專利名稱：熱電偶異常檢測系統及其檢測方法
技術領域：
本發明的實施例涉及工廠中使用的熱電偶異常檢測系統及其檢測方法。
背景技術：
在工廠中提供熱電偶，并將由熱電偶獲得的溫度信息用作評估工廠性能的指 標。將熱電偶生成的熱電動勢輸入到監測和控制設備中，從而將其用于溫度監測和溫度控制。在溫度變化引起的反復膨脹和收縮導致的應力作用下，熱電偶逐漸劣化。熱電偶設有用于檢測其劣化的系統。在所述系統檢測到熱電偶的劣化時，工廠維護人員將采取諸如更換熱電偶的措施。作為常規檢測系統的一個例子，已知一種設有兩個熱電偶，即工作熱電偶和備用熱電偶的檢測系統。所述常規檢測系統的優點在于，可以通過監測兩個熱電偶的檢測信號之間的差異來監測備用側熱電偶的異常。
在附圖中圖I是示出了根據本發明的熱電偶異常檢測系統的第一實施例的配置的圖示；圖2是示出了在監測和控制設備內設置的異常檢測電路的內部配置的圖示；圖3是示出了作為根據第一實施例的熱電偶異常檢測系統的比較實例的異常檢測系統的圖示；圖4是示出了根據第一實施例的熱電偶異常檢測系統的變型的配置的圖示；圖5是根據本發明的熱電偶異常檢測系統的第二實施例的圖示；圖6是示出了在監測和控制設備內設置的異常檢測電路的內部配置的圖示；圖7A是示出了在設置很多熱電偶的情況下根據第二實施例的熱電偶異常檢測系統的配置的圖示；圖7B是示出了作為圖7A所示的熱電偶異常檢測系統的比較實例的熱電偶異常檢測系統的配置的圖示；圖8是示出了根據本發明的熱電偶異常檢測系統的第三實施例的圖示；圖9是在監測和控制設備中設置的異常檢測電路的內部配置的圖示。
具體實施例方式將參考附圖描述根據本發明的熱電偶異常檢測系統及其檢測方法的實施例。在一些工廠中可能設置了大量的(例如100到300個)熱電偶。在除了工作的熱電偶之外還提供了大量的備用熱電偶的情況下，除了 100到300個熱電偶之外，還要額外提供100到300個備用熱電偶。這顯著提高了安裝熱電偶所需的施工工作量和安裝成本。此外，為了從每一熱電偶向監測和控制設備發送檢測信號，必須對熱電偶進行擴展，或者安裝線纜，以傳輸由熱電偶的熱電動勢轉換成的電信號。因而，實際上不可能安裝數量如此龐大的熱電偶。考慮到上述情況完成了根據本發明的 實施例。根據本發明的實施例的目的在于提供一種能夠適當地檢測熱電偶的異常的熱電偶異常檢測系統及其檢測方法。根據本發明可以通過提供一種熱電偶異常檢測系統實現這一目的以及其他目的，所述系統包括多個熱電偶，每一熱電偶包括安放到護套內的多個熱電偶絲；傳輸信號轉換單元，被配置成將所述多個熱電偶絲中的每者生成的熱電動勢轉換成傳輸信號，并輸出所述傳輸信號；傳輸單兀，被配置成對所述傳輸信號轉換單兀輸出的傳輸信號進行傳輸；以及異常檢測電路，被配置成通過對由每一熱電偶中設置的多條熱電偶絲獲得的傳輸信號進行相互比較來檢測所述多個熱電偶中的每者的異常的。[第一實施例]將參考附圖描述根據本發明的熱電偶異常檢測系統及其檢測方法的第一實施例。圖I是示出了根據本發明的熱電偶異常檢測系統的第一實施例的配置的圖示。在諸如火力發電廠、核發電廠、化工廠以及各種制造廠的工廠內設置根據第一實施例的熱電偶異常檢測系統(異常檢測系統)I。所述異常檢測系統I包括主要在工廠2內設置的溫度測量系統10、在(例如)工廠2以外設置的監測和控制設備11以及用于將所述溫度測量系統10連接至所述監測和控制設備11的傳輸線纜12a到12f。例如，在工廠2中設置了 100到300個熱電偶對(例如，在總體上設置了 500個儀器傳感器時)。在第一實施例中，為了描述方便示出了三個熱電偶對21到23。在預定的測量區域內，例如，在設備安裝部位區域設置每一熱電偶對21到23。所述設備安裝部位區域是工廠2內的區域，在所述區域內布置了諸如泵、風扇、渦輪、閥門的設備設施以及管道。所述設備安裝部位區域也是工廠2內的區域，在所述區域內尤其集中地布置了主要設備設施。注意，所述設備安裝部位區域并未與其他區域明顯隔開，所述設備設施等的部分也可能安裝在另一區域內。由于熱電偶對21到23具有幾乎相同的配置，因而將只描述熱電偶對21，將省略對另外兩個熱電偶對22和23的描述。熱電偶對21包括熱電偶絲21a (第一熱電偶)和熱電偶絲21b (第二熱電偶)。熱電偶對21 (所謂的二絲熱電偶)安放在護套31內。護套31具有圓柱形狀，并且具有由阻熱合金構成的外層，從而保護其內放置的熱電偶絲2Ia和2lb。在護套31中，將每一熱電偶絲21a和21b固定并采用諸如氧化鎂的填充物使其絕緣。每一熱電偶絲21a和21b在其頂端部分具有作為測量部位的熱接點，在與所述測量部位相反的端部具有冷接點(頭部)。熱電偶絲21a和21b分別包括處于其冷接點處的A/D轉換器41a和41b,以及適配器51a和51b (按這一順序)。A/D轉換器41a和41b (傳輸信號轉換單元)分別將熱電偶絲21a和21b中生成的熱電動勢A/D轉換成傳輸信號，以輸出所述傳輸信號。適配器51a和51b (傳輸單兀)分別將A/D轉換器41a和41b發送的傳輸信號傳輸至傳輸線纜12a和12b。注意，可以將熱電偶21到23中的每者配置為，將集成了 A/D轉換器41a到43a、41b到43b中的每者以及適配器51a到53a、51b到53b中的每者的設備合并到冷接點內，等等。可以通過設置于監測和控制設備11與適配器51a到53a、51b到53b之間的中繼設備將所述傳輸信號傳輸至所述監測和控制設備11。例如，所述傳輸線纜12a到12f為光纜，其分別將適配器51a到53a以及51b到53b發送的傳輸信號傳輸至所述監測和控制設備11。線數線纜12a將適配器51a連接至監測和控制設備11。傳輸線纜12b連接于在熱電偶對21處設置的適配器51a和51b之間，即，連接于熱電偶對21的適配器51a和51b之間。傳輸線纜12c將熱電偶對21的適配器51b連接至熱電偶對22的適配器52a。類似地，傳輸線纜12d連接于熱電偶對22的適配器52a和52b之間，傳輸線纜12f 連接于熱電偶對23的適配器53a和53b之間。傳輸線纜12e連接于熱電偶對22的適配器52b和熱電偶對23的適配器53a之間。也就是說，傳輸線纜12a作為第二連接單元將熱電偶絲21a (適配器51a)連接至監測和控制設備11 (異常檢測電路60)。傳輸線纜12b到12f作為第一連接單元連接于多個彼此相鄰的熱電偶21到23 (適配器51a到53a以及51b到53b)之間。通過布線系統(所謂的菊花鏈系統)連接傳輸線纜12a到12f，在所述系統中使彼此相鄰的熱電偶21到23 (適配器51a到53a以及51b到53b)串聯連接。使適配器52a、53a以及51b到53b中的每者發送的傳輸信號依次通過所需的傳輸線纜12b到12f傳輸，從而被傳輸至適配器51a。最終，收集到相應的傳輸信號，并將其作為傳輸信號P通過傳輸線纜12a傳輸至監測和控制設備11。在所述菊花鏈系統中，只將傳輸線纜12a這一條線纜用作覆蓋長距離(一般具有200m到400m的長度)從而連接至監測和控制設備11的傳輸線纜(第二連接單元)。除了傳輸線纜12a以外的傳輸線纜12b到12f只需能夠連接于相鄰的適配器51a到53a以及51b到53b之間，因而只需具有非常短的長度(通常為IOm到20m)。即使在增大熱電偶數量的情況下，只需在適配器51a到53a以及51b到53b之間布設具有非常短的長度的傳輸線纜12b到12f即可。因而，從減少線纜量的角度來看，所述菊花鏈系統是有利的。注意也可以將單芯線纜或雙芯線纜中的任何一種用作傳輸線纜12a到12f。在采用雙芯線纜時，傳輸線纜12a到12f除了執行傳輸信號的傳輸之外，還可以執行從監測和控制設備11向A/D轉換器41a到43a以及41b到43b的供電。將傳輸線纜12a到12f中的每者配置為單條線纜，其中，成對設置用于提供正電壓的一個芯和用于提供負電壓的另一個芯，以滿足預定功能。監測和控制設備11基于熱電偶21到23測量到的并通過現場傳輸發送的傳輸信號對測量值進行監測。監測和控制設備11包括異常檢測電路60。圖2是示出了在監測和控制設備11內設置的異常檢測電路60的內部配置的圖
/Jn ο在異常檢測電路60中，從通過傳輸線纜12a供應的傳輸信號P中取出由相應的熱電偶21到23輸出的傳輸信號PIa到p3a以及plb到p3b。并將傳輸信號PIa到p3a以及plb到p3b分別供應至減法器61到63。在所述的一組減法器61到63，一組絕對值轉換器71到73、一組比較器81到83以及一組計時器91到83當中，每一組中的部件都具有幾乎相同的配置。因而，將只描述減法器61、絕對值轉換器71、比較器81和計時器91，將省略對其他部件的描述，即，對減法器62和63、絕對值轉換器72和73、比較器82和83以及計時器92和93的描述。減法器61通過在熱電偶對21 (熱電偶絲21a和21b)輸出的傳輸信號pla和plb之間執行減法而計算出偏差el。絕對值轉換器71通過轉換偏差el的絕對值而計算出絕對偏差H。不管傳輸信號pla和plb之間的大小關系如何，絕對偏差Π都變為正值。比較器81將絕對偏差fl與預先設定的閾值α進行比較。在絕對偏差fl大于閾值α時，比較器81輸出一輸出gl。在將生成最大熱電動勢時的傳輸信號設為100%時,選 擇所述閾值為(例如)所述傳輸信號值的大約5%。當在預定時間段(例如，15秒)期間持續輸出輸出gl時計時器91發出異常信號hi。計時器91防止了由于偏差el的暫時增大而頻繁地生成異常信號hl，所述偏差el是由熱電偶絲21a和21b之間的響應速度的差異導致的。接下來，將描述根據第一實施例的熱電偶異常檢測系統I的效果。熱電偶絲由于受到應力作用而逐漸劣化，所述應力是由溫度變化引起的膨脹和收縮導致的。例如，在熱電偶絲21b的劣化比熱電偶絲21a快，并且變得無法生成熱電動勢時，傳輸信號Plb表不異常值。另一方面，熱電偶絲21a與熱電偶絲21b相比正常，因而傳輸信號pla表示正常值。在將傳輸信號Pla與傳輸信號plb比較時，絕對偏差fl增大。最后，異常檢測電路60發出異常信號hl，從而檢測到異常。工廠操作人員能夠通過所述異常檢測結果了解異常情況的發生，并指出哪一熱電偶絲異常。例如，通過參考傳輸信號Pla和傳輸信號plb的趨勢圖等指出異常。這里，將采用作為比較實例的異常檢測系統描述根據第一實施例的異常檢測系統I的優越性。圖3是示出了作為根據第一實施例的熱電偶異常檢測系統I的比較實例的異常檢測系統101的圖示；異常檢測系統101包括溫度測量系統110和設置在(例如)工廠2之外的監測和控制設備111。溫度測量系統110包括作為二絲熱電偶的熱電偶對121到123。熱電偶對121到123具有幾乎相同的配置，因而將只描述熱電偶對121，將省略對其他熱電偶對122和123的描述。熱電偶絲121a和熱電偶絲121b安裝在護套131內。熱電偶絲121a和121b包括處于冷接點處的終端盒141。將每一熱電偶絲121a和121b中生成的熱電動勢(小熱電動勢)從終端盒141供應給補償引線151。將補償引線151連接至熱電偶對121的熱電偶絲之一(圖3中的熱電偶絲121a)。監測和控制設備111包括I/O板160。將熱電偶121到123的熱電動勢分別通過補償引線151到153輸入至所述I/O板160。注意，可以將熱電偶121到123直接連接至所述I/O板160。然而，所述116/0板160和熱電偶121到123之間的距離大(例如，200m到400m)，因而需要極長的熱電偶121到123，從而導致高成本。出于這一原因，分別通過補償引線151到153將熱電偶121到123連接至所述I/O板160。所述I/O板160包括斷路檢測電路。所述斷路檢測電路包括在每一預定周期內向每一熱電偶絲121a到123a以及121b到123b施加電壓的電源。在熱電偶絲121a到123a以及121b到123b之一斷路時，將導致因輸入部分實施充電而使所施加的電壓極大提高的現象(燒壞)，由此所述斷路檢測電路將檢測到斷路。分別將測量對象部分的溫度經由護套131傳輸至熱電偶121至123的熱接點。這時，熱電偶121到123反復遭受快速的溫度變化。熱電偶121到123因受到應力作用而逐漸劣化，最終斷路(斷掉)，所述應力是由反復的膨脹和收縮引起的。 例如，在檢測到熱電偶絲122a的斷路時，工廠維護人員拆除終端盒142內與發生斷路的熱電偶絲122a的連接。將與熱電偶絲122a成對設置的熱電偶絲122b連接至終端盒142內的補償引線152 (圖3中以虛線表示)。因此，將更換的熱電偶絲122b的熱電動勢發送至所述I/O板160。在每一單絲熱電偶中，將一條熱電偶絲(例如，熱電偶絲121a到123a中的每者)安放到每一護套131到133內，在采用單絲熱電偶，并且熱電偶絲121a到123a之一發生斷路的情況下，需要新的熱電偶用作熱電偶絲121a到123a中發生斷路的一條的替代。因而，在采用單絲熱電偶時，在發生斷路時需要更換工作和更換成本。另一方面，在圖3所示的采用雙絲熱電偶121到123的情況下，能夠通過簡單的改變終端盒141到143內的連接的工作交換發生斷路的熱電偶絲。也就是說，在熱電偶121到123的異常檢測系統101中，主要考慮熱電偶絲的斷路提供了熱電偶對121到123(雙絲熱電偶)。這里，在實際的工廠內，安裝了大量的(例如100到300個)雙絲熱電偶121到123。出于這一原因，考慮到安裝工作和成本，將來自雙絲熱電偶121到123的熱電偶絲121a到123a以及熱電偶絲121b到123b的熱電動勢都輸入到監測和控制設備111內是不切實際的。具體而言，當在作為比較實例的熱電偶異常檢測系統101中，將來自雙絲熱電偶121到123的熱電偶絲121a到123a以及熱電偶絲121b到123b的熱電動勢都輸入到I/O板160中的情況下，每一熱電偶絲121a到123a以及121b到123b中的每者都需要補償引線對151到153。也就是說，所需的補償引線151到153的數量將加倍，從而導致安裝工作和成本的提聞。此外，在補償引線151到153的數量加倍時，I/O板160的輸入點的數量也加倍。此外，為了將所述熱電動勢輸入到監測和控制設備111內，需要A/D轉換過程等將模擬電壓信號轉換成數字信號，從而增加了監測和控制設備111的工作負荷。另一方面，根據第一實施例的熱電偶異常檢測系統I采用將熱電偶21到23生成的熱電動勢轉換為傳輸信號，之后將所述傳輸信號發送給監測和控制設備11的現場傳輸。因而，熱電偶21到23的異常檢測系統I能夠在有效地利用雙絲熱電偶21到23的優點的同時適當地檢測熱電偶21到23的異常。也就是說，由雙絲熱電偶21到23中的每者的測量結果有可能在每一熱電偶發生斷路之前的所述過程的早期階段確實地檢測到每一熱電偶的劣化。在熱電偶異常檢測系統I中，只將傳輸線纜12a用作連接至異常檢測電路60 (監測和控制設備11)的傳輸線纜，并且通過傳輸線纜12a傳輸傳輸信號P。由此，與異常檢測系統101的比較實例中需要與熱電偶絲121a到123a以及121b到123b的數量對應的長線纜(補償引線151到153)的情況相比，能夠降低敷設線纜所需的勞動力、時間和成本。在異常檢測系統I中，利用現場傳輸技術將作為數字信號的傳輸信號P發送至監測和控制設備11。由此，降低了監測和控制設備11執行的諸如A/D轉換處理的算術運算的負擔。與傳輸線纜12a相比較，用于連接于每一熱電偶對21到23的熱電偶絲21a到23a以及21b到23b之間的以及用于連接于彼此相鄰的熱電偶對21到23的熱電偶絲21a到23a以及21b到23b之間的傳輸線纜12b到12f都是非常短的線纜。出于這一原因，異常檢測系統I也是有效的，因為降低了線纜安裝的負擔和成本。 也就是說，與常規熱電偶異常檢測系統相比，根據第一實施例的熱電偶異常檢測系統能夠減少溫度測量系統的安裝工作和成本。此外，通過容納在同一護套內的一對熱電偶絲(雙絲熱電偶)能夠獲得處于非常近的位置上的溫度測量結果。出于這一原因，與從兩個單絲熱電偶單獨獲得兩個溫度測量結果的情況相比，異常檢測系統I不存在取決于熱電偶絲位置的溫度測量誤差。因此，異常檢測系統I能夠以充分高的準確度執行異常檢測。注意，如圖4所示，可以在每一熱電偶對21到23內提供每一 A/D轉換器241到243以及每一適配器251到253。此外，可以通過繼電器單元263將熱電偶23連接至A/D轉換器243。此外，異常檢測電路260 (監測和控制設備211)可以通過兩條傳輸線纜212a和212d (第二連接單元)接收傳輸信號。此外，從保護其不受周圍環境影響的角度出發可以將傳輸線纜212b和212c容納到外殼280內。在下文中，將參考附圖對細節進行描述。圖4是示出了根據第一實施例的熱電偶異常檢測系統的變型的配置的圖示。采用相同的數字和字母表示與根據第一實施例的熱電偶異常檢測系統I的部分對應的部分，并且將省略對所述部分的說明。異常檢測系統201包括主要在工廠2內設置的溫度測量系統210、在(例如)工廠2以外設置的監測和控制設備211以及用于將所述溫度測量系統210連接至所述監測和控制設備211的傳輸線纜212a到212d。由于A/D轉換器241到243具有幾乎相同的配置，并且由于適配器251到253也具有幾乎相同的配置，因而將只描述A/D轉換器241和適配器251，將省略對其他A/D轉換器242、243以及其他適配器252和253的描述。設置熱電偶絲21a和21b共有的A/D轉換器241。A/D轉換器241將熱電偶絲21a和21b生成的熱電動勢A/D轉換為傳輸信號，并輸出所述傳輸信號。適配器251 (傳輸單兀)將所述A/D轉換器241發送的傳輸信號分別傳輸至傳輸線纜212a和212b。將熱電偶23的熱電偶絲23a和23b連接至在冷接點處設置的起著繼電器單元的作用的終端盒263。將終端盒263配置為使其能夠安裝到高溫環境內。終端盒263將熱電偶23連接至補償引線273a和273b。終端盒263將熱電偶23生成的熱電動勢(小熱電動勢)供應給補償引線273a和273b (第三連接單元)。補償引線273a和273b將所述熱電動勢供應給A/D轉換器243。例如，傳輸線纜212a到212d為光纜,其將適配器251到253發送的傳輸信號傳輸至監測和控制設備211。傳輸線纜212a將在熱電偶21處設置的適配器251連接至監測和控制設備211。傳輸線纜212b將在熱電偶21處設置的適配器251連接至在熱電偶22處設置的適配器252。傳輸線纜212c將在熱電偶22處設置的適配器252連接至在熱電偶23處設置的適配器253。傳輸線纜212d將在熱電偶23處設置的適配器253連接至監測和控制設備211。也就是說，作為第二連接單元的傳輸線纜212a和212d分別將熱電偶21和23(適配器251和253)連接至監測和控制設備211 (異常檢測電路260)。作為第一連接單元的傳輸線纜212b和212c分別連接于多個彼此相鄰的熱電偶21到23 (適配器251到253)之 間。通過使彼此相鄰的熱電偶21到23 (適配器251到253)串聯連接的布線系統(所謂的菊花鏈系統)連接傳輸線纜212a到212d。適配器251到253將傳輸信號分別傳輸至分別連接至適配器251到253的傳輸線纜212a到212d。通過所需的傳輸線纜212b和212c依次傳輸相應的傳輸信號，最后收集所述傳輸信號并將其作為傳輸信號P和P,通過傳輸線纜212a和212d傳輸至監測和控制設備211。外殼280 (外殼單元)是由(例如)鐵或FRP (纖維強化塑料)構成的具有封閉特性的外殼。在將外殼280安裝到高處的情況下，外殼280優選由FRP構成，從而減輕其重量。外殼280具有對應于容納在外殼280內的熱電偶21到23的數量的尺寸。外殼280容納了傳輸線纜212a到212d (傳輸線纜212a和212d的部分)、A/D轉換器241到243、適配器251到253、將熱電偶21和22連接至所述A/D轉換器241和242的冷接點以及將A/D轉換器243連接至補償引線273a和273b的連接點。將傳輸線纜212a和212d、熱電偶21和22以及補償引線273a和273b設置為穿過外殼280。外殼280具有所需的保護特性，其能夠保護安裝在外殼280內的設備不受(例如)熱水、蒸汽以及在溫度測量區域的周圍環境中產生的氣體的影響，以及保護其不受人為活動的影響。注意，將外殼280設置為保護傳輸線纜不受周圍環境影響，因而只要求其至少容納傳輸線纜212a到212d。監測和控制設備211包括異常檢測電路260。異常檢測電路260的配置與圖2所示的異常檢測電路60的配置基本相同，只是從兩個傳輸信號P和P'取得了相應的傳輸信號pla到p3a以及plb到p3b，因而將省略對異常檢測電路260的描述和圖示。在熱電偶異常檢測系統201中，為每一熱電偶對21到23設置每一 A/D轉換器241到243以及每一適配器251到253。熱電偶異常檢測系統201能夠減少A/D轉換器241到243的數量以及適配器251到253的數量，并且能夠提高安裝工作的效率和經濟效益。此外，在熱電偶異常檢測系統201中，傳輸線纜212a和212d復制了傳輸信號的傳輸路由。例如，即使在傳輸線纜212a斷路時，傳輸信號P'也將通過傳輸線纜212d傳輸至監測和控制設備211。因此，能夠提高熱電偶異常檢測系統201的可靠性。此外，熱電偶的安裝地點附近的環境為高溫惡劣環境。根據周圍環境，將存在無法在熱電偶的冷接點處布置電子裝置，即A/D變換器和適配器的情況。
在處于這樣的環境下的熱電偶異常檢測系統201中，將能夠安裝到高溫環境內的終端盒263和補償引線273a和273b安裝到熱電偶的熱接點處。將熱電偶23通過終端盒263以及補償引線273a和273b連接至A/D轉換器243和適配器253。可以將A/D轉換器243和適應253安裝到遠離高溫環境的位置(場所)，因而能夠在不受熱電偶的安裝環境影響的情況下適當地執行溫度測量和熱電偶的異常檢測。此外，熱電偶異常檢測系統201包括外殼280，由此能夠適當地保護A/D轉換器241到243、適配器251到253以及傳輸線纜212a到212d不受惡劣的周圍環境以及人為活動的影響。因此，熱電偶異常檢測系統201能夠進一步提高可靠性。注意，A/D轉換器241到243中的每者還具有軟件程序，所述軟件程序具有用于執行A/D轉換處理的計算功能，因而所述轉換器可以通過擴展和利用所述計算功能而具備相當于異常檢測電路260的功能的功能。也就是說，可以在每一 A/D轉換器241到243中提供一種電路，該電路通過對從每一熱電偶對21到23獲得的傳輸信號進行相互比較而確定每一熱電偶對21到23的異常檢測結果。 但是，在A/D轉換器241到243中設置異常檢測功能的異常檢測方法無法檢測到(例如)傳輸信號由于適配器251到253中導致的故障或者由于傳輸線纜212a到212d中導致的故障而無法得到正確地分配和傳輸。也就是說，由于提供傳輸信號的目的在于實施在監測和控制設備211中執行的監測和控制，因而優選采用監測和控制設備211接收到的傳輸信號執行異常檢測。從這樣的角度出發，還優選在監測和控制設備211中提供異常檢測電路。[第二實施例]將參考附圖描述根據本發明的第二實施例的熱電偶異常檢測系統及其檢測方法。圖5是根據本發明的熱電偶異常檢測系統的第二實施例的圖示。采用相同的數字和字母表示與根據第一實施例的熱電偶異常檢測系統I相同的配置和部分，并且將省略對所述配置和部分的說明。第二實施例的熱電偶異常檢測系統301與第一實施例的不同之處在于，通過不同的傳輸路由將每一熱電偶對21到23中生成的每一傳輸信號傳輸至監測和控制設備311。所述異常檢測系統301包括主要在工廠2內設置的溫度測量系統310、在(例如)工廠2以外設置的監測和控制設備311以及用于將所述溫度測量系統310連接至所述監測和控制設備311的傳輸電纜312a到312f。例如，所述傳輸電纜312a到312f為光纜，其分別將適配器351a到353a以及351b到353b發送的傳輸信號傳輸至所述監測和控制設備311。傳輸線纜312b和312c (第一連接單元)分別連接于作為第一熱電偶絲的熱電偶絲21a到23a之間(連接至所述第一熱電偶絲的一組適配器351a到353a之間)，所述熱電偶絲21a到23a分別設置于熱電偶對21到23內。傳輸線纜312a (第二連接單元)將熱電偶絲21a (適配器351a)連接至監測和控制設備311 (異常檢測電路360)。適配器351a是連接至第一熱電偶絲的一組適配器351a到353a中的一個。具體而言，傳輸線纜312b連接于熱電偶對21的熱電偶絲21a和熱電偶對22的熱電偶絲22a之間(適配器351a和352a之間)。具體而言，傳輸線纜312c連接于熱電偶對22的熱電偶絲22a和熱電偶對23的熱電偶絲23a之間(適配器352a和353a之間)。
傳輸線纜312e和312f (第一連接單元)分別連接于作為第二熱電偶絲的熱電偶絲21b到23b之間(連接至所述第二熱電偶絲的一組適配器351b到353b之間)，所述熱電偶絲21b到23b分別設置于熱電偶對21到23內。傳輸線纜312d (第二連接單元)將熱電偶絲23b (適配器353b)連接至監測和控制設備311 (異常檢測電路360)。適配器353b是連接至第二熱電偶絲的一組適配器351b到353b中的一個。具體而言，傳輸線纜312e連接于熱電偶對22的熱電偶絲22b和熱電偶對23的熱電偶絲23b之間(適配器352b和353b之間)。傳輸線纜312f連接于熱電偶對21的熱電偶絲21b和熱電偶對22的熱電偶絲22b之間(適配器351b和352b之間)。
通過使彼此相鄰的熱電偶21到23 (適配器351a到353a以及351b到353b)串聯的布線系統(所謂的菊花鏈系統)連接傳輸線纜312a到312f。通過所需的傳輸線纜312b和312c依次傳輸每一適配器352a和353a發送的傳輸信號,從而將其傳輸至適配器351a。最終，收集到相應的傳輸信號，并將其作為傳輸信號Pl通過傳輸線纜312a傳輸至監測和控制設備311。通過所需的傳輸線纜312f和312e依次傳輸每一適配器351b和352b發送的傳輸信號，從而將其傳輸至適配器353b。最終，收集到相應的傳輸信號，并將其作為傳輸信號P2通過傳輸線纜312d傳輸至監測和控制設備311。圖6是示出了在監測和控制設備311內設置的異常檢測電路360的內部配置的圖示；注意，向其內輸入所述的一組信號pla和plb的電路與分別向其內輸入另外一組信號p2a和p2b以及另外一組信號p3a和p3b的電路幾乎相同，因而，將省略對分別向其內輸入另外一組信號p2a和p2b以及另外一組信號p3a和p3b的電路的圖不和描述。在異常檢測電路360中，從通過傳輸線纜312a設置的傳輸信號Pl中取得分別由熱電偶絲21a到23a (第一熱電偶絲)輸出的傳輸信號pla到p3a，并將其分別供應至減法器61。在異常檢測電路360中，從通過傳輸線纜312d供應的傳輸信號P2中取得分別由熱電偶絲21b到21b (第二熱電偶絲)輸出的傳輸信號plb到p3b，并將其分別供應至減法器61。由于對輸入到每一減法器61的傳輸信號應用的處理與第一實施例幾乎相同，因而這里將省略對所述處理的描述。將傳輸信號pla和plb供應至減法器61，同時將其供應至開關選擇器361。在開關選擇器361中，在從熱電偶絲21a (第一熱電偶絲)獲得的傳輸信號pla和從熱電偶絲21b(第二熱電偶絲)獲得的傳輸信號Plb之間切換輸入到PID控制計算器381內的傳輸信號。開關選擇器361輸出選擇的傳輸信號作為PV值kl。例如，開關選擇器361由工廠維護人員進行操作。設置裝置371具有預先設置的SV值jl。設置裝置371將所述SV值jl輸入到所述PID控制計算器381內。PID控制計算器381 (控制單元)是用于執行對在工廠2內設置的作為控制對象的溫度調節閥的驅動和控制的PID控制器。PID控制計算器381基于所述PV值kl和SV值j I獲取用于控制溫度調節閥的MV值nl。接下來將描述熱電偶異常檢測系統301的效果。
采用在正常操作過程中由熱電偶21到23獲得的溫度信息檢測熱電偶21到23的異常，同時將所述信息用于溫度調節閥的控制。例如，當在熱電偶21中引起某種異常時，以及在異常檢測電路360發出異常信號hi時，工廠維護人員將執行參考傳輸信號pla和傳輸信號plb的趨勢圖的操作，由此確定導致所述異常的熱電偶。例如，開關選擇器361在工廠維護人員的操作的基礎上在所述傳輸信號之間切換，從而選擇從被確認為正常的熱電偶絲獲得的傳輸信號作為PV值kl。在根據第二實施例的熱電偶異常檢測系統301中，設置兩條連接至監測和控制設備311的傳輸線纜。因而，即使在一條傳輸線纜斷開時，能夠通過另外一條傳輸線纜可靠地獲取傳輸信號。也就是說，在熱電偶異常檢測系統301中，使通過其傳輸熱電偶絲21a到23a (第一熱電偶絲)的傳輸信號的現場傳輸路由(包括A/D轉換器341a到343a、適配器351a到 353a以及傳輸線纜312a到312c)以及通過其傳輸熱電偶絲21b到23b的傳輸信號的現場傳輸路由(包括A/D轉換器341b到、適配器351b到353b以及傳輸線纜312d到312f)完全分離并且彼此無關。由此熱電偶異常檢測系統301不僅能夠確實地檢測到熱電偶21到23自身的異常，還能夠檢測到所述現場傳輸路由的異常。例如，在圖3所示的異常檢測系統101中，在熱電偶121到123之一劣化并最終斷開之后，將檢測到熱電偶121到123中的那個的異常。另一方面，能夠在熱電偶21到23中的一個完全斷開之前的階段檢測到熱電偶21到23中的這一熱電偶的異常，因而能夠獲得更加正常、可靠的溫度信息。因此，在熱電偶異常檢測系統301中，能夠將從熱電偶21到23獲得的溫度信息用于溫度調節閥等的控制。此外，例如，當在圖3所示的異常檢測系統101中檢測到斷路之后，工廠維護人員來到測量區域，并執行改變終端盒141到143中的連接的工作。此外，在所述工作過程中將中斷溫度調節閥的正常控制。另一方面，在熱電偶異常檢測系統301中，一旦在出現斷路之前的階段認識到熱電偶21到23的劣化，就在監測和控制設備311內對所述傳輸信號進行切換。因此，熱電偶異常檢測系統301能夠實現高工作效率。注意，增加了一條連接至監測和控制設備311的傳輸線纜312d，其導致了成本的增加。但是，在安裝大量熱電偶時，能夠抵消成本的增加，因而熱電偶異常檢測系統301能夠確實地檢測到異常的優越性。這里，將參考附圖描述將根據第二實施例的傳輸線纜連接技術應用于設置大量熱電偶的情況的效果。圖7A是示出了在設置很多熱電偶的情況下根據第二實施例的熱電偶異常檢測系統401的配置的圖示。圖7B是示出了作為圖7A所示的熱電偶異常檢測系統的比較實例的熱電偶異常檢測系統501的配置的圖示。異常檢測系統401主要包括溫度測量系統410、監測和控制設備411以及用于將溫度測量系統410連接至監測和控制設備411的傳輸線纜412a和412b。異常檢測系統501主要包括溫度測量系統510、監測和控制設備511以及用于將溫度測量系統510連接至監測和控制設備511的傳輸線纜512a和512b。在所述菊花鏈系統中，所述傳輸線纜允許的傳輸能力受到技術因素的限制。所述傳輸線纜具有最大數量的可連接熱電偶對(熱電偶)。例如，所述的熱電偶的最大數量大約為幾十到幾百。在圖7A和圖7B中，為了描述方便假設可連接熱電偶的最大數量為六(十二條熱電偶絲)。在通過菊花鏈系統連接六個或更多熱電偶的情況下，一組傳輸線纜無法將超過所述可連接熱電偶的最大數量的熱電偶與監測和控制設備連接起來。也就是說，在簡單地連接彼此相鄰的熱電偶絲的情況下，有必要額外增加一組傳輸線纜，如圖7B所示。另一方面，在采用按照圖5所示的第二實施例描述的傳輸線纜312a到312f的連接配置時，增加了用于連接彼此相鄰的熱電偶絲的短傳輸線纜的數量，但是所需的將適配器(熱電偶)連接至監測和控制設備411的長傳輸線纜412a和412b的數量是一樣的。因而，在設置超過可連接熱電偶的最大數量的熱電偶的情況下，根據第二實施例 的熱電偶異常檢測系統301將具有高可靠性，而不會導致設施成本的提高。[第三實施例]將參考附圖描述根據本發明的熱電偶異常檢測系統及其檢測方法的第三實施例。圖8是示出了根據本發明的熱電偶異常檢測系統的第三實施例的圖示。采用相同的數字和字母表示與根據第一和第二實施例的熱電偶異常檢測系統對應的配置和部分，并且將省略對所述配置和部分的說明。根據第三實施例的熱電偶異常檢測系統601與第一和第二實施例的不同之處在于，每一熱電偶621到623是所謂的三絲熱電偶，其具有熱電偶絲621a到623a中的每者、熱電偶絲621b到623b中的每者以及熱電偶絲621c到623c中的每者。所述異常檢測系統601包括主要在工廠2內設置的溫度測量系統610、在(例如)工廠2以外設置的監測和控制設備611以及用于將所述溫度測量系統610連接至所述監測和控制設備611的傳輸電纜612a到612c。在工廠2內設置數量為(例如)100到300個的熱電偶621到623 (例如，在總體上設置了 500個儀器傳感器時)。在第三實施例中，為了方便描述示出了三個熱電偶621到623。在諸如設備安裝部位區域的預定測量區域內設置每一熱電偶621到623。由于熱電偶621到622具有幾乎相同的配置，因而將只描述熱電偶621，并省略對熱電偶622的描述。熱電偶621包括熱電偶絲621a (第一熱電偶)、熱電偶絲621b (第二熱電偶)以及熱電偶絲621c (第三熱電偶)。熱電偶621容納在護套631內。護套631具有圓柱形狀，并且具有由耐熱合金構成的外層，以保護容納于其內的熱電偶絲621a到621c。在護套631中，固定每一熱電偶絲621a到621c，并通過諸如氧化鎂的填充物使其絕緣。每一熱電偶絲621a到621c在其頂端部分具有作為測量部位的熱接點，在與所述測量部位相反的端部具有冷接點(頭部)。在熱電偶絲621a到621c的冷接點處按順序設置A/D轉換器641和適配器651。設置熱電偶絲621a到621c共有的A/D轉換器641。A/D轉換器641將熱電偶絲621a到621c生成的熱電動勢A/D轉換為傳輸信號，并輸出所述傳輸信號。適配器651 (傳輸單兀)將傳輸信號從所述A/D轉換器641傳輸至傳輸線纜612a。
熱電偶623包括熱電偶絲623a (第一熱電偶)、熱電偶絲623b (第二熱電偶)以及熱電偶絲623c (第三熱電偶)。熱電偶623容納在護套633內。在熱電偶絲623a到623c的冷接點處按順序設置轉換器673、硬線纜683a到683c、A/D轉換器643和適配器653。通過硬線纜683a到683c將轉換器673連接至A/D轉換器643。轉換器673 (電流信號轉換單元)將熱電偶623生成的熱電動勢(小熱電動勢)轉換成4到20mA的電流信號(或者I到5V的電壓信號)，并輸出所述信號。將所述電流信號(電壓信號)分別通過硬線纜683a到683c傳輸至A/D轉換器643。所述硬線纜688a到683c具有所需的剛度和/或彈性。A/D轉換器643 (傳輸信號轉換單兀)將所發送的熱電動勢A/D轉換成傳輸信號，并輸出所述傳輸信號。適配器653 (傳輸信號轉換單兀)將A/D轉換器643發送的傳輸信號傳輸至傳輸線纜612c。
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例如，傳輸線纜612a到612c為光纜,其將適配器651到653發送的傳輸信號傳輸至監測和控制設備611。傳輸線纜612a將熱電偶621 (適配器651)連接至監測和控制設備611。傳輸線纜612b將熱電偶621 (適配器651)連接至熱電偶622 (適配器652)。傳輸線纜612c將熱電偶622 (適配器652)連接至熱電偶623 (適配器653)。也就是說，作為第二連接單元的傳輸線纜612a將熱電偶621 (適配器651)連接至監測和控制設備611 (異常檢測電路660)。作為第一連接單元的傳輸線纜612b和612c分別連接于多個彼此相鄰的熱電偶621到623 (適配器651到653)之間。通過使彼此相鄰的熱電偶621到623 (適配器651到653)串聯的布線系統(所謂的菊花鏈系統)連接傳輸線纜612a到612c。通過所需的傳輸線纜612b和612c依次傳輸每一適配器652和653發送的傳輸信號,從而將其傳輸至適配器651。最終,收集到相應的傳輸信號，并將其作為傳輸信號P通過傳輸線纜612a傳輸至監測和控制設備611。監測和控制設備611基于熱電偶621到623測量的通過現場傳輸發送的傳輸信號監測測量值。監測和控制設備611包括異常檢測電路660。圖9是在監測和控制設備611內設置的異常檢測電路660的內部配置的圖示。注意，向其內輸入信號PIa到pic的電路與向其內輸入其他信號p2a到p2c以及向其內輸入其他信號P3a到p3c的電路基本相同因而將省略對向其內輸入其他信號p2a到p2c以及p3a到p3c的電路的描述和圖示。在異常檢測電路660中，從通過傳輸線纜612a供應的傳輸信號P取得由熱電偶絲621a到621c輸出的傳輸信號pla到p3a，并將其供應至最大值選擇器661、最小值選擇器671和中間值選擇器681。最大值選擇器661選擇傳輸信號pla到pic的最大值,并輸出最大值rl。最小值選擇器671選擇傳輸信號pla到pic的最小值,并輸出最小值si。減法器61通過在最大值rl和最小值si之間執行減法處理計算出偏差el。絕對值轉換器71通過轉換偏差el的絕對值計算出絕對偏差fl。比較器81將絕對偏差fl與預先設定的閾值α進行比較。在絕對偏差fl大于閾值α時，比較器81輸出輸出gl。當在預定時間周期(例如15秒)內持續輸出輸出gl時計時器91發出異常信號hi。
也就是說，異常檢測電路660對從熱電偶絲621a (第一熱電偶絲)獲得的傳輸信號與從熱電偶絲621c (第三熱電偶絲)獲得的傳輸信號進行相互比較，并在相應的傳輸信號之間的差大于預定值時檢測到熱電偶621異常。中間值選擇器681 (中間值選擇單元)選擇傳輸信號pla到pic的中間值kl。將中間值kl輸入到PID控制計算器381內。設置裝置371具有預先設置的SV值jl。設置裝置371將所述SV值jl輸入到所述PID控制計算器381內。所述PID控制計算器381基于所述PV值kl和SV值jl控制溫度調節閥。也就是說，PID控制計算器381利用中間值選擇器681選擇的所述傳輸信號的中間值獲取用于控制溫度調節閥的MV值nl。根據第三實施例的熱電偶異常檢測系統601能夠從每一熱電偶621到623獲取三個傳輸信號，每一熱電偶621到623分別設有三熱電偶絲組621a到623a、三熱電偶絲組 621b到623b以及三熱電偶絲組621c到623c，并且所述熱電偶異常檢測系統601能夠采用所獲取的傳輸信號檢測熱電偶621到623的異常。異常檢測系統601對每一熱電偶的三個傳輸信號進行相互比較。由此，異常檢測系統601能夠在發生斷路之前的階段基于所述三個傳輸信號之間的差異確實地檢測到每一熱電偶的劣化。異常檢測系統601從所述三個傳輸信號的值中選擇中間值，并采用所述中間值控制溫度調節閥等。由此，異常檢測系統601能夠選擇并提供正常值作為用于實施控制的溫度 目息。盡管上文已經描述了本發明的幾個實施例，但是只是通過舉例的方式給出了這些實施例，其并非旨在限制本發明的范圍。實際上可以通過各種其他形式體現文中描述的新穎實施例；此外，在不背離本發明的精神的情況下可以做出各種具有文中描述的實施例的形式的省略、替代和變化。所附權利要求及其等同要件用于覆蓋這樣的落在本發明的精神和范圍內的形式或修改。
權利要求
1.一種熱電偶異常檢測系統，包括 多個熱電偶，每一熱電偶包括容納在護套內的多條熱電偶絲； 傳輸信號轉換單元，被配置為將所述多條熱電偶絲中的每一條熱電偶絲生成的熱電動勢轉換成傳輸信號，并輸出所述傳輸信號； 傳輸單元，被配置為傳輸從所述傳輸信號轉換單元輸出的所述傳輸信號；以及異常檢測電路，被配置為通過對從每一熱電偶中設置的所述多條熱電偶絲獲得的所述傳輸信號進行相互比較來檢測所述多個熱電偶中的每一熱電偶的異常。
2.根據權利要求I所述的熱電偶異常檢測系統， 其中，所述傳輸單元包括多個傳輸單元， 還包括 第一連接單元，被配置為連接于所述多個傳輸單元之間；以及 至少一個第二連接單元，被配置為將所述多個傳輸單元之一連接至所述異常檢測電路， 其中，所述多個傳輸單元中的每一傳輸單元通過所述第一連接單元將所述傳輸信號傳輸至與所述第二連接單元連接的傳輸單元，從而使所述傳輸信號通過所述第二連接單元傳輸至所述異常檢測電路。
3.根據權利要求2所述的熱電偶異常檢測系統， 其中，所述多條熱電偶絲為第一熱電偶絲和第二熱電偶絲； 所述第一連接單元被配置為連接于與所述多個熱電偶中的每一熱電偶的所述第一熱電偶絲連接的一組傳輸單元之間，并且被配置為連接于與所述多個熱電偶中的每一熱電偶的第二熱電偶絲連接的一組傳輸單元之間； 所述第二連接單元被配置為將與所述第一熱電偶絲連接的所述一組傳輸單元中的一個連接至所述異常檢測電路，并且被配置為將與所述第二熱電偶絲連接的所述一組傳輸單元中的一個連接至所述異常檢測電路。
4.根據權利要求I所述的熱電偶異常檢測系統，還包括 控制單元，被配置為采用所述傳輸信號對控制對象進行控制；以及切換單元，被配置為在由所述熱電偶中設置的所述多條熱電偶絲獲得的多個傳輸信號之間切換輸入到所述控制單元內的傳輸信號。
5.根據權利要求I所述的熱電偶異常檢測系統，其中，所述多條熱電偶絲為第一熱電偶絲、第二熱電偶絲和第三熱電偶絲。
6.根據權利要求5所述的熱電偶異常檢測系統，其中，所述異常檢測電路被配置為對從所述第一熱電偶絲、第二熱電偶絲和第三熱電偶絲獲得的傳輸信號進行相互比較，并且被配置為在相應的傳輸信號之間的差大于預定值時檢測到所述熱電偶的異常。
7.根據權利要求6所述的熱電偶異常檢測系統，還包括 中間值選擇單元，被配置為選擇從所述第一熱電偶絲、第二熱電偶絲、第三熱電偶絲獲得的傳輸信號的中間值；以及 控制單元，配置為采用所述傳輸信號的所述中間值對控制對象進行控制。
8.根據權利要求I所述的熱電偶異常檢測系統，其中，設置所述多條熱電偶絲共有的所述傳輸信號轉換單元，所述多條熱電偶絲設置在所述多個熱電偶中的每一熱電偶中。
9.根據權利要求I所述的熱電偶異常檢測系統，其中，設置所述多條熱電偶絲共有的所述傳輸單元，所述多條熱電偶絲設置在所述多個熱電偶中的每一熱電偶中。
10.根據權利要求I所述的熱電偶異常檢測系統，還包括 繼電器單元，連接至所述多條熱電偶絲中的每一條熱電偶絲；以及 第三連接單元，被配置為將所述繼電器單元連接至所述傳輸信號轉換單元。
11.根據權利要求10所述的熱電偶異常檢測系統，其中 所述第三連接單元為補償引線，并且 所述繼電器單元是被配置為將所述熱電動勢供應至所述補償引線的繼電器設備。
12.根據權利要求10所述的熱電偶異常檢測系統，其中 所述繼電器單元是被配置為將所述多個熱電偶中的每一熱電偶生成的熱電動勢轉換成電流信號或電壓信號的電流信號轉換單元；并且 所述第三連接單元是被配置為將所述電流信號或所述電壓信號傳輸至所述傳輸信號轉換單元的線纜。
13.根據權利要求2所述的熱電偶異常檢測系統，還包括被配置為至少容納所述第一連接單元和所述第二連接單元的外殼單元。
14.一種熱電偶異常檢測方法，包括 制備多個熱電偶，每一熱電偶包括容納在護套內的多條熱電偶絲； 將所述多條熱電偶絲中的每一條熱電偶絲生成的熱電動勢轉換成傳輸信號，并輸出所述傳輸信號； 傳輸所輸出的傳輸信號；以及 通過對從每一熱電偶中設置的所述多條熱電偶絲獲得的所述傳輸信號進行相互比較來檢測所述多個熱電偶中的每一熱電偶的異常。
全文摘要
根據一個實施例，一種熱電偶異常檢測系統包括多個熱電偶，每一熱電偶包括容納在護套內的多條熱電偶絲；傳輸信號轉換單元，被配置為將所述多條熱電偶絲中的每一條熱電偶絲生成的熱電動勢轉換成傳輸信號，并輸出所述傳輸信號；傳輸單元，被配置為傳輸所述傳輸信號轉換單元輸出的傳輸信號；以及異常檢測電路，被配置為通過對從每一熱電偶中設置的多條熱電偶絲獲得的傳輸信號進行相互比較來檢測所述多個熱電偶中的每一熱電偶的異常。
文檔編號G01K15/00GK102901586SQ20121026039
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月25日 優先權日2011年7月25日
發明者當房昌幸, 江藤祐馬, 福井守, 諸星升, 山地茂 申請人:株式會社東芝, 東芝設備系統和服務公司