专利名称：热电偶异常检测系统及其检测方法
技术领域：
本发明的实施例涉及工厂中使用的热电偶异常检测系统及其检测方法。
背景技术：
在工厂中提供热电偶，并将由热电偶获得的温度信息用作评估工厂性能的指 标。将热电偶生成的热电动势输入到监测和控制设备中，从而将其用于温度监测和温度控制。在温度变化引起的反复膨胀和收缩导致的应力作用下，热电偶逐渐劣化。热电偶设有用于检测其劣化的系统。在所述系统检测到热电偶的劣化时，工厂维护人员将采取诸如更换热电偶的措施。作为常规检测系统的一个例子，已知一种设有两个热电偶，即工作热电偶和备用热电偶的检测系统。所述常规检测系统的优点在于，可以通过监测两个热电偶的检测信号之间的差异来监测备用侧热电偶的异常。
在附图中图I是示出了根据本发明的热电偶异常检测系统的第一实施例的配置的图示；图2是示出了在监测和控制设备内设置的异常检测电路的内部配置的图示；图3是示出了作为根据第一实施例的热电偶异常检测系统的比较实例的异常检测系统的图示；图4是示出了根据第一实施例的热电偶异常检测系统的变型的配置的图示；图5是根据本发明的热电偶异常检测系统的第二实施例的图示；图6是示出了在监测和控制设备内设置的异常检测电路的内部配置的图示；图7A是示出了在设置很多热电偶的情况下根据第二实施例的热电偶异常检测系统的配置的图示；图7B是示出了作为图7A所示的热电偶异常检测系统的比较实例的热电偶异常检测系统的配置的图示；图8是示出了根据本发明的热电偶异常检测系统的第三实施例的图示；图9是在监测和控制设备中设置的异常检测电路的内部配置的图示。
具体实施例方式将参考附图描述根据本发明的热电偶异常检测系统及其检测方法的实施例。在一些工厂中可能设置了大量的(例如100到300个)热电偶。在除了工作的热电偶之外还提供了大量的备用热电偶的情况下，除了 100到300个热电偶之外，还要额外提供100到300个备用热电偶。这显著提高了安装热电偶所需的施工工作量和安装成本。此外，为了从每一热电偶向监测和控制设备发送检测信号，必须对热电偶进行扩展，或者安装线缆，以传输由热电偶的热电动势转换成的电信号。因而，实际上不可能安装数量如此庞大的热电偶。考虑到上述情况完成了根据本发明的 实施例。根据本发明的实施例的目的在于提供一种能够适当地检测热电偶的异常的热电偶异常检测系统及其检测方法。根据本发明可以通过提供一种热电偶异常检测系统实现这一目的以及其他目的，所述系统包括多个热电偶，每一热电偶包括安放到护套内的多个热电偶丝；传输信号转换单元，被配置成将所述多个热电偶丝中的每者生成的热电动势转换成传输信号，并输出所述传输信号；传输单兀，被配置成对所述传输信号转换单兀输出的传输信号进行传输；以及异常检测电路，被配置成通过对由每一热电偶中设置的多条热电偶丝获得的传输信号进行相互比较来检测所述多个热电偶中的每者的异常的。[第一实施例]将参考附图描述根据本发明的热电偶异常检测系统及其检测方法的第一实施例。图I是示出了根据本发明的热电偶异常检测系统的第一实施例的配置的图示。在诸如火力发电厂、核发电厂、化工厂以及各种制造厂的工厂内设置根据第一实施例的热电偶异常检测系统(异常检测系统)I。所述异常检测系统I包括主要在工厂2内设置的温度测量系统10、在(例如)工厂2以外设置的监测和控制设备11以及用于将所述温度测量系统10连接至所述监测和控制设备11的传输线缆12a到12f。例如，在工厂2中设置了 100到300个热电偶对(例如，在总体上设置了 500个仪器传感器时)。在第一实施例中，为了描述方便示出了三个热电偶对21到23。在预定的测量区域内，例如，在设备安装部位区域设置每一热电偶对21到23。所述设备安装部位区域是工厂2内的区域，在所述区域内布置了诸如泵、风扇、涡轮、阀门的设备设施以及管道。所述设备安装部位区域也是工厂2内的区域，在所述区域内尤其集中地布置了主要设备设施。注意，所述设备安装部位区域并未与其他区域明显隔开，所述设备设施等的部分也可能安装在另一区域内。由于热电偶对21到23具有几乎相同的配置，因而将只描述热电偶对21，将省略对另外两个热电偶对22和23的描述。热电偶对21包括热电偶丝21a (第一热电偶)和热电偶丝21b (第二热电偶)。热电偶对21 (所谓的二丝热电偶)安放在护套31内。护套31具有圆柱形状，并且具有由阻热合金构成的外层，从而保护其内放置的热电偶丝2Ia和2lb。在护套31中，将每一热电偶丝21a和21b固定并采用诸如氧化镁的填充物使其绝缘。每一热电偶丝21a和21b在其顶端部分具有作为测量部位的热接点，在与所述测量部位相反的端部具有冷接点(头部)。热电偶丝21a和21b分别包括处于其冷接点处的A/D转换器41a和41b,以及适配器51a和51b (按这一顺序)。A/D转换器41a和41b (传输信号转换单元)分别将热电偶丝21a和21b中生成的热电动势A/D转换成传输信号，以输出所述传输信号。适配器51a和51b (传输单兀)分别将A/D转换器41a和41b发送的传输信号传输至传输线缆12a和12b。注意，可以将热电偶21到23中的每者配置为，将集成了 A/D转换器41a到43a、41b到43b中的每者以及适配器51a到53a、51b到53b中的每者的设备合并到冷接点内，等等。可以通过设置于监测和控制设备11与适配器51a到53a、51b到53b之间的中继设备将所述传输信号传输至所述监测和控制设备11。例如，所述传输线缆12a到12f为光缆，其分别将适配器51a到53a以及51b到53b发送的传输信号传输至所述监测和控制设备11。线数线缆12a将适配器51a连接至监测和控制设备11。传输线缆12b连接于在热电偶对21处设置的适配器51a和51b之间，即，连接于热电偶对21的适配器51a和51b之间。传输线缆12c将热电偶对21的适配器51b连接至热电偶对22的适配器52a。类似地，传输线缆12d连接于热电偶对22的适配器52a和52b之间，传输线缆12f 连接于热电偶对23的适配器53a和53b之间。传输线缆12e连接于热电偶对22的适配器52b和热电偶对23的适配器53a之间。也就是说，传输线缆12a作为第二连接单元将热电偶丝21a (适配器51a)连接至监测和控制设备11 (异常检测电路60)。传输线缆12b到12f作为第一连接单元连接于多个彼此相邻的热电偶21到23 (适配器51a到53a以及51b到53b)之间。通过布线系统(所谓的菊花链系统)连接传输线缆12a到12f，在所述系统中使彼此相邻的热电偶21到23 (适配器51a到53a以及51b到53b)串联连接。使适配器52a、53a以及51b到53b中的每者发送的传输信号依次通过所需的传输线缆12b到12f传输，从而被传输至适配器51a。最终，收集到相应的传输信号，并将其作为传输信号P通过传输线缆12a传输至监测和控制设备11。在所述菊花链系统中，只将传输线缆12a这一条线缆用作覆盖长距离(一般具有200m到400m的长度)从而连接至监测和控制设备11的传输线缆(第二连接单元)。除了传输线缆12a以外的传输线缆12b到12f只需能够连接于相邻的适配器51a到53a以及51b到53b之间，因而只需具有非常短的长度(通常为IOm到20m)。即使在增大热电偶数量的情况下，只需在适配器51a到53a以及51b到53b之间布设具有非常短的长度的传输线缆12b到12f即可。因而，从减少线缆量的角度来看，所述菊花链系统是有利的。注意也可以将单芯线缆或双芯线缆中的任何一种用作传输线缆12a到12f。在采用双芯线缆时，传输线缆12a到12f除了执行传输信号的传输之外，还可以执行从监测和控制设备11向A/D转换器41a到43a以及41b到43b的供电。将传输线缆12a到12f中的每者配置为单条线缆，其中，成对设置用于提供正电压的一个芯和用于提供负电压的另一个芯，以满足预定功能。监测和控制设备11基于热电偶21到23测量到的并通过现场传输发送的传输信号对测量值进行监测。监测和控制设备11包括异常检测电路60。图2是示出了在监测和控制设备11内设置的异常检测电路60的内部配置的图
/Jn ο在异常检测电路60中，从通过传输线缆12a供应的传输信号P中取出由相应的热电偶21到23输出的传输信号PIa到p3a以及plb到p3b。并将传输信号PIa到p3a以及plb到p3b分别供应至减法器61到63。在所述的一组减法器61到63，一组绝对值转换器71到73、一组比较器81到83以及一组计时器91到83当中，每一组中的部件都具有几乎相同的配置。因而，将只描述减法器61、绝对值转换器71、比较器81和计时器91，将省略对其他部件的描述，即，对减法器62和63、绝对值转换器72和73、比较器82和83以及计时器92和93的描述。减法器61通过在热电偶对21 (热电偶丝21a和21b)输出的传输信号pla和plb之间执行减法而计算出偏差el。绝对值转换器71通过转换偏差el的绝对值而计算出绝对偏差H。不管传输信号pla和plb之间的大小关系如何，绝对偏差Π都变为正值。比较器81将绝对偏差fl与预先设定的阈值α进行比较。在绝对偏差fl大于阈值α时，比较器81输出一输出gl。在将生成最大热电动势时的传输信号设为100%时,选 择所述阈值为(例如)所述传输信号值的大约5%。当在预定时间段(例如，15秒)期间持续输出输出gl时计时器91发出异常信号hi。计时器91防止了由于偏差el的暂时增大而频繁地生成异常信号hl，所述偏差el是由热电偶丝21a和21b之间的响应速度的差异导致的。接下来，将描述根据第一实施例的热电偶异常检测系统I的效果。热电偶丝由于受到应力作用而逐渐劣化，所述应力是由温度变化引起的膨胀和收缩导致的。例如，在热电偶丝21b的劣化比热电偶丝21a快，并且变得无法生成热电动势时，传输信号Plb表不异常值。另一方面，热电偶丝21a与热电偶丝21b相比正常，因而传输信号pla表示正常值。在将传输信号Pla与传输信号plb比较时，绝对偏差fl增大。最后，异常检测电路60发出异常信号hl，从而检测到异常。工厂操作人员能够通过所述异常检测结果了解异常情况的发生，并指出哪一热电偶丝异常。例如，通过参考传输信号Pla和传输信号plb的趋势图等指出异常。这里，将采用作为比较实例的异常检测系统描述根据第一实施例的异常检测系统I的优越性。图3是示出了作为根据第一实施例的热电偶异常检测系统I的比较实例的异常检测系统101的图示；异常检测系统101包括温度测量系统110和设置在(例如)工厂2之外的监测和控制设备111。温度测量系统110包括作为二丝热电偶的热电偶对121到123。热电偶对121到123具有几乎相同的配置，因而将只描述热电偶对121，将省略对其他热电偶对122和123的描述。热电偶丝121a和热电偶丝121b安装在护套131内。热电偶丝121a和121b包括处于冷接点处的终端盒141。将每一热电偶丝121a和121b中生成的热电动势(小热电动势)从终端盒141供应给补偿引线151。将补偿引线151连接至热电偶对121的热电偶丝之一(图3中的热电偶丝121a)。监测和控制设备111包括I/O板160。将热电偶121到123的热电动势分别通过补偿引线151到153输入至所述I/O板160。注意，可以将热电偶121到123直接连接至所述I/O板160。然而，所述116/0板160和热电偶121到123之间的距离大(例如，200m到400m)，因而需要极长的热电偶121到123，从而导致高成本。出于这一原因，分别通过补偿引线151到153将热电偶121到123连接至所述I/O板160。所述I/O板160包括断路检测电路。所述断路检测电路包括在每一预定周期内向每一热电偶丝121a到123a以及121b到123b施加电压的电源。在热电偶丝121a到123a以及121b到123b之一断路时，将导致因输入部分实施充电而使所施加的电压极大提高的现象(烧坏)，由此所述断路检测电路将检测到断路。分别将测量对象部分的温度经由护套131传输至热电偶121至123的热接点。这时，热电偶121到123反复遭受快速的温度变化。热电偶121到123因受到应力作用而逐渐劣化，最终断路(断掉)，所述应力是由反复的膨胀和收缩引起的。 例如，在检测到热电偶丝122a的断路时，工厂维护人员拆除终端盒142内与发生断路的热电偶丝122a的连接。将与热电偶丝122a成对设置的热电偶丝122b连接至终端盒142内的补偿引线152 (图3中以虚线表示)。因此，将更换的热电偶丝122b的热电动势发送至所述I/O板160。在每一单丝热电偶中，将一条热电偶丝(例如，热电偶丝121a到123a中的每者)安放到每一护套131到133内，在采用单丝热电偶，并且热电偶丝121a到123a之一发生断路的情况下，需要新的热电偶用作热电偶丝121a到123a中发生断路的一条的替代。因而，在采用单丝热电偶时，在发生断路时需要更换工作和更换成本。另一方面，在图3所示的采用双丝热电偶121到123的情况下，能够通过简单的改变终端盒141到143内的连接的工作交换发生断路的热电偶丝。也就是说，在热电偶121到123的异常检测系统101中，主要考虑热电偶丝的断路提供了热电偶对121到123(双丝热电偶)。这里，在实际的工厂内，安装了大量的(例如100到300个)双丝热电偶121到123。出于这一原因，考虑到安装工作和成本，将来自双丝热电偶121到123的热电偶丝121a到123a以及热电偶丝121b到123b的热电动势都输入到监测和控制设备111内是不切实际的。具体而言，当在作为比较实例的热电偶异常检测系统101中，将来自双丝热电偶121到123的热电偶丝121a到123a以及热电偶丝121b到123b的热电动势都输入到I/O板160中的情况下，每一热电偶丝121a到123a以及121b到123b中的每者都需要补偿引线对151到153。也就是说，所需的补偿引线151到153的数量将加倍，从而导致安装工作和成本的提闻。此外，在补偿引线151到153的数量加倍时，I/O板160的输入点的数量也加倍。此外，为了将所述热电动势输入到监测和控制设备111内，需要A/D转换过程等将模拟电压信号转换成数字信号，从而增加了监测和控制设备111的工作负荷。另一方面，根据第一实施例的热电偶异常检测系统I采用将热电偶21到23生成的热电动势转换为传输信号，之后将所述传输信号发送给监测和控制设备11的现场传输。因而，热电偶21到23的异常检测系统I能够在有效地利用双丝热电偶21到23的优点的同时适当地检测热电偶21到23的异常。也就是说，由双丝热电偶21到23中的每者的测量结果有可能在每一热电偶发生断路之前的所述过程的早期阶段确实地检测到每一热电偶的劣化。在热电偶异常检测系统I中，只将传输线缆12a用作连接至异常检测电路60 (监测和控制设备11)的传输线缆，并且通过传输线缆12a传输传输信号P。由此，与异常检测系统101的比较实例中需要与热电偶丝121a到123a以及121b到123b的数量对应的长线缆(补偿引线151到153)的情况相比，能够降低敷设线缆所需的劳动力、时间和成本。在异常检测系统I中，利用现场传输技术将作为数字信号的传输信号P发送至监测和控制设备11。由此，降低了监测和控制设备11执行的诸如A/D转换处理的算术运算的负担。与传输线缆12a相比较，用于连接于每一热电偶对21到23的热电偶丝21a到23a以及21b到23b之间的以及用于连接于彼此相邻的热电偶对21到23的热电偶丝21a到23a以及21b到23b之间的传输线缆12b到12f都是非常短的线缆。出于这一原因，异常检测系统I也是有效的，因为降低了线缆安装的负�：统杀�。 也就是说，与常规热电偶异常检测系统相比，根据第一实施例的热电偶异常检测系统能够减少温度测量系统的安装工作和成本。此外，通过容纳在同一护套内的一对热电偶丝(双丝热电偶)能够获得处于非常近的位置上的温度测量结果。出于这一原因，与从两个单丝热电偶单独获得两个温度测量结果的情况相比，异常检测系统I不存在取决于热电偶丝位置的温度测量误差。因此，异常检测系统I能够以充分高的准确度执行异常检测。注意，如图4所示，可以在每一热电偶对21到23内提供每一 A/D转换器241到243以及每一适配器251到253。此外，可以通过继电器单元263将热电偶23连接至A/D转换器243。此外，异常检测电路260 (监测和控制设备211)可以通过两条传输线缆212a和212d (第二连接单元)接收传输信号。此外，从保护其不受周围环境影响的角度出发可以将传输线缆212b和212c容纳到外壳280内。在下文中，将参考附图对细节进行描述。图4是示出了根据第一实施例的热电偶异常检测系统的变型的配置的图示。采用相同的数字和字母表示与根据第一实施例的热电偶异常检测系统I的部分对应的部分，并且将省略对所述部分的说明。异常检测系统201包括主要在工厂2内设置的温度测量系统210、在(例如)工厂2以外设置的监测和控制设备211以及用于将所述温度测量系统210连接至所述监测和控制设备211的传输线缆212a到212d。由于A/D转换器241到243具有几乎相同的配置，并且由于适配器251到253也具有几乎相同的配置，因而将只描述A/D转换器241和适配器251，将省略对其他A/D转换器242、243以及其他适配器252和253的描述。设置热电偶丝21a和21b共有的A/D转换器241。A/D转换器241将热电偶丝21a和21b生成的热电动势A/D转换为传输信号，并输出所述传输信号。适配器251 (传输单兀)将所述A/D转换器241发送的传输信号分别传输至传输线缆212a和212b。将热电偶23的热电偶丝23a和23b连接至在冷接点处设置的起着继电器单元的作用的终端盒263。将终端盒263配置为使其能够安装到高温环境内。终端盒263将热电偶23连接至补偿引线273a和273b。终端盒263将热电偶23生成的热电动势(小热电动势)供应给补偿引线273a和273b (第三连接单元)。补偿引线273a和273b将所述热电动势供应给A/D转换器243。例如，传输线缆212a到212d为光缆,其将适配器251到253发送的传输信号传输至监测和控制设备211。传输线缆212a将在热电偶21处设置的适配器251连接至监测和控制设备211。传输线缆212b将在热电偶21处设置的适配器251连接至在热电偶22处设置的适配器252。传输线缆212c将在热电偶22处设置的适配器252连接至在热电偶23处设置的适配器253。传输线缆212d将在热电偶23处设置的适配器253连接至监测和控制设备211。也就是说，作为第二连接单元的传输线缆212a和212d分别将热电偶21和23(适配器251和253)连接至监测和控制设备211 (异常检测电路260)。作为第一连接单元的传输线缆212b和212c分别连接于多个彼此相邻的热电偶21到23 (适配器251到253)之 间。通过使彼此相邻的热电偶21到23 (适配器251到253)串联连接的布线系统(所谓的菊花链系统)连接传输线缆212a到212d。适配器251到253将传输信号分别传输至分别连接至适配器251到253的传输线缆212a到212d。通过所需的传输线缆212b和212c依次传输相应的传输信号，最后收集所述传输信号并将其作为传输信号P和P,通过传输线缆212a和212d传输至监测和控制设备211。外壳280 (外壳单元)是由(例如)铁或FRP (纤维强化塑料)构成的具有封闭特性的外壳。在将外壳280安装到高处的情况下，外壳280优选由FRP构成，从而减轻其重量。外壳280具有对应于容纳在外壳280内的热电偶21到23的数量的尺寸。外壳280容纳了传输线缆212a到212d (传输线缆212a和212d的部分)、A/D转换器241到243、适配器251到253、将热电偶21和22连接至所述A/D转换器241和242的冷接点以及将A/D转换器243连接至补偿引线273a和273b的连接点。将传输线缆212a和212d、热电偶21和22以及补偿引线273a和273b设置为穿过外壳280。外壳280具有所需的保护特性，其能够保护安装在外壳280内的设备不受(例如)热水、蒸汽以及在温度测量区域的周围环境中产生的气体的影响，以及保护其不受人为活动的影响。注意，将外壳280设置为保护传输线缆不受周围环境影响，因而只要求其至少容纳传输线缆212a到212d。监测和控制设备211包括异常检测电路260。异常检测电路260的配置与图2所示的异常检测电路60的配置基本相同，只是从两个传输信号P和P'取得了相应的传输信号pla到p3a以及plb到p3b，因而将省略对异常检测电路260的描述和图示。在热电偶异常检测系统201中，为每一热电偶对21到23设置每一 A/D转换器241到243以及每一适配器251到253。热电偶异常检测系统201能够减少A/D转换器241到243的数量以及适配器251到253的数量，并且能够提高安装工作的效率和经济效益。此外，在热电偶异常检测系统201中，传输线缆212a和212d复制了传输信号的传输路由。例如，即使在传输线缆212a断路时，传输信号P'也将通过传输线缆212d传输至监测和控制设备211。因此，能够提高热电偶异常检测系统201的可靠性。此外，热电偶的安装地点附近的环境为高温恶劣环境。根据周围环境，将存在无法在热电偶的冷接点处布置电子装置，即A/D变换器和适配器的情况。
在处于这样的环境下的热电偶异常检测系统201中，将能够安装到高温环境内的终端盒263和补偿引线273a和273b安装到热电偶的热接点处。将热电偶23通过终端盒263以及补偿引线273a和273b连接至A/D转换器243和适配器253。可以将A/D转换器243和适应253安装到远离高温环境的位置(场所)，因而能够在不受热电偶的安装环境影响的情况下适当地执行温度测量和热电偶的异常检测。此外，热电偶异常检测系统201包括外壳280，由此能够适当地保护A/D转换器241到243、适配器251到253以及传输线缆212a到212d不受恶劣的周围环境以及人为活动的影响。因此，热电偶异常检测系统201能够进一步提高可靠性。注意，A/D转换器241到243中的每者还具有软件程序，所述软件程序具有用于执行A/D转换处理的计算功能，因而所述转换器可以通过扩展和利用所述计算功能而具备相当于异常检测电路260的功能的功能。也就是说，可以在每一 A/D转换器241到243中提供一种电路，该电路通过对从每一热电偶对21到23获得的传输信号进行相互比较而确定每一热电偶对21到23的异常检测结果。 但是，在A/D转换器241到243中设置异常检测功能的异常检测方法无法检测到(例如)传输信号由于适配器251到253中导致的故障或者由于传输线缆212a到212d中导致的故障而无法得到正确地分配和传输。也就是说，由于提供传输信号的目的在于实施在监测和控制设备211中执行的监测和控制，因而优选采用监测和控制设备211接收到的传输信号执行异常检测。从这样的角度出发，还优选在监测和控制设备211中提供异常检测电路。[第二实施例]将参考附图描述根据本发明的第二实施例的热电偶异常检测系统及其检测方法。图5是根据本发明的热电偶异常检测系统的第二实施例的图示。采用相同的数字和字母表示与根据第一实施例的热电偶异常检测系统I相同的配置和部分，并且将省略对所述配置和部分的说明。第二实施例的热电偶异常检测系统301与第一实施例的不同之处在于，通过不同的传输路由将每一热电偶对21到23中生成的每一传输信号传输至监测和控制设备311。所述异常检测系统301包括主要在工厂2内设置的温度测量系统310、在(例如)工厂2以外设置的监测和控制设备311以及用于将所述温度测量系统310连接至所述监测和控制设备311的传输电缆312a到312f。例如，所述传输电缆312a到312f为光缆，其分别将适配器351a到353a以及351b到353b发送的传输信号传输至所述监测和控制设备311。传输线缆312b和312c (第一连接单元)分别连接于作为第一热电偶丝的热电偶丝21a到23a之间(连接至所述第一热电偶丝的一组适配器351a到353a之间)，所述热电偶丝21a到23a分别设置于热电偶对21到23内。传输线缆312a (第二连接单元)将热电偶丝21a (适配器351a)连接至监测和控制设备311 (异常检测电路360)。适配器351a是连接至第一热电偶丝的一组适配器351a到353a中的一个。具体而言，传输线缆312b连接于热电偶对21的热电偶丝21a和热电偶对22的热电偶丝22a之间(适配器351a和352a之间)。具体而言，传输线缆312c连接于热电偶对22的热电偶丝22a和热电偶对23的热电偶丝23a之间(适配器352a和353a之间)。
传输线缆312e和312f (第一连接单元)分别连接于作为第二热电偶丝的热电偶丝21b到23b之间(连接至所述第二热电偶丝的一组适配器351b到353b之间)，所述热电偶丝21b到23b分别设置于热电偶对21到23内。传输线缆312d (第二连接单元)将热电偶丝23b (适配器353b)连接至监测和控制设备311 (异常检测电路360)。适配器353b是连接至第二热电偶丝的一组适配器351b到353b中的一个。具体而言，传输线缆312e连接于热电偶对22的热电偶丝22b和热电偶对23的热电偶丝23b之间(适配器352b和353b之间)。传输线缆312f连接于热电偶对21的热电偶丝21b和热电偶对22的热电偶丝22b之间(适配器351b和352b之间)。
通过使彼此相邻的热电偶21到23 (适配器351a到353a以及351b到353b)串联的布线系统(所谓的菊花链系统)连接传输线缆312a到312f。通过所需的传输线缆312b和312c依次传输每一适配器352a和353a发送的传输信号,从而将其传输至适配器351a。最终，收集到相应的传输信号，并将其作为传输信号Pl通过传输线缆312a传输至监测和控制设备311。通过所需的传输线缆312f和312e依次传输每一适配器351b和352b发送的传输信号，从而将其传输至适配器353b。最终，收集到相应的传输信号，并将其作为传输信号P2通过传输线缆312d传输至监测和控制设备311。图6是示出了在监测和控制设备311内设置的异常检测电路360的内部配置的图示；注意，向其内输入所述的一组信号pla和plb的电路与分别向其内输入另外一组信号p2a和p2b以及另外一组信号p3a和p3b的电路几乎相同，因而，将省略对分别向其内输入另外一组信号p2a和p2b以及另外一组信号p3a和p3b的电路的图不和描述。在异常检测电路360中，从通过传输线缆312a设置的传输信号Pl中取得分别由热电偶丝21a到23a (第一热电偶丝)输出的传输信号pla到p3a，并将其分别供应至减法器61。在异常检测电路360中，从通过传输线缆312d供应的传输信号P2中取得分别由热电偶丝21b到21b (第二热电偶丝)输出的传输信号plb到p3b，并将其分别供应至减法器61。由于对输入到每一减法器61的传输信号应用的处理与第一实施例几乎相同，因而这里将省略对所述处理的描述。将传输信号pla和plb供应至减法器61，同时将其供应至开关选择器361。在开关选择器361中，在从热电偶丝21a (第一热电偶丝)获得的传输信号pla和从热电偶丝21b(第二热电偶丝)获得的传输信号Plb之间切换输入到PID控制计算器381内的传输信号。开关选择器361输出选择的传输信号作为PV值kl。例如，开关选择器361由工厂维护人员进行操作。设置装置371具有预先设置的SV值jl。设置装置371将所述SV值jl输入到所述PID控制计算器381内。PID控制计算器381 (控制单元)是用于执行对在工厂2内设置的作为控制对象的温度调节阀的驱动和控制的PID控制器。PID控制计算器381基于所述PV值kl和SV值j I获取用于控制温度调节阀的MV值nl。接下来将描述热电偶异常检测系统301的效果。
采用在正常操作过程中由热电偶21到23获得的温度信息检测热电偶21到23的异常，同时将所述信息用于温度调节阀的控制。例如，当在热电偶21中引起某种异常时，以及在异常检测电路360发出异常信号hi时，工厂维护人员将执行参考传输信号pla和传输信号plb的趋势图的操作，由此确定导致所述异常的热电偶。例如，开关选择器361在工厂维护人员的操作的基础上在所述传输信号之间切换，从而选择从被确认为正常的热电偶丝获得的传输信号作为PV值kl。在根据第二实施例的热电偶异常检测系统301中，设置两条连接至监测和控制设备311的传输线缆。因而，即使在一条传输线缆断开时，能够通过另外一条传输线缆可靠地获取传输信号。也就是说，在热电偶异常检测系统301中，使通过其传输热电偶丝21a到23a (第一热电偶丝)的传输信号的现场传输路由(包括A/D转换器341a到343a、适配器351a到 353a以及传输线缆312a到312c)以及通过其传输热电偶丝21b到23b的传输信号的现场传输路由(包括A/D转换器341b到、适配器351b到353b以及传输线缆312d到312f)完全分离并且彼此无关。由此热电偶异常检测系统301不仅能够确实地检测到热电偶21到23自身的异常，还能够检测到所述现场传输路由的异常。例如，在图3所示的异常检测系统101中，在热电偶121到123之一劣化并最终断开之后，将检测到热电偶121到123中的那个的异常。另一方面，能够在热电偶21到23中的一个完全断开之前的阶段检测到热电偶21到23中的这一热电偶的异常，因而能够获得更加正常、可靠的温度信息。因此，在热电偶异常检测系统301中，能够将从热电偶21到23获得的温度信息用于温度调节阀等的控制。此外，例如，当在图3所示的异常检测系统101中检测到断路之后，工厂维护人员来到测量区域，并执行改变终端盒141到143中的连接的工作。此外，在所述工作过程中将中断温度调节阀的正�？刂�。另一方面，在热电偶异常检测系统301中，一旦在出现断路之前的阶段认识到热电偶21到23的劣化，就在监测和控制设备311内对所述传输信号进行切换。因此，热电偶异常检测系统301能够实现高工作效率。注意，增加了一条连接至监测和控制设备311的传输线缆312d，其导致了成本的增加。但是，在安装大量热电偶时，能够抵消成本的增加，因而热电偶异常检测系统301能够确实地检测到异常的优越性。这里，将参考附图描述将根据第二实施例的传输线缆连接技术应用于设置大量热电偶的情况的效果。图7A是示出了在设置很多热电偶的情况下根据第二实施例的热电偶异常检测系统401的配置的图示。图7B是示出了作为图7A所示的热电偶异常检测系统的比较实例的热电偶异常检测系统501的配置的图示。异常检测系统401主要包括温度测量系统410、监测和控制设备411以及用于将温度测量系统410连接至监测和控制设备411的传输线缆412a和412b。异常检测系统501主要包括温度测量系统510、监测和控制设备511以及用于将温度测量系统510连接至监测和控制设备511的传输线缆512a和512b。在所述菊花链系统中，所述传输线缆允许的传输能力受到技术因素的限制。所述传输线缆具有最大数量的可连接热电偶对(热电偶)。例如，所述的热电偶的最大数量大约为几十到几百。在图7A和图7B中，为了描述方便假设可连接热电偶的最大数量为六(十二条热电偶丝)。在通过菊花链系统连接六个或更多热电偶的情况下，一组传输线缆无法将超过所述可连接热电偶的最大数量的热电偶与监测和控制设备连接起来。也就是说，在简单地连接彼此相邻的热电偶丝的情况下，有必要额外增加一组传输线缆，如图7B所示。另一方面，在采用按照图5所示的第二实施例描述的传输线缆312a到312f的连接配置时，增加了用于连接彼此相邻的热电偶丝的短传输线缆的数量，但是所需的将适配器(热电偶)连接至监测和控制设备411的长传输线缆412a和412b的数量是一样的。因而，在设置超过可连接热电偶的最大数量的热电偶的情况下，根据第二实施例 的热电偶异常检测系统301将具有高可靠性，而不会导致设施成本的提高。[第三实施例]将参考附图描述根据本发明的热电偶异常检测系统及其检测方法的第三实施例。图8是示出了根据本发明的热电偶异常检测系统的第三实施例的图示。采用相同的数字和字母表示与根据第一和第二实施例的热电偶异常检测系统对应的配置和部分，并且将省略对所述配置和部分的说明。根据第三实施例的热电偶异常检测系统601与第一和第二实施例的不同之处在于，每一热电偶621到623是所谓的三丝热电偶，其具有热电偶丝621a到623a中的每者、热电偶丝621b到623b中的每者以及热电偶丝621c到623c中的每者。所述异常检测系统601包括主要在工厂2内设置的温度测量系统610、在(例如)工厂2以外设置的监测和控制设备611以及用于将所述温度测量系统610连接至所述监测和控制设备611的传输电缆612a到612c。在工厂2内设置数量为(例如)100到300个的热电偶621到623 (例如，在总体上设置了 500个仪器传感器时)。在第三实施例中，为了方便描述示出了三个热电偶621到623。在诸如设备安装部位区域的预定测量区域内设置每一热电偶621到623。由于热电偶621到622具有几乎相同的配置，因而将只描述热电偶621，并省略对热电偶622的描述。热电偶621包括热电偶丝621a (第一热电偶)、热电偶丝621b (第二热电偶)以及热电偶丝621c (第三热电偶)。热电偶621容纳在护套631内。护套631具有圆柱形状，并且具有由耐热合金构成的外层，以保护容纳于其内的热电偶丝621a到621c。在护套631中，固定每一热电偶丝621a到621c，并通过诸如氧化镁的填充物使其绝缘。每一热电偶丝621a到621c在其顶端部分具有作为测量部位的热接点，在与所述测量部位相反的端部具有冷接点(头部)。在热电偶丝621a到621c的冷接点处按顺序设置A/D转换器641和适配器651。设置热电偶丝621a到621c共有的A/D转换器641。A/D转换器641将热电偶丝621a到621c生成的热电动势A/D转换为传输信号，并输出所述传输信号。适配器651 (传输单兀)将传输信号从所述A/D转换器641传输至传输线缆612a。
热电偶623包括热电偶丝623a (第一热电偶)、热电偶丝623b (第二热电偶)以及热电偶丝623c (第三热电偶)。热电偶623容纳在护套633内。在热电偶丝623a到623c的冷接点处按顺序设置转换器673、硬线缆683a到683c、A/D转换器643和适配器653。通过硬线缆683a到683c将转换器673连接至A/D转换器643。转换器673 (电流信号转换单元)将热电偶623生成的热电动势(小热电动势)转换成4到20mA的电流信号(或者I到5V的电压信号)，并输出所述信号。将所述电流信号(电压信号)分别通过硬线缆683a到683c传输至A/D转换器643。所述硬线缆688a到683c具有所需的刚度和/或弹性。A/D转换器643 (传输信号转换单兀)将所发送的热电动势A/D转换成传输信号，并输出所述传输信号。适配器653 (传输信号转换单兀)将A/D转换器643发送的传输信号传输至传输线缆612c。
·
例如，传输线缆612a到612c为光缆,其将适配器651到653发送的传输信号传输至监测和控制设备611。传输线缆612a将热电偶621 (适配器651)连接至监测和控制设备611。传输线缆612b将热电偶621 (适配器651)连接至热电偶622 (适配器652)。传输线缆612c将热电偶622 (适配器652)连接至热电偶623 (适配器653)。也就是说，作为第二连接单元的传输线缆612a将热电偶621 (适配器651)连接至监测和控制设备611 (异常检测电路660)。作为第一连接单元的传输线缆612b和612c分别连接于多个彼此相邻的热电偶621到623 (适配器651到653)之间。通过使彼此相邻的热电偶621到623 (适配器651到653)串联的布线系统(所谓的菊花链系统)连接传输线缆612a到612c。通过所需的传输线缆612b和612c依次传输每一适配器652和653发送的传输信号,从而将其传输至适配器651。最终,收集到相应的传输信号，并将其作为传输信号P通过传输线缆612a传输至监测和控制设备611。监测和控制设备611基于热电偶621到623测量的通过现场传输发送的传输信号监测测量值。监测和控制设备611包括异常检测电路660。图9是在监测和控制设备611内设置的异常检测电路660的内部配置的图示。注意，向其内输入信号PIa到pic的电路与向其内输入其他信号p2a到p2c以及向其内输入其他信号P3a到p3c的电路基本相同因而将省略对向其内输入其他信号p2a到p2c以及p3a到p3c的电路的描述和图示。在异常检测电路660中，从通过传输线缆612a供应的传输信号P取得由热电偶丝621a到621c输出的传输信号pla到p3a，并将其供应至最大值选择器661、最小值选择器671和中间值选择器681。最大值选择器661选择传输信号pla到pic的最大值,并输出最大值rl。最小值选择器671选择传输信号pla到pic的最小值,并输出最小值si。减法器61通过在最大值rl和最小值si之间执行减法处理计算出偏差el。绝对值转换器71通过转换偏差el的绝对值计算出绝对偏差fl。比较器81将绝对偏差fl与预先设定的阈值α进行比较。在绝对偏差fl大于阈值α时，比较器81输出输出gl。当在预定时间周期(例如15秒)内持续输出输出gl时计时器91发出异常信号hi。
也就是说，异常检测电路660对从热电偶丝621a (第一热电偶丝)获得的传输信号与从热电偶丝621c (第三热电偶丝)获得的传输信号进行相互比较，并在相应的传输信号之间的差大于预定值时检测到热电偶621异常。中间值选择器681 (中间值选择单元)选择传输信号pla到pic的中间值kl。将中间值kl输入到PID控制计算器381内。设置装置371具有预先设置的SV值jl。设置装置371将所述SV值jl输入到所述PID控制计算器381内。所述PID控制计算器381基于所述PV值kl和SV值jl控制温度调节阀。也就是说，PID控制计算器381利用中间值选择器681选择的所述传输信号的中间值获取用于控制温度调节阀的MV值nl。根据第三实施例的热电偶异常检测系统601能够从每一热电偶621到623获取三个传输信号，每一热电偶621到623分别设有三热电偶丝组621a到623a、三热电偶丝组 621b到623b以及三热电偶丝组621c到623c，并且所述热电偶异常检测系统601能够采用所获取的传输信号检测热电偶621到623的异常。异常检测系统601对每一热电偶的三个传输信号进行相互比较。由此，异常检测系统601能够在发生断路之前的阶段基于所述三个传输信号之间的差异确实地检测到每一热电偶的劣化。异常检测系统601从所述三个传输信号的值中选择中间值，并采用所述中间值控制温度调节阀等。由此，异常检测系统601能够选择并提供正常值作为用于实施控制的温度 目息。尽管上文已经描述了本发明的几个实施例，但是只是通过举例的方式给出了这些实施例，其并非旨在限制本发明的范围。实际上可以通过各种其他形式体现文中描述的新颖实施例；此外，在不背离本发明的精神的情况下可以做出各种具有文中描述的实施例的形式的省略、替代和变化。所附权利要求及其等同要件用于覆盖这样的落在本发明的精神和范围内的形式或修改。
权利要求
1.一种热电偶异常检测系统，包括 多个热电偶，每一热电偶包括容纳在护套内的多条热电偶丝； 传输信号转换单元，被配置为将所述多条热电偶丝中的每一条热电偶丝生成的热电动势转换成传输信号，并输出所述传输信号； 传输单元，被配置为传输从所述传输信号转换单元输出的所述传输信号；以及异常检测电路，被配置为通过对从每一热电偶中设置的所述多条热电偶丝获得的所述传输信号进行相互比较来检测所述多个热电偶中的每一热电偶的异常。
2.根据权利要求I所述的热电偶异常检测系统， 其中，所述传输单元包括多个传输单元， 还包括 第一连接单元，被配置为连接于所述多个传输单元之间；以及 至少一个第二连接单元，被配置为将所述多个传输单元之一连接至所述异常检测电路， 其中，所述多个传输单元中的每一传输单元通过所述第一连接单元将所述传输信号传输至与所述第二连接单元连接的传输单元，从而使所述传输信号通过所述第二连接单元传输至所述异常检测电路。
3.根据权利要求2所述的热电偶异常检测系统， 其中，所述多条热电偶丝为第一热电偶丝和第二热电偶丝； 所述第一连接单元被配置为连接于与所述多个热电偶中的每一热电偶的所述第一热电偶丝连接的一组传输单元之间，并且被配置为连接于与所述多个热电偶中的每一热电偶的第二热电偶丝连接的一组传输单元之间； 所述第二连接单元被配置为将与所述第一热电偶丝连接的所述一组传输单元中的一个连接至所述异常检测电路，并且被配置为将与所述第二热电偶丝连接的所述一组传输单元中的一个连接至所述异常检测电路。
4.根据权利要求I所述的热电偶异常检测系统，还包括 控制单元，被配置为采用所述传输信号对控制对象进行控制；以及切换单元，被配置为在由所述热电偶中设置的所述多条热电偶丝获得的多个传输信号之间切换输入到所述控制单元内的传输信号。
5.根据权利要求I所述的热电偶异常检测系统，其中，所述多条热电偶丝为第一热电偶丝、第二热电偶丝和第三热电偶丝。
6.根据权利要求5所述的热电偶异常检测系统，其中，所述异常检测电路被配置为对从所述第一热电偶丝、第二热电偶丝和第三热电偶丝获得的传输信号进行相互比较，并且被配置为在相应的传输信号之间的差大于预定值时检测到所述热电偶的异常。
7.根据权利要求6所述的热电偶异常检测系统，还包括 中间值选择单元，被配置为选择从所述第一热电偶丝、第二热电偶丝、第三热电偶丝获得的传输信号的中间值；以及 控制单元，配置为采用所述传输信号的所述中间值对控制对象进行控制。
8.根据权利要求I所述的热电偶异常检测系统，其中，设置所述多条热电偶丝共有的所述传输信号转换单元，所述多条热电偶丝设置在所述多个热电偶中的每一热电偶中。
9.根据权利要求I所述的热电偶异常检测系统，其中，设置所述多条热电偶丝共有的所述传输单元，所述多条热电偶丝设置在所述多个热电偶中的每一热电偶中。
10.根据权利要求I所述的热电偶异常检测系统，还包括 继电器单元，连接至所述多条热电偶丝中的每一条热电偶丝；以及 第三连接单元，被配置为将所述继电器单元连接至所述传输信号转换单元。
11.根据权利要求10所述的热电偶异常检测系统，其中 所述第三连接单元为补偿引线，并且 所述继电器单元是被配置为将所述热电动势供应至所述补偿引线的继电器设备。
12.根据权利要求10所述的热电偶异常检测系统，其中 所述继电器单元是被配置为将所述多个热电偶中的每一热电偶生成的热电动势转换成电流信号或电压信号的电流信号转换单元；并且 所述第三连接单元是被配置为将所述电流信号或所述电压信号传输至所述传输信号转换单元的线缆。
13.根据权利要求2所述的热电偶异常检测系统，还包括被配置为至少容纳所述第一连接单元和所述第二连接单元的外壳单元。
14.一种热电偶异常检测方法，包括 制备多个热电偶，每一热电偶包括容纳在护套内的多条热电偶丝； 将所述多条热电偶丝中的每一条热电偶丝生成的热电动势转换成传输信号，并输出所述传输信号； 传输所输出的传输信号；以及 通过对从每一热电偶中设置的所述多条热电偶丝获得的所述传输信号进行相互比较来检测所述多个热电偶中的每一热电偶的异常。
全文摘要
根据一个实施例，一种热电偶异常检测系统包括多个热电偶，每一热电偶包括容纳在护套内的多条热电偶丝；传输信号转换单元，被配置为将所述多条热电偶丝中的每一条热电偶丝生成的热电动势转换成传输信号，并输出所述传输信号；传输单元，被配置为传输所述传输信号转换单元输出的传输信号；以及异常检测电路，被配置为通过对从每一热电偶中设置的多条热电偶丝获得的传输信号进行相互比较来检测所述多个热电偶中的每一热电偶的异常。
文档编号G01K15/00GK102901586SQ20121026039
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者当房昌幸, 江藤祐马, 福井守, 诸星升, 山地茂 申请人:株式会社东芝, 东芝设备系统和服务公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
