Способ измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением, и устройство для его осуществления

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ прочностью,площадь горизонтальных поверхностей которого много больше площади боковой поверхности. Измеряют температуру верхнего основания образца и с учтом величин удельного теплового потока подводимого через нижнее основание и термического сопротивления образца, по разработанной формуле определяют величину температуры нижнего основания образца,совпадающую с температурой измеряемой поверхности. Реализующее способ устройство изготавливают в виде заполненного парафином металлического стакана с крышкой из фторопласта. По оси стакана размещают термосопротивление. Нижняя часть стакана имеет диаметр больший, чем основная часть, и крепится к поверхности болтовым соединением. Часть внешней поверхности стакана,расположенная между дном и уровнем размещения термосопротивления, теплоизолирована, а площадь оставшейся части увеличена за счт прямоугольных углублений в стенке стакана. Расстояние между термосопротивлением и внутренними поверхностями стакана обеспечивает электрическую прочность. Полученный на термосопротивлении сигнал усиливается,преобразуется в цифровую форму и по разработанной на микроконтроллере программе пересчитывается в температуру поверхности,находящейся под электрическим напряжением.(72) Бекбаев Амангельды Бекбаевич Жумаев Алибай Кудайбергенович Шерышев Валерий Павлович Сарсенбаев Ерлан Алиаскарович Утебаев Руслан Маратович Скендирова Ляйля Шайнусуповна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ,НАХОДЯЩЕЙСЯ ПОД ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ,И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к области контактной термометрии и может найти применение в электроэнергетике при измерении и контроле температуры токоведущих и контактных поверхностей элементов электрооборудования технологических комплексов. В способе для измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением,между поверхностью и термосопротивлением помещают диэлектрический образец, обладающий необходимой электрической Изобретение относится к области контактной термометрии и может найти применение в электроэнергетике при измерении и контроле температуры токоведущих и контактных поверхностей элементов электрооборудования технологических комплексов. Известен способ измерения температуры поверхности образца, облучаемого газоразрядной плазмой Патент РФ 2328707, опубл. 20.01.2008,МПК 01 5/12, заключающийся в измерении величины удельного теплового потока, отводимого с нижнего основания образца,площадь горизонтальных поверхностей которого много больше площади боковых сторон, и определении с учетом величины удельного теплового потока поступающего на поверхность облучаемую газоразрядной плазмой величины истинной температуры в области бомбардировки,представленной в комплексном виде, по формуле 112 (р)2(р)Т 0(р),где Т(р), Т 0(р) - изображения истинной температуры облучаемой поверхности и начальной температуры образца, определяемые прямым преобразованием Лапласа К 1(р),К 2(р) изображения производных функций температурной реакции верхней и нижней горизонтальных поверхностей образца на единичный тепловой поток по времени соответственно 1(р), 2 изображения удельного теплового потока,поступающего на облучаемую поверхность, и потока, отводимого с нижнего основания. Недостатком способа является отсутствие возможности измерения температуры поверхности,находящейся под электрическим напряжением. Известно устройство Патент РФ 2272261,опубл. 20.03.2006, МПК 01 13/00, 01 1/08,01 1/14 для измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением,содержащее корпус в виде металлического стакана с крышкой из фторопласта,снабженной внутри резьбой, навинченной на верхнюю часть стакана, также снабженную соответствующей резьбой, и имеющей в центре отверстие для вывода проводников термосопротивления, размещенного по оси стакана,заполненного парафином,предварительно расплавленным перед заливкой в стакан, отверстие в крышке герметизировано пропиточным составом, а нижняя часть стакана имеет диаметр больший, чем основная часть, и снабжена отверстиями для крепления к поверхности, например к шине, при этом термосопротивление размещено в стакане так,чтобы расстояние от него до внутренней поверхности стакана и до дна обеспечивало необходимую электрическую прочность. Недостатком такого устройства является низкая точность измерения температуры поверхности,находящейся под электрическим напряжением,обусловленная падением температуры на слое парафина диэлектрика,обеспечивающего электрическую прочность. Технической задачей способа является косвенное измерение температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением, с целью е регистрации и контроля. Данная задача решается за счт того, что в способе измерения температуры поверхности,находящейся под электрическим напряжением,согласно изобретению между находящейся под электрическим напряжением поверхностью и термосопротивлением помещают диэлектрический образец, площадь горизонтальных поверхностей которого много больше площади боковой поверхности, толщина которого обеспечивает электрическую прочность, определяют температуру верхнего основания диэлектрического образца и, с учтом величин удельного теплового потока подводимого к образцу через нижнее основание и термического сопротивления образца, определяют величину температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением по формуле находящейся под электрическим напряжениемотсчт времени 2 - безразмерная температура верхнего основания диэлектрического образца,вычисленная по формуле)21 2 измеренная температура верхнего основания диэлектрического образца Т 0 - начальное значение температуры срединной поверхности диэлектрического образца-толщина диэлектрического образца- теплопроводность материала образца с - удельная объмная теплоемкость материала образца 1- удельный тепловой поток, подводимый к образцу через нижнее основание 1, 2 - поправочные коэффициенты образца( ) - полином, компенсирующий методическую погрешность -степень полинома-текущий номер измерения -общее число измерений. Технической задачей устройства является повышение точности измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением. Решение задачи осуществляется за счт того, что в способе измерения температуры поверхности,находящейся под электрическим напряжением, 29444 согласно изобретению используется корпус,выполненный в виде металлического стакана, на верхнюю часть стакана, снабженную резьбой,навинчена крышка из фторопласта, отверстие в крышке герметизировано пропиточным составом,нижняя часть стакана имеет диаметр больший, чем основная часть, и снабжена отверстиями для крепления к поверхности, по оси стакана размещено термосопротивление так, чтобы расстояние от него до внутренней поверхности стакана и до дна обеспечивали электрическую прочность, стакан заполнен парафином,предварительно расправленным перед заливкой в стакан, внешняя боковая поверхность стакана разделена на два участка - первый участок, расположенный между уровнем термосопротивления и крышкой из фторопласта, представляет собой ребристую поверхность, второй участок, расположенный между уровнем места расположения термосопротивления и дном стакана изолирована от окружающей среды цилиндрическим слоем теплоизолятора, а выводы термосопротивления проходят через отверстие в крышке стакана, сигнал,полученный на термическом сопротивлении,податся на вход нормирующего усилителя, с выхода которого поступает на вход аналогоцифрового преобразователя (АЦП). С выхода АЦП код поступает на вход микроконтроллера, в котором по разработанной программе,реализующей формулу для расчта температуры поверхности,находящейся под электрическим напряжением,преобразуется в код, соответствующий температуре поверхности, находящейся под электрическим напряжением. Техническим результатом заявляемого способа является косвенное измерение температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением. Техническим результатом заявляемого устройства является повышение точности измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением, и представление полученного результата в виде кода на выходе микроконтроллера. Описание способа. Способ реализуется с помощью устройства, представленного на рисунке(Фиг.1) следующим образом. Тепло, выделяемое шиной 4 при прохождении по ней электрического тока, передается части металлического корпуса 2,обладающей хорошей теплопроводностью, и далее через стенки корпуса 1 окружающей среде (участок внешней поверхности стакана 13) и парафину 9. Через цилиндрический слой парафина толщины ,обеспечивающей электрическую прочность, тепло передатся термосопротивлению 8. Внутренний диаметр металлического стакана всегда можно выбрать значительно превышающим толщину слоя, что обеспечивает значительное превосходство площади горизонтальной поверхности Т 1 ( )11 диэлектрического образца над площадью его боковой поверхности. Благодаря тому, что цилиндрический слой теплоизоляции 12 препятствует распространению тепла в радиальном направлении, тепловой поток на этом участке направлен параллельно оси стакана вверх. Вследствие значительного термического сопротивления слоя диэлектрического образца,расположенного между дном металлического стакана и термосопротивлением, измеренная термосопротивлением температура верхнего основания диэлектрического образца Т 2 будет отличаться от действительной температуры нижнего основания образца и совпадающей с ней температуры поверхности шины, находящейся под электрическим напряжением Т 1 (Фиг.2). Для определения связи между этими величинами решают относительно безразмерной температуры срединной поверхности диэлектрического образца 1 2 дифференциальное уравнение 2 Безразмерная температура верхнего основания диэлектрического образца 2 представляет собой непрерывную функцию. Поэтому после усиления нормирующим усилителем 14 и перед обработкой полученного сигнала на микроконтроллере 16 необходимо использовать аналого-цифровой преобразователь 15. На выходе аналого-цифрового преобразователя сигнал,пропорциональный температуре 2, а вместе с ней и правая часть дифференциального уравнения представляют собой ступенчатые функции времени. Поэтому на каждом шаге постоянства правой части решение дифференциального уравнения имеет вид В полученное решение вводят поправочные коэффициенты 1 и 2 ,компенсирующий методическую погрешность полином( ) и,переходя к размерной температуре 1 110 , получают формулу для основания диэлектрического образца 2 с учтом величины удельного теплового потока подводимого к образцу через нижнее основание 1 и Описание устройства. На чертеже (Фиг.1) изображено предлагаемое устройство, содержащее металлический корпус 1, выполненный в виде стакана, нижняя часть 2 которого имеет диаметр больший, чем основная часть, и снабжена отверстиями 3 для крепления устройства к шине 4, в которой просверлены отверстия 5, совпадающие с отверстиями 3. Корпус 1 закрыт сверху фторопластовой навинчивающейся крышкой 6,снабженной внутренней резьбой, соответствующая резьба нарезана и на верхней части стакана 1. Крышка 6 имеет в центре отверстие 7 для вывода проводников термосопротивления 8, размещенного по оси корпуса 1. Корпус 1 заполнен парафином 9,который перед заливкой расплавляется. Отверстие 7 в крышке 6 герметизируется пропиточным составом(не обозначен). Болты 10 предназначены для крепления устройства на шине 4 и обеспечения плотного контакта нижней части корпуса 1 с шиной 4. Болтовые соединения снабжены шайбами 11. Часть внешней боковой поверхности корпуса,расположенная между уровнями дна стакана и местоположения термосопротивления 8,теплоизолирована от окружающей среды цилиндрическим слоем теплоизолятора 12. Оставшаяся часть боковой поверхности корпуса 13 с прямоугольными прорезями предназначена для интенсификации процесса теплообмена с окружающей средой. Термосопротивление 8 размещено так, чтобы расстояние от него до стенок и дна стакана обеспечивало необходимую электрическую прочность парафина. Выводы термосопротивления соединены с входом нормирующего усилителя 14. Выход усилителя 14 соединн с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 15. Выход АЦП 15 соединн с входом микроконтроллера (МК) 16. Устройство работает следующим образом. Подготовленное к работе устройство(с термосопротивлением 8, залитым парафином 9 стаканом корпуса 1 частично теплоизолированным от окружающей среды слоем теплоизоляции 12 и компенсирующим недостаток теплоотвода через боковую поверхность оребрнным участком поверхности 13 и герметизированным выводом 7 проводников термосопротивления) устанавливается 1. Способ измерения температуры поверхности,находящейся под электрическим напряжением,заключающийся в измерении удельного теплового потока, отводимого от диэлектрического образца,площадь горизонтальных поверхностей которого много больше площади боковых сторон,отличающийся тем, что температура замеряется термосопротивлением на расстоянии обеспечивающем электрическую прочность,расстояние между измеряемой поверхностью и термосопротивлением заполняют диэлектриком, а температура измеряемой поверхности вычисляется по формуле поверхности образца/ , 2 измеренная температура теплоотводящей поверхности образца 0 - начальное значение температуры срединной поверхности образца 4 находящейся под электрическим напряжениемТ 20 отсчет времени 2безразмерная на шину 4 (предварительно обесточенную) и плотно прижимается с помощью болтов 10 к шине 4. Выводы проводников термосопротивления подключаются к нормирующему усилителю 14,подключнному к аналого-цифровому преобразователю 15, который в свою очередь подключн к микроконтроллеру 16. Шина 4 подключается к источнику напряжения. Тепло,выделяемое шиной 4 при прохождении по ней электрического тока,передается части металлического корпуса 2, обладающей хорошей теплопроводностью, и далее через стенки корпуса 1 окружающей среде и парафину 9. Через слой парафина толщины,обеспечивающей электрическую прочность (по справочным данным она составляет 1630 кВ/мм) тепло передатся термосопротивлению 8,на котором,при пропускании через него электрического тока(источник тока не показан) происходит падение напряжения, величина которого пропорциональна температуре верхней поверхности диэлектрического образца(слоя парафина). Выводы термосопротивления соединены с нормирующим усилителем 14 и далее через АЦП 15 с входом микроконтроллера 16, в котором, согласно заявляемому способу, по разработанной формуле вычисляется температура поверхности,находящейся под электрическим напряжением, и формируется соответствующий код. толщина образца- теплопроводность материала образца с -удельная объемная теплоемкость материала образца 1- удельный тепловой поток,подводимый к образцу 1, 2 - поправочные коэффициенты / - термическое сопротивление образца( ) - полином, компенсирующий методическую погрешность- степень полинома- текущий номер измерения- общее число измерений. 2. Устройство для измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением,содержащее корпус в виде металлического стакана с крышкой из фторопласта,снабженной внутри резьбой, навинченной на верхнюю часть стакана, также снабженную соответствующей резьбой, и имеющей в центре отверстие для вывода проводников термосопротивления, размещенного по оси стакана,заполненного парафином,предварительно расплавленным перед заливкой в стакан, отверстие в крышке герметизировано пропиточным составом,а нижняя часть стакана имеет диаметр больший, чем основная часть, и снабжена отверстиями для крепления к поверхности, например к шине, при этом термосопротивление размещено в стакане так,чтобы расстояние от него до внутренней поверхности стакана и до дна стакана обеспечивало необходимую электрическую прочность, отличающееся тем, что внешняя боковая поверхность стакана разделена на два участка первый участок, расположенный между уровнем размещения термосопротивления и крышкой из фторопласта, представляет собой ребристую поверхность, второй участок, расположенный между уровнем расположения термосопротивления и дном стакана изолирована от окружающей среды цилиндрическим слоем теплоизолятора, а выводы проводников термосопротивления подключены к нормирующему усилителю, подключнному к аналого-цифровому преобразователю, который, в свою очередь, подключн к микроконтроллеру,реализующему согласно способу формулу для вычисления температуры поверхности,находящейся под электрическим напряжением.