Устройство для мониторинга температур в протяженном объекте
Полезная модель относится к устройствам мониторинга температур в протяженном объекте, в частности в различных скважинах в почве, в том числе в мерзлых почвах, а также в резервуарах для неагрессивных жидкостей.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание этой полезно модели является повышение точности измерения температуры, за счет исключения конвекции воздуха в скважине и использования встроенного источника питания, работающего в диапазоне температур от -50°С до +70°С.
Устройство состоит из двух основных частей: термоподвески и специализированного вторичного блока - вычислителя. Термоподвеска представляет собой цепочку последовательно расположенных датчиков температуры, помещенную в съемную полимерную толстостенную оболочку самонесущего кабеля.
Заявленное устройство осуществляет автоматическое измерение температуры в протяженном объекте на разных глубинах с определенным шагом при помощи опущенной в него термоподвески, а также анализ температурного распределения вдоль объекта, который выполняется решающим устройством с целью выявления аварийных для объекта ситуаций. Уплотнение термоподвески исключающей попадание окружающего воздуха в скважину и снижает вероятность ее перемерзания.
Полезная модель относится к устройствам мониторинга температур в протяженном объекте, в частности, в различных скважинах в почве, в том числе, в мерзлых почвах, а также, в резервуарах для неагрессивных жидкостей.
Известно устройство для измерения температуры в скважине, содержащее RC-генератор с включенным в частотно-задающую цепь и последовательно соединенными терморезистором и эталонным резистором, подключенный к регистратору, диод, подключенный параллельно терморезистору, а регистратор выполнен в виде селектора импульсов, двух измерителей длительности импульсов и последовательно соединенных сумматора, перемножителя и индикатора, при этом выходы селектора импульсов через соответствующие измерители длительности импульсов подключены к соответствующим входам сумматора (RU 1663452). Данное устройство не предназначено для автоматического выявления опасных температур, и для передачи информации на центральный пункт сбора информации.
Известно устройство для каротажа скважины, при котором осуществляют мониторинг температуры, и которое содержит устройство сбора информации, устанавливаемое на поверхности земли и подвеску, состоящую из датчиков температуры, контроллера и памяти, опускаемую в скважину (WO 02/25317).
Однако это устройство не предназначено для измерения температуры в условиях вечной мерзлоты, и, кроме того, это устройство обладает избыточностью аппаратуры, т.к. для каждого датчика температуры в подвеске предусмотрен свой контроллер, который осуществляет обработку полученной информации.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является Устройство для мониторинга температуры в протяженном объекте, содержащее термоподвеску, состоящую из последовательно расположенных датчиков температуры,
размещенных в защитном кожухе небольшого диаметра, управляющий микроконтроллер, преобразователь сигналов, предназначенный для преобразования сигналов с упомянутых датчиков температуры в форму удобную для работы управляющего микроконтроллера, энергонезависимое запоминающее устройство, часы реального времени, решающее устройство, осуществляющее анализ полученных данных и выявление опасных температурных полей протяженного объекта, блок задания начальных параметров, аккумуляторную батарею питания и интерфейс передачи данных, при этом вход упомянутого преобразователя сигналов соединен с выходом термоподвески, а выход упомянутого преобразователя соединен со входом управляющего микроконтроллера, вход-выход энергонезависимого запоминающего устройства соединен с первым входом-выходом управляющего микроконтроллера, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом упомянутого решающего устройства, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом блока задания начальных параметров, второй вход-выход которого соединен с третьим входом-выходом управляющего микроконтроллера, четвертый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом интерфейса передачи данных, второй вход-выход которого является входом-выходом упомянутого устройства для мониторинга температуры, пятый вход-выход управляющего микроконтроллера соединен с входом-выходом часов реального времени, выход аккумуляторной батареи питания соединен с соответствующим входом питания управляющего микроконтроллера (RU33156U1).
Данное устройство обеспечивает автоматический мониторинг температуры в различных условиях, в том числе и мерзлотных, а также сокращение аппаратурных затрат и обеспечение накопления и долгого хранения измеренных температур. Недостатком является отсутствие защиты от попадания окружающего воздуха в скважину, в результате чего искажается температурное поле скважины за счет конвекции и может произойти ее перемерзание. Кроме того, конструкция данного устройства не позволяет в случае необходимости извлекать термоподвеску из скважины в случае ее перемерзания.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание этой
полезно модели, является исключение возможности попадания окружающего воздуха в скважину, в результате чего снижается вероятность перемерзания скважины или искажения температурного поля скважины за счет конвекции.
Указанный технический результат достигается за счет того, что Устройство для мониторинга температуры в протяженном объекте, содержащее термоподвеску, состоящую из последовательно расположенных датчиков температуры, размещенных в защитном кожухе небольшого диаметра, управляющий микроконтроллер, преобразователь сигналов, предназначенный для преобразования сигналов с упомянутых датчиков температуры в форму удобную для работы управляющего микроконтроллера, энергонезависимое запоминающее устройство, часы реального времени, решающее устройство, осуществляющее анализ полученных данных и выявление опасных температурных полей протяженного объекта, блок задания начальных параметров, встроенный источник питания, обеспечивающий работу устройства в автономном режиме при температуре окружающего воздуха от -50 до+70 °С и интерфейс передачи данных, при этом вход упомянутого преобразователя сигналов соединен с выходом термоподвески, а выход упомянутого преобразователя соединен со входом управляющего микроконтроллера, вход-выход энергонезависимого запоминающего устройства соединен с первым входом-выходом управляющего микроконтроллера, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом упомянутого решающего устройства, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом блока задания начальных параметров, второй вход-выход которого соединен с третьим входом-выходом управляющего микроконтроллера, четвертый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом интерфейса передачи данных, второй вход-выход которого является входом-выходом упомянутого устройства для мониторинга температуры, пятый вход-выход управляющего микроконтроллера соединен с входом-выходом часов реального времени, выход встроенного источника питания соединен с соответствующим входом питания управляющего микроконтроллера, отличающееся тем, что снабжено уплотнением для исключения попадания окружающего воздуха в скважину.
Упомянутый интерфейс осуществляет передачу данных по беспроводному каналу.
В другом частном варианте упомянутый интерфейс осуществляет передачу данных по проводному каналу.
Еще в одном частном варианте упомянутый кожух выполнен в виде полимерной толстостенной оболочки самонесущего кабеля, из которой возможно извлекать устройство в целях, например, его периодической поверки.
Протяженный объект может представлять собой скважину, либо резервуар с неагрессивной жидкостью.
На фиг.1, показана структурная схема заявленного устройства.
Устройство состоит из двух основных частей: термоподвески 1 и специализированного вторичного блока - вычислителя. Термоподвеска 1 представляет собой цепочку последовательно расположенных датчиков температуры, помещенную в полимерную толстостенную оболочку самонесущего кабеля.
Вычислитель состоит из преобразователя сигналов 2, предназначенного для преобразования сигналов с упомянутых датчиков температуры термоподвески 1, энергонезависимого запоминающего устройства 3, управляющего микроконтроллера 4, часов реального времени 5, решающего устройства 6, предназначенного для осуществления анализа полученных данных и выявления опасных температурных полей протяженного объекта, блока задания начальных параметров 7, интерфейса передачи данных 8, встроенного источника питания 9.
Заявленное устройство осуществляет в автоматическом режиме измерение температуры в протяженном объекте на разных глубинах с определенным шагом при помощи опущенной в него термоподвески, а также анализ температурного распределения вдоль объекта, который выполняется решающим устройством 6 с целью выявления аварийных для объекта ситуаций. Уплотнение термоподвески исключающет попадание окружающего воздуха в скважину и снижает вероятность ее перемерзания.
В качестве протяженного объекта могут быть любые скважины в различных
почвах, в том числе и мерзлых, а также могут быть различные резервуары с неагрессивными жидкостями, например, водой.
С помощью блока задания начальных параметров устанавливаются начальные значения для решающего блока 6 и управляющего микроконтроллера 4.
Термоподвеска с уплотнением (на чертеже не показано) размещается в скважине или резервуаре. Датчики температуры измеряют температуру в скважине или в резервуаре. Замеры с датчиков температуры, расположенных в термоподвеске 1, поступают на преобразователь сигналов 2, где происходит их нормировка и преобразование с учетом калибровочных данных. Далее распределения температуры, вместе с отметкой времени, предоставленной блоком часов реального времени 5, записываются микроконтроллером 4 в энергонезависимое запоминающее устройство 3. Решающий блок 6 подвергает поступающие данные распределения температуры многопараметрическому анализу в соответствии с заложенными в него конфигурационными данными с целью выявления аварийных ситуаций. После этого данные с решающего блока 6 поступают на интерфейс 6.
Заявленное устройство может работать в двух режимах:
1. В режиме on-line, когда оно включено в проводную или беспроводную (радио) постоянно действующую измерительную сеть мониторинга, и данные со множества аналогичных устройств мониторинга температуры поступают на центральную станцию, где они подвергаются повторному анализу.
2. В автономном режиме. При работе в этом режиме питание заявленного устройства осуществляется от встроенного источника питания 9, а само устройство программируется на замеры температурных распределений через заданные, устанавливаемые, интервалы времени. Считывание данных с интерфейса 8 в автономном режиме обеспечивается обходчиком при помощи переносного компьютера и соответствующей программы.
Решающий блок работает следующим образом.
Данные распределения температуры, попав в решающий блок с преобразователя 2, подвергаются сравнению с табличными данными и
предыдущими замерами. В результате сравнений выявляются распределения температуры, которые с заданной вероятностью являются опасными для конструкций свайных полей. Также решающий блок анализирует временные ряды температурных полей, выявляя опасные тренды и строя временной прогноз возникновения опасных ситуаций. Если в результате работы решающего блока 6 выявлена опасная ситуация или неблагоприятный прогноз, то эта информация запоминается в запоминающем устройстве 3, а также передается через интерфейс 8 передачи данных для оповещения соответствующих служб.
1. Устройство для мониторинга температуры в протяженном объекте, содержащее термоподвеску, состоящую из последовательно расположенных датчиков температуры, размещенных в защитном кожухе небольшого диаметра, управляющий микроконтроллер, преобразователь сигналов, предназначенный для преобразования сигналов с упомянутых датчиков температуры в форму, удобную для работы управляющего микроконтроллера, энергонезависимое запоминающее устройство, часы реального времени, решающее устройство, осуществляющее анализ полученных данных и выявление опасных температурных полей протяженного объекта, блок задания начальных параметров, встроенный источник питания, обеспечивающий работу устройства в автономном режиме при температуре окружающего воздуха от -50 до +70°С, и интерфейс передачи данных, при этом вход упомянутого преобразователя сигналов соединен с выходом термоподвески, а выход упомянутого преобразователя соединен со входом управляющего микроконтроллера, вход-выход энергонезависимого запоминающего устройства соединен с первым входом-выходом управляющего микроконтроллера, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом упомянутого решающего устройства, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом блока задания начальных параметров, второй вход-выход которого соединен с третьим входом-выходом управляющего микроконтроллера, четвертый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом интерфейса передачи данных, второй вход-выход которого является входом-выходом упомянутого устройства для мониторинга температуры, пятый вход-выход управляющего микроконтроллера соединен с входом-выходом часов реального времени, выход встроенного источника питания соединен с соответствующим входом питания управляющего микроконтроллера, отличающееся тем, что снабжено уплотнением, предназначенным для исключения попадания окружающего воздуха в скважину во время проведения измерений.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый интерфейс осуществляет передачу данных по беспроводному каналу.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый интерфейс осуществляет передачу данных по проводному каналу.
4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что упомянутый кожух выполнен в виде полимерной толстостенной оболочки самонесущего кабеля.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что устройство выполнено с возможностью извлечения термоподвески из упомянутой полимерной оболочки.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что протяженный объект представляет собой скважину.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что протяженный объект представляет собой резервуар с неагрессивной жидкостью.
