TWI437216B - 溫度傳訊器及溫度監測系統 - Google Patents

Description

溫度傳訊器及溫度監測系統

本發明係關於一種溫度感測器，特別是指數位式的溫度傳訊器。

習知溫度偵測器依量測原理分為膨脹式、電阻式、熱電偶式及熱敏電阻式等，分別運用在不同量測領域，例如偵測下水道的水管溫度、空調設備的冷卻水溫度、原料輸送管線的液體溫度或漁塭養殖業的水溫等。

其中，膨脹式溫度偵測器例如雙金屬溫度計或填充式溫度計，分別為利用金屬或液體在不同溫度下具有不同的體積，以體積大小來取得量測溫度；而電阻式溫度偵測器是利用金屬材質因溫度變化而產生電阻的變化，由電阻的變化取得量測溫度；熱電偶式溫度偵測器則是使用兩種不同材質接點受熱時會產生電壓信號，當所量測的溫度產生變化時，熱電偶溫度偵測器會發生電壓變化，藉以取得量測溫度；而熱敏電阻式溫度偵測器則是利用半導體其電阻值因溫度上升而下降，由電阻值變化可量測到微小的溫度變化。

無論是電阻式或膨脹式溫度偵測器，其溫度的量測皆以類比訊號取得，因此，具有量測反應慢及不夠精準的缺點。

本發明提供一種溫度傳訊器，以數位式訊號輸出待測物的溫度，可提升量測的精準度，減少量測誤差，並達到快速地取得量測溫度。

為了達成上述目的，根據本發明的其中一項技術方案，提供一種溫度傳訊器，用以量測一待測物，溫度傳訊器包括一殼體及一數位溫度偵測模組，其中殼體具有一密閉空間，數位溫度偵測模組設置在此密閉空間內，藉由數位溫度偵測模組偵測殼體外部的溫度，感測一數位溫度訊號，並將此數位溫度訊號經過處理後輸出一溫度偵測訊號。藉此，達到快速並精確地量測待測溫度的效果。

所述的數位溫度偵測模組包括一數位溫度偵測晶片、一第一訊號傳輸介面及一訊號處理單元。其中，數位溫度偵測晶片用以偵測殼體外部的溫度，並根據偵測結果輸出上述之數位溫度訊號；訊號處理單元分別與數位溫度偵測晶片及第一訊號傳輸介面電性連接，訊號處理單元用以根據數位溫度訊號產生上述之溫度偵測訊號，並透過第一訊號傳輸介面輸出溫度偵測訊號。

此外，上述之殼體包括一上殼體及一下殼體，下殼體可為一金屬導熱鞘管或一金屬導熱盤，用以傳導熱能並保護數位溫度偵測晶片。

為了達成上述目的，根據本發明的另一項技術方案，提供一種溫度監測系統，用以監測複數區域的待測溫度，此溫度監測系統包括複數上述之溫度傳訊器及一主機，其中，主機與多個溫度傳訊器可互相通訊來取得不同區域的待測溫度。

所述的多個溫度傳訊器用以分別偵測多個區域的待測溫度，並根據偵測結果輸出溫度偵測訊號；主機包括一第二訊號傳輸介面，此第二訊號傳輸介面用以接收來自多個溫度傳訊器的第一訊號傳輸介面之多個溫度偵測訊號。

所述的主機根據多個溫度偵測訊號顯示一溫度監測資訊，當多個溫度傳訊器中的一個輸出一異常訊號時，主機輸出一控制訊號至一電氣負載，以控制此電氣負載執行一溫度控制程序，以調整多個區域的待測溫度。

關於本發明之技術手段的詳細說明，請參閱以下的實施方式，並配合所附圖式一併參照。

本發明係為了讓使用者更精確地且快速地得知待測物的待測溫度，而提供一種數位式的溫度傳訊器，以下將配合圖式分別說明本發明之溫度傳訊器及利用此溫度傳訊器的溫度監測系統的實施方式及其原理。

請參考第一A圖，第一A圖顯示了本發明的一種溫度傳訊器的第一實施例的示意圖。如第一A圖所示，待測物為水管2，溫度傳訊器1可與水管2互相接合，藉由溫度傳訊器1量測水管2內的液體溫度，以供使用者參考。

其中，溫度傳訊器1包括一殼體10及一數位溫度偵測模組(圖未示)，殼體10包括一上殼體13及一下殼體11，上殼體13與下殼體11形成一密閉空間，數位溫度偵測模組設置在此密閉空間內；水管2包括一凹槽21，凹槽21用以容置下殼體11，同時保護殼體10不受外部壓力壓迫及化學物質腐蝕。

在本實施例中，下殼體11為一金屬導熱鞘管，其材料 可為鋁、銅或不繡鋼等剛性材質，以保護數位溫度偵測模組中的數位溫度偵測晶片(圖未示)，下殼體11的外觀近似一探針。殼體10具有一開口端111及一密封端113，在開口端111設置有一鎖固單元12，此鎖固單元12與凹槽21互相鎖合；密封端113與凹槽21抵觸。

實際實施時，鎖固單元12可為一中空的六腳雙牙固定螺栓，包括一上螺紋121及一下螺蚊123，其中，上螺紋121與上殼體13接合，下螺紋123與凹槽21接合，同時，在上殼體13具有一第一螺母135與上螺紋121相對應，而凹槽21具有一第二螺母211與下螺紋123相對應。本發明的鎖固單元12的結構不限於此，其他可分別與上殼體13及凹槽21互相鎖合的結構皆可以作為鎖固單元12。

本發明的技術特點在於，溫度傳訊器1具有數位溫度偵測晶片設置在下殼體11內，用以偵測水管2內的溫度，並根據偵測結果輸出一數位溫度訊號，透過一訊號傳輸線152傳輸此數位溫度訊號至一訊號處理單元(圖未示)。其中，訊號傳輸線152是穿過中空的鎖固單元12來連接數位溫度偵測晶片與訊號處理單元，訊號處理單元設置在一電路板17上，而電路板17是設置在上殼體13內。在一實施例中，數位溫度偵測晶片與訊號處理單元之間的傳輸協定為內部整合電路(Inner Integrate Circuit,I2C)的通訊協定，也就是數位溫度偵測晶片與訊號處理單元之間是透過兩條訊號傳輸線152來互相溝通。

在本實施例中，上殼體13包括一蓋板131及一本體133，其中，電路板17透過螺絲(圖未示)或黏膠(圖未示)固定地設置在本體133內側；第一螺母135設置在本體133下緣 的內側，本體133的上緣與蓋板131互相接合，蓋板131用以防止外部灰塵或雨水進入本體133內而損壞電路板17上的電子元件。本體133上設置有一連接部137，用以讓電路板17的輸出訊號傳輸線(圖未示)通過。

此外，為了使下殼體11的密封端113與凹槽21的內側壁確實地抵觸，實際實施時，位於下殼體11的開口端111與鎖固單元12之間設置有一接觸調節器元件(圖未示)，此接觸調節器元件用以使下殼體11的開口端111在鎖固單元12內可小範圍地伸縮，舉例來說，接觸調節器元件可為彈簧等彈性元件。也就是說，下殼體11與鎖固單元12是活動地接合，上殼體13與鎖固單元12是固定地接合，藉此，以適應不同深度的凹槽21，讓下殼體11的密封端113牢固地與凹槽21底部牢固地接觸。

接著，請配合參考第一B圖，為本發明的一種溫度傳訊器的第一實施例的內部部分示意圖。如第一B圖所示，下殼體11的密封端113內設置有上述之數位溫度偵測晶片151，在數位溫度偵測晶片151外部設有一絕緣層141，此絕緣層141用以隔絕數位溫度偵測晶片151與下殼體11，避免數位溫度偵測晶片151與具有導電性的殼體10內側壁互相電性導通，而影響數位溫度偵測晶片151偵測的精確度。實際實施時，此絕緣層141可為一熱縮套管，具有特定的熱膨脹係數，可緊密地包覆住數位溫度偵測晶片151。

此外，下殼體11內還包括一導熱層143，此導熱層143填充滿下殼體11的內側壁，並包覆住絕緣層141以及與數位溫度偵測晶片151連接的訊號傳輸線152。此導熱層143 用以均勻地傳導下殼體11的金屬殼體上所具有的熱能，使數位溫度偵測晶片151所偵測的溫度更為準確。實際實施時，此導熱層143的材質可為氧化鎂粉等熱傳導性佳的化合物。

在本實施例中，在下殼體11的開口端111內側具有一防水層145，此防水層145用以封住下殼體11的開口端111，來預防殼體10外部的水滲透進下殼體11內，或是因殼體10內外溫度差過大而造成下殼體11內部結露，而影響數位溫度偵測晶片151的偵測。實際實施時，防水層145可為一環氧樹脂等塑膠材料。

請參考第二圖，第二圖顯示了本發明的一種溫度傳訊器的第二實施例的示意圖。如第二圖所示，溫度傳訊器1'與第一實施例的溫度傳訊器1大致相同，其差異在於，第二實施例的殼體10'所包括的下殼體11'為一金屬導熱盤，由上殼體13'與下殼體11'互相鎖合或接合以形成一密閉空間，而此密閉空間內不需填充任何絕緣層或導熱層；溫度傳訊器1'可設置在室內之天花板或電器產品，或室外溫度量測站等，溫度傳訊器1'用以偵測周圍環境的氣體溫度，例如室內或室外的氣體溫度等。另一個差異在於，電路板17'是設置在下殼體11'內側底部，而數位溫度偵測模組15設置在電路板17'上。

在本實施例中，電路板17'透過一導熱膠147固定在下殼體11'內側底部，導熱膠147同時用以均勻地傳導下殼體11'所具有的熱能。另外，電路板17'還可透過螺絲(圖未示)來與下殼體11'鎖合，以固定地設置在下殼體11'內，預防電路板17'脫落後，造成數位溫度偵測模組15因碰撞而損壞。

接下來將說明溫度傳訊器的第一實施例與第二實施例中的數位溫度偵測模組的操作原理。請參考第三圖，為本發明的溫度傳訊器的數位溫度偵測模組的第一實施例之功能方塊圖。如第三圖所示，數位溫度偵測模組15a包括訊號處理單元150、數位溫度偵測晶片151、一第一訊號傳輸介面153及一記憶單元155。其中，訊號處理單元150分別與數位溫度偵測晶片151、第一訊號傳輸介面153及記憶單元155電性連接。

數位溫度偵測晶片151用以偵測殼體10、10'外部的溫度，並根據偵測結果輸出一數位溫度訊號；訊號處理單元150用以接收此數位溫度訊號，並根據數位溫度訊號產生一溫度偵測訊號，此溫度偵測訊號可單純包含數位溫度訊號，或具有一身份識別碼，其中，此身分識別碼儲存在記憶單元155。當訊號處理單元150定時地輸出溫度偵測訊號同時，將身分識別碼整合在溫度偵測訊號的封包內，透過第一訊號傳輸介面153傳輸至溫度傳訊器1、1'外。

在本實施例中，記憶單元155還儲存一參考溫度值，當訊號處理單元150接收數位溫度訊號後，將數位溫度訊號與參考溫度值相比較，當數位溫度訊號超過此參考溫度值時，訊號處理單元150透過第一訊號傳輸介面153輸出一異常訊號。實際實施時，此參考溫度值可由使用者設定或為出廠時內建，若由使用者設定，則數位偵測模組15a更包括一顯示單元(圖未示)及一操作單元(圖未示)，以提供使用者設定。而訊號處理單元150可依實際需求參設不同模式，第一種模式為當訊號處理單元150判斷數位溫度訊號高於參考溫度值時，則輸出異常訊號；第二種模式為當訊號處理單元150判斷數位溫度訊號低於參考溫度值時，則輸出異常訊號。

接著，請參考第四圖，為本發明的溫度監測系統的第一實施例之方塊圖。如第四圖所示，溫度監測系統5包括一主機51及複數個溫度傳訊器1a₁ 、1a₂ 至1a_n ，其中，n為1~256中的任一整數，多個溫度傳訊器1a₁ 、1a₂ 至1a_n 分別設置在不同區域，用以監測多個區域內的待測溫度。且多個溫度傳訊器1a₁ 、1a₂ 至1a_n 串在同一條傳輸線上，並透過此傳輸線與主機51互相通訊。其中，主機51可為一行動式電子裝置、電腦或伺服器。

在本實施例中，多個溫度傳訊器1a₁ 、1a₂ 至1a_n 可依實際量測種類配置為溫度傳訊器1或溫度傳訊器1'，即待測溫度為一液體溫度或一氣體溫度。其中，多個溫度傳訊器1a₁ 、1a₂ 至1a_n 分別包括數位溫度偵測模組15a，多個溫度傳訊器1a₁ 、1a₂ 至1a_n 透過個別的第一訊號傳輸介面153與主機51中的第二訊號傳輸介面(圖未示)互相通訊，其中，每一個第一訊號傳輸介面153與第二訊號傳輸介面分別為RS-485或RS-232等有線訊號傳輸介面。在一較佳的實施例中，每一個第一訊號傳輸介面153與第二訊號傳輸介面為RS-485介面，兩者互相進行半雙工傳輸，即一問一答地輪流傳送與接收，藉此，主機51可依序地對多個溫度傳訊器1a₁ 、1a₂ 至1a_n 進行輪詢(polling)。而主機51與多個溫度傳訊器1a₁ 、1a₂ 至1a_n 之間的訊號傳輸協定可為一傳輸控制/網路通訊協定(Transmission Control Protocol/Internet Protocol；TCP/IP)或一儀錶通訊協定(ModBus-RTU)。

舉例來說，主機51透過第二訊號傳輸介面定時地發出一輪詢訊號(Polly signal)至多個溫度傳訊器1a₁ 、1a₂ 至1a_n ，每一個訊號處理單元150接收到輪詢訊號後，輸出溫度偵測訊號至主機51，其中，溫度偵測訊號分別包括多個溫度傳訊器1a₁ 、1a₂ 至1a_n 的其中一個身分識別碼。當多個溫度傳訊器1a₁ 、1a₂ 至1a_n 中的一個訊號處理單元150判斷數位溫度訊號為異常溫度時，則即時輸出異常訊號至主機51，或由多個溫度傳訊器1a₁ 、1a₂ 至1a_n 中偵測到異常溫度的一個發出警示訊號，其中，警示訊號可由設置在多個溫度傳訊器1a₁ 、1a₂ 至1a_n 上的蜂鳴器或喇叭發出。

當主機51接收到異常訊號時，主機51根據發出異常訊號所具有的身分識別碼來判斷發生異常溫度的位置，並輸出一通知訊號至使用者。通知訊號如文字簡訊或語音廣播；或是由主機51輸出一控制訊號至相關的電氣負載執行一溫度控制程序，以控制待測物的周圍溫度，例如控制空調設備的啟動或灑水設備的啟動。

請參考第五圖，為本發明之數位溫度偵測模組之第二實施例之功能方塊圖，並配合參考六圖，為本發明之溫度監測系統的第二實施例之示意圖。數位溫度偵測模組15b與第一實施例之數位溫度偵測模組15a大致相同，其差異在於，數位溫度偵測模組15b具有一無線傳輸介面153'與訊號處理單元150'電性連接，取代了第一訊號傳輸介面150；另一個差異在於，數位溫度偵測模組15b更包括一定位單元157與訊號處理單元150'電性連接。而數位溫度偵測晶片151'與記憶單元155'的操作原理皆與第一實施例相同。

在本實施例中，定位單元157可為GPS、GPRS或AGPS等，用以接收一衛星訊號並根據衛星訊號輸出一定位訊號至訊號處理單元150'，訊號處理單元150'輸出溫度偵測訊號時，同時將定位訊號整合在溫度偵測訊號的封包內，透過無線傳輸介面153'無線輸出溫度偵測訊號。

溫度監測系統5'與第一實施例的溫度監測系統大致相同，其差異在於，主機51'外接複數個無線傳輸模組53b₁ 、53b₂ 至53b_m ，多個無線傳輸模組53b₁ 、53b₂ 至53b_m 與主機51'作有線傳輸，而與多個溫度傳訊器1b₁ 、1b₂ 至1b_m 作無線傳輸，其中，多個溫度傳訊器1b₁ 、1b₂ 至1b_m 分別包括數位溫度偵測模組15b。實際實施時，多個無線傳輸模組53b₁ 、53b₂ 至53b_m 與多個溫度傳訊器1b₁ 、1b₂ 至1b_m 之間的通訊協定為Zigbee或RF等無線傳輸。其中，m為1~256中的任一個整數，多個無線傳輸模組53b₁ 、53b₂ 至53b_m 與多個溫度傳訊器1b₁ 、1b₂ 至1b_m 的個數可相同或不同。

多個溫度傳訊器1b₁ 、1b₂ 至1b_m 中的每一個可選擇地與多個無線傳輸模組53b₁ 、53b₂ 至53b_m 中最近的一個互相通訊，多個無線傳輸模組53b₁ 、53b₂ 至53b_m 分別暫時地儲存多個溫度傳訊器1b₁ 、1b₂ 至1b_m 所輸出的溫度偵測訊號，並當多個無線傳輸模組53b₁ 、53b₂ 至53b_m 接收到主機51'的輪詢訊號後，將溫度偵測訊號回傳至主機51'。藉此，溫度監測系統5'利用無線傳輸可使多個溫度傳訊器1b₁ 、1b₂ 至1b_m 設置的位置更加具有彈性，並擴大了溫度偵測的區域範圍。

綜合上述，已揭露了本發明所提供的溫度傳訊器及具有數位溫度傳訊器之溫度監測系統所使用的技術手段，利用數位溫度偵測晶片量測精確的溫度值後，利用有線或無線的傳輸介面將數位溫度訊號輸出，以提供使用者掌握正確的溫度值。並且利用主機遠端通知或控制電氣負載以排除發生溫度異常的情況，藉此，有效監控多個區域內的待測物的溫度。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

5、5'‧‧‧溫度監測系統

51、51'‧‧‧主機

53b₁ 、53b₂ 、53b_m ‧‧‧無線傳輸模組

1、1'、1a₁ 、1a₂ 、1a_n 、1b₁ 、1b₂ 、1b_m ‧‧‧溫度傳訊器

10、10'‧‧‧殼體

11、11'‧‧‧下殼體

111‧‧‧開口端

113‧‧‧密封端

13、13'‧‧‧上殼體

131‧‧‧蓋板

133‧‧‧本體

135‧‧‧第一螺母

137‧‧‧連接部

12‧‧‧鎖固單元

121‧‧‧上螺紋

123‧‧‧下螺紋

15、15a、15b‧‧‧數位溫度偵測模組

150、150'‧‧‧訊號處理單元

151、151'‧‧‧數位溫度偵測晶片

152‧‧‧訊號傳輸線

153‧‧‧第一訊號傳輸介面

153'‧‧‧無線傳輸介面

155、155'‧‧‧記憶單元

157‧‧‧定位單元

17、17'‧‧‧電路板

141‧‧‧絕緣層

143‧‧‧導熱層

145‧‧‧防水層

147‧‧‧導熱膠

2‧‧‧水管

21‧‧‧凹槽

211‧‧‧第二螺母

第一A圖：本發明的一種溫度傳訊器的第一實施例之示意圖；第一B圖：本發明的一種溫度傳訊器的第一實施例之部分示意圖；第二圖：本發明的一種溫度傳訊器的第二實施例之示意圖；第三圖：本發明的一種溫度傳訊器之數位溫度偵測模組的第一實施例之方塊圖；第四圖：本發明的一種溫度監測系統的第一實施例之方塊圖；第五圖：本發明的一種溫度傳訊器之數位溫度偵測模組的第二實施例之方塊圖；及第六圖：本發明的一種溫度監測系統的第二實施例之方塊圖。

1．．．溫度傳訊器

10．．．殼體

11．．．下殼體

111．．．開口端

113．．．密封端

13．．．上殼體

131．．．蓋板

133．．．本體

135．．．第一螺母

137．．．連接體

12．．．鎖固單元

121．．．上螺紋

123．．．下螺紋

152．．．訊號傳輸線

17．．．電路板

2．．．水管

21．．．凹槽

211．．．第二螺母

Claims (8)

1. 一種溫度傳訊器，用以偵測一待測物，該溫度傳訊器包括：一殼體，具有一密閉空間，該殼體包括一上殼體及一下殼體，該下殼體為一金屬導熱鞘管，該金屬導熱鞘管具有一開口端與一密封端，該開口端設置有一鎖固單元，該鎖固單元與該上殼體接合；一接觸調節器元件，設置在該開口端與該鎖固單元之間，以供調整該開口端在該鎖固單元內伸縮，以使該下殼體透過該接觸調節器元件伸縮結合於該上殼體的該鎖固單元，並使該下殼體的該密封端與該待測物的一凹槽的內側壁抵觸；一數位溫度偵測模組，設置在該密閉空間內，該數位溫度偵測模組包括：一數位溫度偵測晶片，用以偵測該殼體外部的溫度，並根據偵測結果輸出一數位溫度訊號；一第一訊號傳輸介面；及一訊號處理單元，分別與該數位溫度偵測晶片及該第一訊號傳輸介面電性連接，該訊號處理單元用以根據該數位溫度訊號產生一溫度偵測訊號，並透過該第一訊號傳輸介面輸出該溫度偵測訊號；其中該數位溫度偵測晶片設置在該密封端，且該數位溫度偵測晶片與該下殼體之間具有一熱縮套管及一導熱層，該熱縮套管包覆該數位溫度偵測晶片，該導熱層填充於該下殼體內側壁與 該熱縮套管之間；其中該訊號處理單元設置於位在該上殼體的一電路板，以及一訊號傳輸線穿過中空的該鎖固單元且連接於該訊號處理單元與該數位溫度偵測晶片之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之溫度傳訊器，其中，該數位溫度偵測模組更包括一記憶單元與該訊號處理單元電性連接，該記憶單元用以儲存一參考溫度值，該訊號處理單元用以比較該數位溫度訊號與該參考溫度值，當該數位溫度訊號超過該參考溫度值時，該訊號處理單元透過該第一訊號傳輸介面輸出一異常訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之溫度傳訊器，其中，該記憶單元用以儲存一身分識別碼，該訊號處理單元透過該第一訊號傳輸介面輸出具有該身分識別碼的該溫度偵測訊號。
4. 如申請專利範圍第2項所述之溫度傳訊器，更包括一定位單元與該訊號處理單元電性連接，該定位單元接收一衛星訊號並根據該衛星訊號輸出一定位訊號至該訊號處理單元，該訊號處理單元透過該第一訊號傳輸介面輸出具有該定位訊號的該溫度偵測訊號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之溫度傳訊器，更包括一防水層設置在該下殼體的該開口端。
6. 一種溫度監測系統，用以監測複數區域的待測溫度，該溫度監測系統包括：複數個如申請專利範圍第1項之溫度傳訊器，該些溫度傳訊器分別偵測該些區域的待測溫度，並根據 偵測結果輸出該溫度偵測訊號；及一主機，包括一第二訊號傳輸介面，該第二訊號傳輸介面用以接收來自該些第一訊號傳輸介面之該些溫度偵測訊號，該主機根據該些溫度偵測訊號顯示一溫度監測資訊，當該些溫度傳訊器中的一個輸出一異常訊號時，該主機輸出一控制訊號至一電氣負載，以控制該電氣負載執行一溫度控制程序。
7. 如申請專利範圍第6項所述之溫度監測系統，其中，該些待測溫度為一液體溫度或一氣體溫度。
8. 如申請專利範圍第6項所述之溫度監測系統，其中，該些第一訊號傳輸介面分別為一無線傳輸介面，該主機外接複數無線傳輸模組，該些無線傳輸模組用以與該些無線傳輸介面互相通訊，以無線傳輸該些溫度偵測訊號。