ТЕРМОКОСА Российский патент 2012 года по МПК G01K7/16 E21B47/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к термометрии, а именно к датчикам температуры, и предназначено для одновременного измерения температуры в нескольких точках объекта, расположение которых определяется конструкцией объекта, а также предназначено для полевого определения температуры грунтов, где требуется получить конкретные данные о температуре мерзлых, промерзающих и протаивающих грунтов.

Уровень техники

Известно устройство для исследования скважин градиент-термометром. Устройство содержит два одинаковых последовательно соединенных и размещенных вдоль оси скважины на заданном расстоянии термочувствительных резистора, первый и второй. К верхнему концу первого резистора подключен источник питания и третий постоянный резистор, а к нижнему концу второго резистора подключен источник питания и четвертый постоянный резистор; между точками соединения третьего и четвертого постоянных резисторов и первого, и второго термочувствительных резисторов включен регистрирующий прибор. Резисторы третий и четвертый являются балансировочными. Регистрируется разность температур между первым и вторым термочувствительными резисторами [1].

Недостатком такого устройства является наличие балансировочных резисторов, нарушающих баланс при значительных изменениях температуры, и регистрация лишь одной составляющей поля температуры - вдоль оси скважины.

Известно устройство для теплового каротажа скважин, содержащее три одинаковых размещенных вдоль оси скважины на заданном расстоянии термочувствительных датчика для измерения второй разности температуры, первый, второй и третий. Термочувствительные датчики идентичны и включают в себя по четыре одинаковых термочувствительных резистора, объединенных в термочувствительные мосты. Разность разбалансов термочувствительных мостов пропорциональна второй разности температуры, а сумма их разбалансов - первой разности; также все термочувствительные резисторы служат для измерения абсолютной температуры среды, в которой находится зонд. Первая разность температур зависит как от постоянного изменения температуры по стволу скважины, так и от ее локальных изменений. Вторая разность температур зависит только от локальных изменений температуры [2].

Недостатками устройства являются узкая область применения, низкая точность измерения, избыточность оборудования, использование косвенных методов измерения одной зависимости от другой.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для мониторинга температур в протяженном объекте, содержащее термоподвеску, состоящую из последовательно расположенных датчиков температуры, размещенных в защитном кожухе небольшого диаметра, управляющий микроконтроллер, преобразователь сигналов, энергонезависимое запоминающее устройство, часы реального времени, решающее устройство, блок задания начальных параметров, встроенный источник питания, и интерфейс передачи данных, а также снабженное уплотнением, предназначенным для исключения попадания окружающего воздуха в скважину во время проведения измерений. Кожух выполнен в виде съемной полимерной толстостенной оболочки самонесущего кабеля [3].

Недостатком устройства является большое время термической реакции из-за наличия полимерной толстостенной оболочки, в которой расположена термоподвеска, а также низкая герметичность термоподвески при отсутствии полимерной толстостенной оболочки, которая приводит к отказу устройства в условиях повышенной пыли и влаги.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение направлено на создание термокосы (см. приложение 1), представляющей собой устройство для многозонного измерения температуры, в которой преодолевались бы недостатки уровня техники.

С помощью настоящего изобретения достигается технический результат, состоящий в повышении точности измерения и надежности, а также в возможности расширенного диапазона использования.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предложена термокоса, содержащая последовательно расположенные датчики температуры, размещенные в защитном корпусе, каждый датчик температуры выполнен на печатной плате в отдельном защитном металлическом корпусе и содержит в себе поправочный коэффициент, датчики температуры соединены между собой гибким кабелем, выполненным в полимерной оболочке, защитный металлический корпус каждого датчика температуры снабжен по краям полимерными втулками, которые скреплены с кабелем с помощью уплотнения и деформации по контуру, при этом на одном из концов размещен разъем для подключения к устройству считывания, хранения, обработки и отображения данных.

Особенность заявленной термокосы состоит в том, что на печатной плате могут быть расположены электронные компоненты или цифровой датчик, совместно с которыми печатная плата может быть заключена в защитную полимерную оболочку.

Еще одна особенность заявленной термокосы состоит в том, что полимерная оболочка кабеля может быть как кремнеорганической, так и поливинилхлоридной, и политетрафторэтиленовой, и резиновой, и полиэтиленовой.

Также еще одна особенность заявленной термокосы состоит в том, что защитный металлический корпус датчика температуры может иметь круглое поперечное сечение или быть в виде правильного многоугольника. Полимерные втулки могут быть выполнены из резины или кремнеорганического материала.

А также еще одна особенность заявленной термокосы состоит в том, что последний датчик температуры имеет устройство для крепления груза, обеспечивающее выпрямление термокосы в вертикальном положении.

Краткое описание чертежей

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых одинаковые или сходные элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг.1 представляет вид сбоку термокосы по настоящему изобретению.

Фиг.2 показывает защитный корпус в разрезе по фиг.1.

Подробное описание осуществления изобретения

Термокоса по настоящему изобретению может быть реализована в различных вариантах осуществления.

Однако во всех этих вариантах термокоса, как показано на фиг.1, содержит последовательно расположенные датчики температуры 1, размещенные в защитном корпусе 2 (см. фиг.2), каждый датчик температуры 1 выполнен на печатной плате 3 в отдельном защитном металлическом корпусе 2 и содержит в себе поправочный коэффициент, датчики температуры 1 соединены между собой гибким кабелем 4, выполненным в полимерной оболочке, защитный металлический корпус 2 каждого датчика температуры 1 снабжен по краям полимерными втулками 5, которые скреплены с кабелем 4 с помощью уплотнения и деформации по контуру, при этом на одном из концов размещен разъем 6 для подключения к устройству считывания, хранения, обработки и отображения данных.

На печатной плате 3 могут быть расположены электронные компоненты 7 или цифровой датчик 7, совместно с которыми печатная плата 3 может быть заключена в защитную полимерную оболочку 8, обеспечивающую дополнительную герметичность конструкции (см. фиг.2). При этом выводы 9 кабеля 4, электронные компоненты 7 или цифровой датчик 7 могут быть соединены с печатной платой 3 при помощи пайки.

Кабель 4, выполненный в полимерной оболочке, может быть выполнен как в кремнеорганической, так и в поливинилхлоридной, и в политетрафторэтиленовой, и в резиновой, и в полиэтиленовой оболочке.

Метод скрепления защитного металлического корпуса 2 с кабелем 4 и втулками 5 (см. фиг.2) с помощью уплотнения и деформации по контуру для обеспечения герметичности конструкции может быть реализован методом завальцовки. Полимерные втулки 5 могут быть выполнены из резины или кремнеорганического материала. Втулки 5 обеспечивают герметичность конструкции и электрических соединений.

Форма поперечного сечения защитного металлического корпуса 2 может быть в виде круга или правильного многоугольника.

Последний датчик температуры 1 может иметь устройство для крепления груза (на чертеже не показано), обеспечивающее распрямление термокосы в вертикальном положении.

Термокоса осуществляет одновременное измерение температуры в нескольких точках объекта, расположение которых определяется конструкцией объекта, на различных расстояниях с определенным шагом при помощи устройства считывания, хранения, обработки и отображения данных.

В качестве объекта могут быть трубопроводы, протяженные объекты, например, любые скважины в различных грунтах, как в мерзлых, так и в промерзающих и протаивающих.

Термокоса по настоящему изобретению может работать следующим образом.

Термокоса размещается в объекте, разъем располагается в доступном для подключения его к устройству считывания, хранения, обработки и отображения данных месте. Датчики температуры измеряют температуру объекта, преобразуют измеренный сигнал в цифровой вид, при этом каждый датчик температуры содержит поправочный коэффициент и маркировку. Результаты измерения и поправочные коэффициенты с датчиков температуры поступают на устройство считывания, хранения, обработки и отображения данных, где происходят считывание и обработка полученных данных и передача их на индикатор устройства считывания, хранения, обработки и отображения данных и персональный компьютер при помощи соответствующей программы.

Питание термокосы осуществляется от устройства считывания, хранения, обработки и отображения данных.

Таким образом, термокоса по настоящему изобретению обеспечивает заявленный технический результат, поскольку наличие поправочного коэффициента в каждом датчике температуры приводит к повышению точности измерения. Использование же гибкого кабеля, втулок и скрепления их с защитным корпусом с помощью уплотнения и деформации по контуру повышает надежность, герметичность конструкции, а также дает возможность расширенного диапазона использования термокосы.

Хотя настоящее изобретение описано и показано на сопроводительных чертежах своими примерными вариантами осуществления, это описание и чертежи являются чисто иллюстративными. Специалистам понятно, что можно сделать различные модификации, дополнения и уточнения без отхода от сущности и объема настоящего изобретения, выраженные в приложенной формуле изобретения с учетом эквивалентов.

Источники информации

1. Позин Л.З. Исследование скважин градиент-термометром. Разведочная и промысловая геофизика. - М., Гостоптехиздат, 1969.

2. Патент №2314416, Е21В 47/06, G01K 7/20. «Устройство для теплового каротажа скважин», опубл. 2008 г.

3. Патент №75692, Е21В 47/12, G01K 7/14. «Устройство для мониторинга температур в протяженном объекте», опубл. 2008 г.

Приложение 1

Применяемость термина «термокоса»:

1. thermistor chain - гирлянда терморезисторов, термокоса

(Большой англо-русский политехнических словарь. / Под ред. проф. В.В.Бутника: В 3 тт. - Более 600000 терминов. - М.: «ЭТС», 1999. - Т.3).

2. Научный журнал «Криосфера Земли», 2006, т.X, №4, с.12.

Павлов А.В. «Оценка погрешностей измерений температуры грунтов в неглубоких скважинах в условиях сплошной криолитозоны».

3. http://www.ikz.ru/biblioteka/materialy-konferencii/folder. 2009-11-19.2752593878

Материалы Международной конференции "Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения" (Тюмень, 2008 г., с.147).

4. http://www.securpress.ru/model.php?m=38&c=121

5. http://www.dorip.ru/cat/cat8.htm

Изобретение относится к термометрии, а именно к датчикам температуры, и предназначено для одновременного измерения температуры в нескольких точках объекта, расположение которых определяется конструкцией объекта, а также предназначено для полевого определения температуры грунтов, где требуется получить конкретные данные о температуре мерзлых, промерзающих и протаивающих грунтов. Термокоса содержит последовательно расположенные датчики температуры, соединенные между собой гибким кабелем, обеспечивающим электрическое соединение датчиков температуры, разъем для подключения к устройству считывания, хранения, обработки и отображения данных, при этом каждый датчик температуры заключен в защитный корпус. Технический результат - снижение времени термической реакции, повышение точности измерения и надежности, а также возможность расширенного диапазона использования. 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Термокоса, содержащая последовательно расположенные датчики температуры, размещенные в защитном корпусе, отличающаяся тем, что каждый датчик температуры состоит из печатной платы и расположенных на ней электронных компонентов в отдельном защитном металлическом корпусе и имеет поправочный коэффициент, датчики температуры соединены между собой гибким кабелем, выполненным в полимерной оболочке, защитный металлический корпус каждого датчика температуры снабжен по краям втулками, которые скреплены с кабелем с помощью уплотнения и деформации по контуру, при этом термокоса содержит разъем для подключения к устройству считывания, хранения, обработки и отображения данных.

2. Термокоса по п.1, в которой датчик температуры представляет собой цифровой датчик.

3. Термокоса по п.1, в которой кабель выполнен в кремнеорганической оболочке.

4. Термокоса по п.1, в которой кабель выполнен в поливинилхлоридной оболочке.

5. Термокоса по п.1, в которой кабель выполнен в политетрафторэтиленовой оболочке.

6. Термокоса по п.1, в которой кабель выполнен в резиновой оболочке.

7. Термокоса по п.1, в которой кабель выполнен в полиэтиленовой оболочке.

8. Термокоса по п.1, в которой втулки выполнены из резины.

9. Термокоса по п.1, в которой втулки выполнены из кремнеорганического материала.

10. Термокоса по п.1, в которой печатная плата совместно с расположенными на ней электронными компонентами заключена в защитную полимерную оболочку.

11. Термокоса по п.2, в которой цифровой датчик заключен в защитную полимерную оболочку.

12. Термокоса по п.1, в которой последний датчик температуры имеет устройство для крепления груза, обеспечивающее распрямление термокосы в вертикальном положении.

13. Термокоса по п.1, в которой защитный металлический корпус имеет круглое поперечное сечение.

14. Термокоса по п.1, в которой защитный металлический корпус имеет поперечное сечение в виде правильного многоугольника.