Интеллектуальный нагревательный кабель, имеющий интеллектуальную функцию, и способ изготовления данного кабеля
Изобретение относится к интеллектуальному нагревательному кабелю, выполненному для интеллектуального нагревания, и к способу его изготовления. Нагревательный кабель имеет гибридную конструкцию, содержит нагревательный элемент и изолирующий слой, сформированный на внешней поверхности нагревательного элемента, оптический кабель в качестве датчика скомбинирован с нагревательным кабелем, в которой датчик оптического кабеля соединен с нагревательным кабелем для достижения функции датчика для регистрации температур обоих объектов, установлен снаружи изоляционного слоя, и указанный нагревательный датчик такой, что обеспечивает источник активной подачи тепла, выполненный с возможностью регулировать выработку нагревательного кабеля в соответствии с температурными колебаниями. Интеллектуальный нагревательный кабель обеспечивает интеллектуальный нагрев для использования с системой вспомогательного обогрева. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
В одном или более варианте осуществления предлагаемое изобретение относится к интеллектуальному нагревательному кабелю, выполненному для интеллектуального нагревания, и к способу изготовления указанного кабеля. Предлагаемое изобретение, в частности, относится к интеллектуальному нагревательному кабелю, выполненному для интеллектуального нагревания, причем в нагревательном кабеле системы сопроводительного обогрева встроен датчик оптического кабеля таким образом, что данный нагревательный кабель имеет функцию восприятия температуры указанной системы для точного измерения температуры участка, для которого затруднено восприятие температуры в системе, и, соответственно, для правильного контроля выработки нагревательного кабеля, со снижением, таким образом, ненужного потребления энергии или предотвращения повреждения указанной нагревательной системы вследствие недостаточной подачи тепла, а также к способу изготовления данного кабеля.
Уровень техники
В общем случае система сопроводительного обогрева используется для компенсации тепловых потерь из сооружения или объекта, например, трубы или цистерны, или для подачи равномерно распределенного количества тепла, для того чтобы предотвратить, таким образом, замораживание до разрыва объекта или равномерно поддерживать температуру данного объекта. Кроме этого, система сопроводительного обогрева способна предотвращать образование инея на бетонной плите или удалять снег с дороги, или данную систему устанавливают в качестве системы обогрева пола в помещениях.
В системе сопроводительного обогрева используется нагревательный кабель для подачи тепла, необходимого для объекта, в котором установлена данная система. По своей конструкции указанный нагревательный кабель имеет многослойную конструкцию, содержащую нагревательный элемент для вырабатывания тепла, изоляцию для защиты данного нагревательного элемента и наружную оболочку. В системе сопроводительного обогрева указанный нагревательный кабель эксплуатируют на основании температуры, измеренной из системы или объекта. Например, для того чтобы предотвратить замораживание до разрыва трубы или цистерны, когда измеренная температура данной системы ниже эталонной температуры, используемой в качестве критической температуры, при которой предотвращено замораживание до разрыва трубы или цистерны, включают систему сопроводительного обогрева для подачи тепла в трубу или цистерну через указанный нагревательный кабель.
Когда измеренная температура превышает данную эталонную температуру, систему сопроводительного обогрева выключают для прерывания эксплуатации нагревательного кабеля, со снижением, таким образом, ненужного потребления энергии. В случае установки нагревательного кабеля для поддержания температуры в трубе или цистерне, если измеренная температура превышает верхний предел заранее определенного поддерживаемого температурного диапазона, то данный нагревательный кабель отключают для прерывания подачи тепла. С другой стороны, если измеренная температура падает ниже нижнего предела температурного диапазона, то данный нагревательный кабель включают для подачи тепла в указанный объект. Данный принцип эксплуатации нагревательного кабеля также применим к нагревательному кабелю, используемому для предотвращения образования инея или замораживания или для обогрева помещения.
Для эффективной и правильной эксплуатации нагревательного кабеля в системе сопроводительного обогрева данный нагревательный кабель должен быть спроектирован соответствующим образом с учетом необходимости точного своевременного измерения теплопроизводительности и температуры системы.
Обычный нагревательный кабель содержит нагревательный элемент, изоляцию для защиты данного нагревательного элемента и наружную оболочку. Мощность, подводимую к нагревательному кабелю, контролируют на основании изменений в температуре, воспринимаемой внешним температурным датчиком для правильного регулирования выработки данного нагревательного кабеля. Поскольку температура, необходимая для контроля энергии, подводимой к нагревательному кабелю, измерена температурным датчиком, установленным на объекте, например, на цистерне или трубе, положение данного датчика является критическим.
В обычной системе сопроводительного обогрева датчик для измерения температуры системы установлен, как правило, в точке, представляющей температуру в данной системе, или в точке, в которой данная система подвержена влиянию жестких условий. Измеренная температура является эталоном, используемым для контроля эксплуатации нагревательного кабеля, или базовыми данными, используемыми для проверки состояния системы. По этой причине измерение температуры системы является критичным для эффективной эксплуатации данной системы и, как следствие, разумно и целесообразно измерять температуры системы в разных точках системы и эксплуатировать данную систему на основании указанных измеренных температур.
Поскольку в большинстве случаев температурный датчик установлен в одной точке, например, в точке, представляющей температуру объекта, или в точке, подверженной влиянию жестких условий, данный температурный датчик не может представлять полную температуру объекта.
Хотя описанный обычный способ может обеспечить простую конструкцию системы, в данном способе не предусмотрено измерение температуры всего объекта, а только одной выбранной точки, которая затем принимается в качестве полной температуры для обоснования контроля систем. Посредством данных действий может быть обеспечено простое и удобное измерение температуры, причем полные температуры объекта не могут быть обеспечены. Однако в случае необходимости контроля подачи тепла на основании точного измерения температуры объекта обычные способы обеспечения подобного правильного контроля являются неэффективными.
В случае, если данный объект имеет неравномерный температурный профиль, то датчики не могут быть установлены во всех точках для измерения температур объекта. Следовательно, может быть недостаточно и неправильно регулировать теплопроизводительность нагревательного кабеля на основании температур, измеренных в ограниченном количестве точек.
Достаточно дорого размещать сенсоры во многих точках системы сопроводительного обогрева и измерять температуры в точках данной системы сопроводительного обогрева. Кроме этого, очень дорого точно измерять температуру во всей системе.
Изобретение
Техническая проблема
Таким образом, в заявляемом изобретении сделана попытка эффективного решения вышеописанных ограничений и предложен нагревательный кабель, скомбинированный с датчиком из оптического кабеля. Данный нагревательный кабель выполнен с возможностью измерения температуры самого нагревательного кабеля, что не может быть обеспечено обычным нагревательным кабелем. Следовательно, в заявляемом изобретении предложен интеллектуальный нагревательный кабель, выполненный для, помимо эффективной подачи тепла, интеллектуального нагревания и самостоятельной диагностики системы, и способ изготовления данного кабеля.
Раскрытие изобретения
Согласно ряду вариантов осуществления предлагаемого изобретения интеллектуальный нагревательный кабель для использования в системе сопроводительного обогрева содержит нагревательный элемент и изоляционный слой, образованный на внешней поверхности данного нагревательного элемента. Предложенный нагревательный кабель имеет гибридную конструкцию, в которой оптический кабель в качестве датчика скомбинирован с нагревательным кабелем.
Данный нагревательный элемент может быть выбран из полимерного нагревательного элемента, проявляющего положительный температурный коэффициент (РТС) характеристик сопротивления, полимерного нагревательного элемента, выполненного с возможностью вырабатывания тепла при использовании электрической энергии, проводника из сплава с сопротивлением металла и медного проводника.
Указанный полимерный нагревательный элемент может содержать в полимерном материале, образующем нагревательный элемент, в качестве проводникового материала, проявляющего электропроводность, любой материал, выбранный из технического углерода, металлического порошка и углеродного волокна.
Указанный проводник из сплава с сопротивлением металла может содержать, в качестве основного компонента, любой материал, выбранный из меди-никеля, никель-хрома и железа-никеля. При этом указанный медный проводник содержит любой материал, выбранный из непокрытой меди, покрытой оловом меди, покрытой серебром меди и покрытой никелем меди.
Причем указанный оптический кабель может быть изготовлен из оптоволокна, например, стеклянного оптоволокна или пластикового оптоволокна.
Согласно ряду вариантов осуществления предлагаемого изобретения в способе изготовления интеллектуального нагревательного кабеля: формируют, посредством использования экструзионного формования, на внешней поверхности нагревательного элемента нагревательного кабеля, изоляцию, выполненную с возможностью защиты указанного нагревательного кабеля, комбинируют датчик оптического кабеля, работающий в качестве датчика температуры, с изолированным нагревательным элементом, фиксируют указанный датчик оптического кабеля на указанном изолированном нагревательном элементе посредством оплетки из медной проволоки или оплетки из хлопка, экструдируют наружную оболочку и выполняют процесс последующей обработки.
Технические результаты
Согласно предлагаемому изобретению, описанному выше, интеллектуальный нагревательный кабель, выполненный для интеллектуального нагревания, используется, таким образом, для значительного увеличения энергоэффективности системы сопроводительного обогрева. Кроме этого, отслеживается непредвиденная серьезная опасность, например, пожар или взрыв, которые могут быть вызваны в системе указанным нагревательным кабелем при использовании данного нагревательного кабеля. Помимо этого, в реальном времени отслеживается изменение в функционировании системы сопроводительного обогрева, которое может произойти в нагревательном кабеле, установленном в системе сопроводительного обогрева, что позволяет повысить и гарантировать стабильность системы сопроводительного обогрева.
Согласно предлагаемому изобретению, описанному выше, используется оптический кабель в качестве датчика для измерения изменения температуры нагревательного кабеля и окружающей среды, с использованием данного оптического кабеля в реальном времени, и для точного отслеживания изменения температуры и распределения температуры по всей зоне, где расположен нагревательный кабель. Благодаря подобному интеллектуальному нагреву обеспечена возможность точной проверки температура участка, для которого затруднено восприятие температуры в системе сопроводительного обогрева, с эффективной подачей тепла в количестве, необходимом для сооружения, и со снижением потребления энергии.
Поскольку изменение температуры по всей зоне нагревательного кабеля отслежено в реальном времени, предлагаемое изобретение, как описано выше, обеспечивает удобную проверку эксплуатации данного нагревательного кабеля в любое время. На основании изменения температуры по времени может быть отслежена и устранена неисправность, которая может произойти в системе, в которой установлен нагревательный кабель, вследствие непредусмотренных внутренних и внешних ситуаций или явления деградации, которое может происходить с течением времени. Кроме этого, точка неисправности точно проверяется и ремонтируется для достижения, таким образом, легкого ремонта и еще большего уменьшения затрат на ремонт.
Интеллектуальный нагревательный кабель, имеющий подобную функцию измерения своей температуры согласно предлагаемому изобретению, имеет следующие технические результаты, которые не могут быть достигнуты посредством обычного нагревательного кабеля.
1. Обеспечена возможность точной проверки, в реальном времени, изменения температуры и распределения температуры по всей системе.
2. Обеспечена возможность эффективной экономии энергии.
3. Обеспечена возможность точного наблюдения за точкой неисправности, созданной вследствие избыточного количества тепла или недостаточного количества тепла.
4. Обеспечена возможность легкого обнаружения подобной точки неисправности для уменьшения, таким образом, затрат на ремонт.
При этом, согласно предлагаемому изобретению, описанному выше, обеспечена возможность, кроме интеллектуального нагревания, измерения, в реальном времени, температур сооружения и всего нагревательного кабеля, для оптимизации, таким образом, энергоэффективности системы сопроводительного обогрева. Кроме этого, в предлагаемом изобретении, описанном выше, обеспечен технический результат, состоящий в отслеживании, в реальном времени, наличия неисправности в системе сопроводительного обогрева посредством отслеживания изменения температуры нагревательного кабеля.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведено схематическое представление конструкции системы сопроводительного обогрева, имеющей интеллектуальный нагревательный кабель, обеспечивающий интеллектуальное нагревание в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления предлагаемого изобретения и установленный в указанной системе.
На фиг.2 приведено схематическое представление конструкции нагревательного кабеля, обеспечивающего интеллектуальное нагревание в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления предлагаемого изобретения.
На фиг.3 приведено схематическое представление результатов измерения температуры по всей длине нагревательного кабеля с использованием интеллектуального нагревательного кабеля, обеспечивающего интеллектуальное нагревание в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления предлагаемого изобретения.
На фиг.4-6 приведены схематические представления типов конструкции интеллектуального нагревательного кабеля, выполненного для интеллектуального нагревания в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления предлагаемого изобретения.
На фиг.7-8 приведены схематические представления измерительных устройств, используемых в, по меньшей мере, одном варианте осуществления предлагаемого изобретения.
Перечень цифровых обозначений
10, 20, 30, 40, 70: Нагревательные кабели
21, 32, 41: Нагревательные элементы
23, 33, 43: Датчики оптического кабеля
50: Блок с контролируемой температурой
60: Ванна с водой
80: Камера с контролируемой температурой
Осуществление изобретения
В заявляемом изобретении предложен новый нагревательный кабель, имеющий гибридную конструкцию, в которой датчик оптического кабеля входит в состав данного нагревательного кабеля для измерения температуры системы, имеющей указанный нагревательный кабель, установленный в данной системе, с использованием датчика оптического кабеля, а также для вырабатывания тепла, чтобы осуществлять, таким образом, эффективную и правильную эксплуатацию на основании измеренной температуры.
На фиг.1 приведено схематическое представление конструкции системы сопроводительного обогрева, имеющей интеллектуальный нагревательный кабель, выполненный для интеллектуального нагревания в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления предлагаемого изобретения и установленный в указанной системе. На фиг.1(b) приведено изображение конструкции системы сопроводительного обогрева, выполненной в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления предлагаемого изобретения, и на фиг.1(a) изображена конструкция обычной системы сопроводительного обогрева для сравнения с системой сопроводительного обогрева, выполненной в соответствии с вариантом осуществления предлагаемого изобретения.
Как показано на фиг.1, в новой системе сопроводительного обогрева, в которой установлен нагревательный кабель, выполненный в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления предлагаемого изобретения, данный нагревательный кабель 10 выполнен с возможностью самостоятельного функционирования в качестве температурного датчика. Следовательно, обеспечена возможность установки температурного датчика и измерения температуры в любой точке нагревательного кабеля 10 для точного определения, таким образом, слабого участка в указанной системе.
Следовательно, обеспечена возможность контроля эксплуатации нагревательного кабеля на основании слабого участка в данной системе как для эффективной эксплуатации, так и для экономии энергии в данной системе.
На фиг.1(b) символ А обозначает зону измерения температуры, и символ В обозначает слабый участок в указанной системе.
Как показано на фиг.1(a), в примере обычной системы сопроводительного обогрева температуру измеряют в точке 5, в которой установлен температурный датчик. Однако данная точка 5 может отличаться от слабого участка 3. В случае, в котором точка 5, в которой установлен температурный датчик, отличается от слабого участка 3, эффективная эксплуатация нагревательного кабеля 1 затруднена. Цифровое обозначение 7 обозначает зону измерения температуры.
На фиг.2 приведено схематическое представление конструкции интеллектуального нагревательного кабеля, выполненного для интеллектуального нагревания в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления предлагаемого изобретения.
Как показано на фиг.2, нагревательный кабель, выполненный для интеллектуального нагревания в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления предлагаемого изобретения, имеет функцию в качестве датчика для измерения температуры с использованием изменения в оптических сигналах, передаваемых по оптическому кабелю 10b, скомбинированному с нагревательным кабелем 10a. Следовательно, обеспечена возможность непрерывного измерения, в реальном времени, температуры всей системы, имеющей нагревательный кабель 10a, встроенный в указанную систему. Типовой пример подобной функции измерения температуры приведен на фиг.3.
На фиг.3 приведено схематическое представление распределения температуры, измеренной при помощи нагревательного кабеля, выполненного для интеллектуального нагревания в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления предлагаемого изобретения.
Как можно видеть на фиг.3, температура может быть измерена во всех точках нагревательного кабеля, и, таким образом, может быть получен точный профиль распределения температуры. Следовательно, обеспечена возможность правильного контроля эксплуатации нагревательного кабеля с использованием профиля распределения температуры.
На фиг.4-6 приведены схематические представления типов конструкции нагревательного кабеля, выполненного для умного нагревания в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления предлагаемого изобретения.
На фиг.4 приведено схематическое представление интеллектуальных нагревательных кабелей, в которых использован полимерный нагревательный элемент, проявляющий положительный температурный коэффициент характеристик сопротивления.
На фиг.5 приведено схематическое представление интеллектуальных нагревательных кабелей, в которых использован нагревательный элемент, изготовленный из проводника из сплава с сопротивлением металла.
На фиг.6 приведено схематическое представление интеллектуального нагревательного кабеля, в котором использован, в качестве нагревательного элемента, проводник из сплава или медный проводник.
В нагревательных кабелях 20 и 20′ с фиг.4, выполненных для интеллектуального нагревания, цифровое обозначение 21 обозначает полимерный нагревательный элемент, проявляющий характеристики РТС, и цифровое обозначение 23 обозначает сенсор оптического кабеля.
В нагревательных кабелях 30 и 30′ с фиг.5, выполненных для интеллектуального нагревания, цифровое обозначение 31 обозначает нагревательный элемент, изготовленный из проводника из сплава с сопротивлением металла, и цифровое обозначение 33 обозначает сенсор оптического кабеля.
В нагревательном кабеле 40 с фиг.6, выполненном для интеллектуального нагревания, цифровое обозначение 41 обозначает нагревательный элемент, изготовленный из проводника из сплава с сопротивлением металла или из медного проводника, и цифровое обозначение 43 обозначает сенсор оптического кабеля.
Как изображено на вышеуказанных чертежах, нагревательный кабель, выполненный для интеллектуального нагревания в соответствии с вариантом осуществления предлагаемого изобретения, может быть сформирован с использованием различных нагревательных элементов, например, полимерного нагревательного элемента, нагревательного элемента, изготовленного из проводника из сплава с сопротивлением металла, и нагревательного элемента, изготовленного из медного проводника.
Далее в данном документе описан процесс изготовления интеллектуального нагревательного кабеля, выполненного для интеллектуального нагревания в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления предлагаемого изобретения.
Данный нагревательный кабель изготавливают посредством следующих процессов.
Посредством экструзии формируют, на внешней поверхности нагревательного элемента нагревательного кабеля, изоляцию, выполненную с возможностью защиты указанного нагревательного кабеля. Используемый в данном документе нагревательный элемент может содержать любой элемент, выбранный из нагревательных элементов, предназначенных для специальных целей, например, как описано выше, полимерного нагревательного элемента, проявляющего характеристики РТС, нагревательного элемента, изготовленного из проводника из сплава с сопротивлением металла и нагревательного элемента, изготовленного из медного проводника.
Далее оптический кабель комбинируют с изолированным нагревательным элементом, причем данный оптический кабель работает в качестве температурного датчика. Затем фиксируют указанный датчик оптического кабеля на указанном изолированном нагревательном элементе посредством оплетки из медной проволоки или оплетки из хлопка.
После завершения оплетки экструдируют наружную оболочку и выполняют последующую обработку для получения нагревательного кабеля с признаком интеллектуального нагревания.
Далее описаны примеры измерения температуры на нагревательном кабеле с использованием нагревательного кабеля, имеющего, как описано выше, полимерный нагревательный элемент и проводник из сплава с сопротивлением металла.
Пример 1
Сначала формируют, посредством экструзии, изоляцию на полимерном нагревательном элементе, проявляющем характеристики РТС, далее датчик оптического кабеля комбинируют с изолированным нагревательным элементом, фиксируют указанный датчик оптического кабеля посредством оплетки из медной проволоки и затем экструдируют наружную оболочку для изготовления испытательного образца нагревательного кабеля.
Полученный испытательный образец размещен в экспериментальных сооружениях, имеющих зоны с различной температурой, как показано на фиг.7, и температуры датчика оптического кабеля измерены при изменении температур на различных участках испытательного образца и выработки нагревательного кабеля. Результаты приведены в нижеследующей таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||
| Изменения температуры нагревательного кабеля, имеющего полимерный нагревательный элемент, проявляющий характеристики РТС | ||||||
| Выработка (Вт/м) | 18.6 | Блок с контролируемой температурой | Приведение в соответствие с атмосферными условиями | Ванна с водой | Атмосферная температура | |
| Эталонная температура (°C) | 10.0 | СН#1 | СН#3 | СН#6 | СН#4 | СН#5 |
| Датчик оптического кабеля | 29.5 | 38.5 | 37.3 | 20.6 | 19.5 | |
| Термопара | 29.4 | 38.2 | 37.9 | 13.6 | 18.9 | |
| Выработка (Вт/м) | 16.4 | Блок с контролируемой температурой | Приведение в соответствие с атмосферными условиями | Ванна с водой | Атмосферная температура | |
| Эталонная температура | 20.0 | СН#1 | СН#3 | СН#6 | СН#4 | СН#5 |
| (°C) | ||||||
| Датчик оптического кабеля | 36.3 | 39.6 | 39.2 | 25.1 | 19.9 | |
| Термопара | 34.7 | 38.1 | 38.6 | 17.8 | 20.7 | |
| Выработка (Вт/м) | 15.3 | Блок с контролируемой температурой | Приведение в соответствие с атмосферными условиями | Ванна с водой | Атмосферная температура | |
| Эталонная температура (°С) | 30.0 | СН#1 | СН#3 | СН#6 | СН#4 | СН#5 |
| Датчик оптического кабеля | 40.3 | 40.7 | 38.9 | 25.6 | 21.6 | |
| Термопара | 39.8 | 39.8 | 38.5 | 18.5 | 21.5 | |
| Выработка (Вт/м) | 14.8 | Блок с контролируемой температурой | Приведение в соответствие с атмосферными условиями | Ванна с водой | Атмосферная температура | |
| Эталонная температура (°С) | 40.0 | СН#1 | СН# 3 | СН#6 | СН#4 | СН#5 |
| Датчик оптического кабеля | 44.2 | 39.8 | 38.4 | 24.7 | 21.9 | |
| Термопара | 45.5 | 39.3 | 38.1 | 18.1 | 21.3 | |
| Выработка (Вт/м) | 13.6 | Блок с контролируемой температурой | Приведение в соответствие с атмосферными условиями | Ванна с водой | Атмосферная температура | |
| Эталонная температура (°С) | 50.0 | СН#1 | СН#3 | СН#6 | СН#4 | СН#5 |
| Датчик оптического кабеля | 52.0 | 39.3 | 39.7 | 25.1 | 22.2 | |
| Термопара | 52.0 | 38.6 | 39.6 | 18.3 | 21.9 |
Пример 2
Формируют, посредством экструдирования, изоляцию на нагревательном элементе, изготовленном из проводника из сплава с сопротивлением металла, далее датчик оптического кабеля комбинируют с изолированным нагревательным элементом, фиксируют указанный датчик оптического кабеля посредством оплетки из медной проволоки и затем экструдируют наружную оболочку для изготовления испытательного образца нагревательного кабеля.
Полученный испытательный образец размещен в камере с контролируемой температурой, причем данная камера имеет равномерную скорость воздуха при температуре атмосферы, как изображено на фиг.8, и температуры датчика оптического кабеля измерены при изменении температуры на различных участках испытательного образца и выработки испытательного образца. Результаты приведены в нижеследующей таблице 2.
| Таблица 2 | |||||||||||
| Изменения температуры нагревательного кабеля с использованием, в качестве нагревательного элемента, проводника из сплава с сопротивлением металла | |||||||||||
| Эталонная температура (°C) | 10.0 | ||||||||||
| Выработка (Вт/м) | 0 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 70 |
| Датчик оптического кабеля #1 | 10.6 | 23.7 | 27.1 | 31.5 | 34.1 | 37.3 | 41.2 | 46.9 | 48.3 | 53.3 | 59.1 |
| Датчик | 10.5 | 23.9 | 27.0 | 31.7 | 34.2 | 37.5 | 41.5 | 46.8 | 48.2 | 53.4 | 59.2 |
| оптического кабеля #2 | |||||||||||
| Термопара #1 | 10.4 | 22.8 | 26.4 | 31.0 | 33.4 | 36.3 | 40.4 | 45.8 | 47.2 | 52.1 | 58.1 |
| Термопара #2 | 10.4 | 22.6 | 26.4 | 30.9 | 33.3 | 36.3 | 40.3 | 45.2 | 47.0 | 50.9 | 57.3 |
| Эталонная температура (°C) | 5.0 | ||||||||||
| Выработка (Вт/м) | 0 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 70 |
| Датчик оптического кабеля #1 | 5.5 | 19.5 | 22.8 | 26.3 | 29.8 | 33.0 | 39.0 | 41.2 | 44.4 | 49.1 | 55.1 |
| Датчик оптического кабеля #2 | 5.7 | 20.2 | 23.9 | 27.5 | 31.3 | 33.9 | 40.1 | 42.3 | 45.3 | 50.4 | 56.2 |
| Термопара #1 | 5.4 | 18.4 | 22.0 | 25.4 | 29.2 | 32.1 | 38.1 | 40.8 | 43.9 | 48.3 | 54.0 |
| Термопара #2 | 5.5 | 19.6 | 23.1 | 26.9 | 30.6 | 33.2 | 39.4 | 41.6 | 44.5 | 49.6 | 55.3 |
Сравнительный пример 1
Из расчета на температурную зону, к поверхности испытательного образца нагревательного кабеля из Примера 1 присоединена термопара, и температура измерена таким же образом, как и в Примере 1.
Сравнительный пример 2
К поверхности испытательного образца нагревательного кабеля из Примера 2 присоединена термопара, и температура измерена таким же образом, как и в Примере 2.
Испытательные образцы нагревательных кабелей, указанные в вышеприведенных примерах и сравнительных примерах, размещены в испытательном устройстве, и измерена температура системы и выработка нагревательного кабеля для оценки эксплуатации соответствующих испытательных образцов.
На фиг.7 и 8 приведены схематичные изображения измерительных устройств, используемых для Примера 1 и Примера 2.
В Примере и Сравнительном примере, как показано на фиг.7, испытательное устройство имеет три зоны, имеющие различные температурные условия, например, блок 50 с контролируемой температурой, зону, подверженную влиянию атмосферы, и ванну 60 с водой, содержащую заранее определенное количество воды. Блок 50 с контролируемой температурой представляет собой устройство, выполненное для циркуляции текучей среды при равномерной скорости потока для поддержания температуры, предназначенной для испытания. В соответствии с различными условиями в трех зонах испытательного устройства измерена температура датчика оптического кабеля и температура термопары, закрепленной на поверхности нагревательного кабеля, и сравнены полученные температуры.
В Примере 2 и Сравнительном примере 2, как показано на фиг.8, нагревательный кабель 70 закреплен на полке зигзагообразным образом и размещен в камере 80 с контролируемой температурой, в которой циркулирует воздух с равномерной скоростью. При этом при различных условиях сравнены температуры термопар, закрепленных на поверхности 70 нагревательного кабеля, и температуры, измеренные датчиком оптического кабеля в нагревательном кабеле.
Выработка нагревательного кабеля рассчитана посредством изменения, при помощи трансформатора, напряжения, приложенного к нагревательному кабелю, и посредством измерения тока, протекающего через нагревательный кабель.
Результаты измерений по Примеру 1
Можно видеть, что нет разницы между измеренной температурой термопары, установленной на испытательном образце, и температурой, измеренной датчиком оптического кабеля. Кроме этого, очевидно, что при изменении температур в различных участках испытательных образцов изменение температуры в каждом участке воспринято с высокой точностью датчиком оптического кабеля. Можно видеть, что распределение изменения температуры по нагревательному и температура в каждой точке нагревательного кабеля измерены с высокой точностью датчиком оптического кабеля и выведены на дисплей.
Можно видеть, что температура участка, погруженного в ванну с водой, измеренная датчиком оптического кабеля, превышает температуру, измеренную термопарой. Причина этого состоит в том, что термопара измеряет температуру воды в ванне с водой, а датчик оптического кабеля измеряет температуру только нагревательного кабеля. Данная разница показывает, что при реальном измерении температуры датчик оптического кабеля способен измерять температуру более непосредственно и точно, а также то, что температуры, измеренные в зависимости от положения датчика, могут быть отличны от реальных температур.
Результаты измерений по Примеру 2
Можно видеть, что при сравнении измеренных значений термопары и датчика оптического кабеля изменения в температуре нагревательного кабеля, вызванные в соответствии с изменением выработки нагревательного кабеля, равны друг другу. В реальной ситуации непрерывное распределение температуры, появляющееся в продольном направлении нагревательного кабеля, можно подробно видеть на основании измеренного значения датчика оптического кабеля. Данное непрерывное распределение температуры не может быть получено при использовании термопар.
1. Интеллектуальный нагревательный кабель для использования в системе сопроводительного обогрева, содержащий:
нагревательный элемент и изоляционный слой, сформированный на внешней поверхности данного нагревательного элемента, причем
нагревательный кабель имеет гибридную конструкцию, в которой оптический кабель в качестве датчика скомбинирован с нагревательным кабелем, при этом оптический кабель установлен по существу снаружи изоляционного слоя.
2. Интеллектуальный нагревательный кабель по п. 1, в котором нагревательный элемент выбран из полимерного нагревательного элемента, проявляющего положительный температурный коэффициент (РТС) характеристик сопротивления, полимерного нагревательного элемента, выполненного с возможностью вырабатывания тепла при использовании электрической энергии, проводника из сплава с сопротивлением металла и медного проводника.
3. Интеллектуальный нагревательный кабель по п. 2, в котором указанный полимерный нагревательный элемент содержит в полимерном материале, образующем нагревательный элемент, в качестве проводникового материала, проявляющего электропроводность, любой материал, выбранный из технического углерода, металлического порошка и углеродного волокна.
4. Интеллектуальный нагревательный кабель по п. 2, в котором указанный проводник из сплава с сопротивлением металла содержит в качестве основного компонента любой материал, выбранный из меди-никеля, никель-хрома и железа-никеля.
5. Интеллектуальный нагревательный кабель по п. 2, отличающийся тем, что указанный медный проводник содержит что-либо одно из непокрытой меди, покрытой оловом меди, покрытой серебром меди и покрытой никелем меди.
6. Интеллектуальный нагревательный кабель по п. 1, отличающийся тем, что указанный оптический кабель изготовлен из оптоволокна, такого как стеклянное оптоволокно или пластиковое оптоволокно.
7. Способ изготовления интеллектуального нагревательного кабеля, содержащий этапы, на которых:
формируют посредством использования экструзионного формования на внешней поверхности нагревательного элемента нагревательного кабеля изоляцию, выполненную с возможностью защиты указанного нагревательного кабеля, комбинируют датчик оптического кабеля, работающий в качестве датчика температуры, с изолированным нагревательным элементом, при этом оптический кабель устанавливают по существу снаружи изоляционного слоя, фиксируют указанный датчик оптического кабеля на указанном изолированном нагревательном элементе посредством оплетки из медной проволоки или оплетки из хлопка, экструдируют наружную оболочку и выполняют процесс последующей обработки.
