is also modular, which means that individual parts can be replaced by others for the application as needed. For example, a longer pull-out bar for a higher detector location 1 may be an example.

Na obr. 1 je zobrazen ochranný box 2, který sestává z homí části Γ3 a dolní části 14. Obě části 13, 14 jsou navzájem rozebíratelně spojeny čelní částí 3 s průzorem 4, zadní částí 7 s ventilátorem 8 a filtrem 9 a bočními stěnami 6. V dolní části 14 je zhotoven otvor W pro vyvedení kabelů a otvory H pro alternativní umístění držáku 5. K dolní části, 14 je rovněž rozebíratelně připojen držák 5 s detektorem 1. V držáku 5 jsou zhotoveny drážky 12 pro jemný posuv držáku 5.Fig. 1 shows a protective box 2 which consists of a top part 3 and a bottom part 14. Both parts 13, 14 are releasably connected to each other by a front part 3 with a window 4, a rear part 7 with a fan 8 and a filter 9 and side walls 6 In the lower part 14 a cable opening W is provided and the holes H are provided for an alternative positioning of the holder 5. The holder 5 with the detector 1 is also detachably connected to the lower part 14. In the holder 5 grooves 12 are provided for the gentle movement of the holder 5.

Všechny části 13, 14, 3,7 a boční stěny 6 jsou zhotoveny z masivního hliníkového materiálu, který chrání detektor 1 před mechanickým poškozením. Vysoká odrazívost jeho povrchu snižuje ohřev vlivem radiačního tepelného toku a vodivé vlastnosti zajišťují odvod tepla do dalších částí zařízení, které nejsou vystaveny sálavému teplu a následně do okolního prostředí. Detektor 1 „vidí“ na měřený vzorek průzorem 4 v čelní části 3. V zadní části 7 je zabudován ventilátor 8, který vhání chladný vzduch do ochranného boxu 2 a ochlazuje tak jeho vnitřek i samotný detektor 1. Proud vzduchu z ventilátoru 8 prochází zabudovaným filtrem 9, který zachycuje prach a zabraňuje tak zanášení čočky detektoru 1. Filtr 9 je nutný, neboť těžké průmyslové provozy jsou značně prašné. Detektor Ije uvnitř ochranného boxu 2 umístěn na držáku 5, který je pomocí šroubů připevněn k dolní části 14. Pomocí předvrtaných otvorů 11 pro alternativní umístění držáku 5 je možný hrubý posuv držáku 5 po celé délce vnitřní části ochranného boxu 2. Drážky 12 pro jemný posuv držáku 5, zhotovené v samotném držáku 5, umožňují jemný posuv držáku 5 s detektorem 1. Kabely detektoru 1, jsou vyvedeny otvorem 10 pro vyvedení kabelů. Kabely pro měřicí ústřednu, stejně jako kabely pro napojení na komunikační modul, jsou provedeny jako stíněné.All parts 13, 14, 3.7 and side walls 6 are made of solid aluminum material that protects detector 1 from mechanical damage. The high reflectivity of its surface reduces heating due to radiation heat flux and conductive properties ensure heat dissipation to other parts of the equipment that are not exposed to radiant heat and subsequently to the environment. The detector 1 "sees" a sample 4 in the front part 3 on the sample to be measured. A fan 8 is installed in the rear part 7, which blows cool air into the protective box 2 and cools its interior and the detector 1. The air flow from the fan 8 passes through the built-in filter 9, which retains dust and prevents clogging of the detector lens 1. Filter 9 is necessary because heavy industrial operations are highly dusty. Inside the protective box 2, the detector 1 is placed on a holder 5, which is fastened by screws to the lower part 14. By means of the pre-drilled holes 11 for the alternative positioning of the holder 5, it is possible to roughly move the holder 5 along the entire length of the inner part of the protective box 2. The holder 5, which is provided in the holder 5 itself, allows a gentle displacement of the holder 5 with the detector 1. The cables of the detector 1 are led out through the cable opening 10. Cables for the control panel as well as cables for connection to the communication module are shielded.

Elektronická jednotka detektoru 1 je umístěna do plastového boxu spolu s měřicím modulem, který slouží pro záznam měřených dat převedených elektronickou jednotkou na termočlánkový signál. Takto vzniklá měřicí ústředna je pak kabelem propojena s komunikačním modulem. Veli45 kost samotného detektoru je přibližně 15 x 30 mm.The electronic unit of the detector 1 is placed in a plastic box together with a measuring module which serves to record the measured data transferred by the electronic unit to the thermocouple signal. The data logger thus created is then connected to the communication module via a cable. The detector's bone size is approximately 15 x 30 mm.

CZ 24244 UlCZ 24244 Ul

Průmyslová využitelnostIndustrial usability

Zařízení pro tepelnou a mechanickou ochranu detektorů pro bezkontaktní měření teplot podle technického řešení lze využít všude tam, kde je třeba jednorázově nebo průběžně měřit vysokou teplotu. Zvláště výhodné je použití pro těžké průmyslové provozy, kde je vysoká teplota, velká prašnost, možnost odlétajících okují a podobně a je třeba průběžně teplotu sledovat.Devices for thermal and mechanical protection of detectors for non-contact temperature measurement according to the technical solution can be used wherever high temperature needs to be measured once or continuously. Particularly advantageous is the use for heavy industrial operations, where there is high temperature, high dust levels, the possibility of scaling away and the like, and the temperature should be monitored continuously.

Claims (2)

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS 1. Zařízení pro tepelnou ochranu detektorů pro bezkontaktní měření teplot, obsahující stativ, ventilátor a filtr, vyznačující se tím, že ochranný box (2), umístěný odnimatelně na stativu (15), sestává z homí části (13) a dolní části (14) navzájem rozebíratelně spojenými čelní io částí (3) s průzorem (4), zadní částí (7) s ventilátorem (8) a filtrem (9) a bočními stěnami (6), přičemž k dolní části (14), v níž jsou zhotoveny otvory (10) pro vyvedení kabelů a otvory (11) pro alternativní umístění držáku (5), je připojen držák (5) s detektorem (1).Device for thermal protection of detectors for non-contact temperature measurement, comprising a tripod, a fan and a filter, characterized in that the protective box (2), located removably on the tripod (15), consists of an upper part (13) and a lower part (14) ) removably connected to each other by the front part (3) with the sight glass (4), the rear part (7) with the fan (8) and the filter (9) and the side walls (6), and to the lower part (14) holes (10) for cable routing and holes (11) for alternate placement of the bracket (5), a bracket (5) with a detector (1) is connected. 2. Zařízení pro tepelnou ochranu detektorů pro bezkontaktní měření teplot podle nároku 1, vyznačující se tím, že v držáku (5) jsou zhotoveny drážky (12) pro jemný posuv držá15 ku (5).Device for thermal protection of detectors for non-contact temperature measurement according to claim 1, characterized in that grooves (12) for fine movement of the holder (5) are made in the holder (5).