專(zhuān)利名稱(chēng)：采用差分溫度敏感器的儀表及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
本申請(qǐng)是一個(gè)以與本申請(qǐng)同一發(fā)明人的名義于1987年6月5日提交的系列號(hào)為NO.058956并轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的共同受讓人的部份繼續(xù)申請(qǐng)。本申請(qǐng)還涉及到一個(gè)名為“差分溫度敏感器”的同時(shí)提交的申請(qǐng)，它是上述同一個(gè)申請(qǐng)的部份繼續(xù)，并以同一個(gè)發(fā)明人的名義轉(zhuǎn)讓給與本申請(qǐng)共同的受讓人。兩個(gè)交義申請(qǐng)相結(jié)合作為本申請(qǐng)的參改。
本發(fā)明涉及采用差分溫度敏感器或探測(cè)器的儀表及監(jiān)視系統(tǒng)，更具體講，本系統(tǒng)采用改進(jìn)的，巧妙分裂的差分溫度敏感器或探測(cè)器，用來(lái)探測(cè)壓力容器中是否存在水，諸如在蒸汽透平系統(tǒng)中的一個(gè)抽水管。
正如在本技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)熟知的，差分溫度敏感器憑借熱力學(xué)的及流體學(xué)的原理，有選擇地感知在液態(tài)或氣態(tài)下的物質(zhì)是否存在及/或是否在流動(dòng)。第3366942號(hào)美國(guó)迪安尼(Deane)專(zhuān)利闡述了一種類(lèi)似的先有技術(shù)的差分溫度敏感器，用作一個(gè)流體阻塞的探測(cè)器。該敏感器或探測(cè)器包括一對(duì)熱敏探頭，該探頭與一個(gè)加熱器探頭具有熱聯(lián)系。敏感器與加熱器探頭適當(dāng)?shù)匕仓迷谝粋€(gè)有物質(zhì)流動(dòng)的導(dǎo)管內(nèi)。加熱器探頭被安置在距離其中一個(gè)敏感器探頭較另一個(gè)更靠近些。在無(wú)流體流動(dòng)時(shí)，更靠近加熱器探頭的敏感探頭較另一敏感探頭具有更高的溫度;相反，當(dāng)一種流體物質(zhì)流經(jīng)這些探頭時(shí)，將從加熱器探頭把熱逸出，因而在兩個(gè)敏感探頭之間的溫度差降低或消失。
第3898638號(hào)美國(guó)迪安尼等人的專(zhuān)利闡述了另一種此類(lèi)差分溫度敏感器，它與前述的第3366942號(hào)迪安尼專(zhuān)利具有相同的基本結(jié)構(gòu)，但有一個(gè)改進(jìn)的有關(guān)溫度敏感探頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它具有更高的測(cè)量精度。如該專(zhuān)利所指出的，加熱器探頭對(duì)于兩個(gè)溫度敏感探頭的差分加熱可以部份地用以下方法完成，例如，在加熱器探頭與兩個(gè)敏感探頭中更靠近的那個(gè)探頭之間進(jìn)行熱分流，再就是在靜止的介質(zhì)中對(duì)流及/或傳導(dǎo)以及在分流中的傳導(dǎo)，用來(lái)在探頭之間進(jìn)行差分載熱。
另一型式的這種差分溫度敏感探頭，也具有相同的基本構(gòu)造，即有一對(duì)溫度敏感器和一個(gè)加熱器元件，后者被安置在更靠近兩個(gè)溫度敏感器中的一個(gè)，該構(gòu)造在NO.4449403號(hào)姆斯昆(McQueen)的美國(guó)專(zhuān)利中予以揭示。姆斯昆裝置的詳細(xì)申請(qǐng)書(shū)中利用多個(gè)此類(lèi)敏感器，將其置于一個(gè)垂直的多層管束中，后者又被放入一個(gè)反應(yīng)容器中的導(dǎo)管內(nèi)，用多個(gè)敏感器的輸出指示燃料棒范圍內(nèi)介質(zhì)的濕/干狀況，這屬于另外的目的及功能。對(duì)于此種反應(yīng)容器，特別關(guān)心的是是否存在穴，如汽穴，它將核燃料棒的反應(yīng)堆冷卻劑擠出去，于是燃料棒將得不到充分的冷卻而引起過(guò)熱。更具體地說(shuō)，所揭示的合成裝置乃被用來(lái)感知處于以下三種工況的冷卻劑性質(zhì)，即低溫冷卻態(tài)(正常運(yùn)行工況);飽和液態(tài)(沸騰工況)及飽和蒸汽態(tài)(一種真空工況)。如該專(zhuān)利所揭示的，不正確的工況將引起“水擊”作用，它產(chǎn)生壓力沖擊，這種沖擊能破壞管路，管路支架，容器，閥以及其他類(lèi)似的重要設(shè)備。
NO4440717號(hào)美國(guó)別維拉克(Bevilacgua)等人的專(zhuān)利同樣揭示了一種儀表系統(tǒng)，它使用若干敏感器，處于在垂直方向被隔開(kāi)的幾個(gè)高度上并被置于一個(gè)核反應(yīng)容器內(nèi)，每一敏感器包括一個(gè)加熱器，用來(lái)對(duì)一對(duì)熱偶中的一個(gè)進(jìn)行加熱，該熱偶用導(dǎo)線連接借以提供絕對(duì)溫度及其間的差分溫度，為了探測(cè)容器內(nèi)的液態(tài)冷卻劑水位，還利用對(duì)液體及氣體或蒸汽進(jìn)行熱傳導(dǎo)時(shí)，其熱傳導(dǎo)特性的差異來(lái)感知液體的水位。用于核反應(yīng)堆容器或其他壓水系統(tǒng)的類(lèi)似的敏感器及相關(guān)系統(tǒng)的原理在斯密士(Smith)的NO.4418035美國(guó)專(zhuān)利及NO.4439396號(hào)勞勒斯泰德(Rolstad)的美國(guó)專(zhuān)利中進(jìn)行了闡述。斯密士的NO.4418035號(hào)專(zhuān)利還進(jìn)一步闡述了采用這種敏感器的多功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
如上述相互參考的申請(qǐng)中所揭示的，差分溫度敏感器或探測(cè)器以及本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)都已被廣泛應(yīng)用，其中包括如在上面所參考的專(zhuān)利中那樣用于檢測(cè)并監(jiān)視核反應(yīng)系統(tǒng)的壓力容器狀況，隨著具體地參考汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行與予防性維修，它們已經(jīng)被發(fā)展了。這些發(fā)電機(jī)由于將水或冷卻蒸氣導(dǎo)入汽輪機(jī)而發(fā)生了問(wèn)題，變得更加危險(xiǎn)，特別是它們?cè)絹?lái)越多地處于周期性及/或輪換性運(yùn)行方式下。在熱循環(huán)中，設(shè)備的不正常工作將引起上述的在不同位置上出現(xiàn)水等的導(dǎo)入現(xiàn)象，包括在主蒸汽的進(jìn)汽管，熱-再熱蒸汽的進(jìn)汽管、冷-再熱蒸汽的管路、抽汽連接管路、蒸汽密封系統(tǒng)及汽輪機(jī)的排汽管路等。除了由于導(dǎo)入水或冷蒸汽而造成構(gòu)造上的損害及機(jī)械上的故障外，由此而引起的不定期仃機(jī)(維修)時(shí)間也是一個(gè)被嚴(yán)重關(guān)切的問(wèn)題。
除了發(fā)生導(dǎo)入現(xiàn)象的具體位置之外，確認(rèn)各種不同的導(dǎo)入類(lèi)型亦即可能出現(xiàn)的導(dǎo)入水的類(lèi)型也是很重要的。例如，當(dāng)在與汽輪機(jī)相聯(lián)結(jié)管路的側(cè)面上的水膜流動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)入現(xiàn)象，其典型的原因是由于在冷管側(cè)面的蒸汽凝結(jié)或由于一種過(guò)噴工況而凝結(jié)而產(chǎn)生的。可能出現(xiàn)水的微滴或“碎流”(Chunkflow)，這可想象如一種連續(xù)的水噴射，由水滴轉(zhuǎn)變成霧狀并與蒸汽相混合?？赡墚a(chǎn)生未蒸發(fā)的液滴，也就是，水滴完全充滿(mǎn)在一段管路內(nèi)，且順管?chē)娚?，估?jì)此現(xiàn)象是由于水的閃蒸留所造成。雙相流現(xiàn)象也已被發(fā)現(xiàn)，它通常是由一種被定義為不利的“水-汽”的混合物組成，該混合物是由高能量水的閃蒸留所產(chǎn)生，且可能包含一部分固態(tài)水的芯流(Coreflow)。最后，管路中可能出現(xiàn)水的原因是很多的，諸如由于凝結(jié)、噴射或流動(dòng)、給水加熱器管路泄漏、及/或排出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷和它們的某些結(jié)合等造成。但是，絕大多數(shù)水的導(dǎo)入事件是屬于上述的最后一種類(lèi)型，即緩慢產(chǎn)生型，而且，它還可能是另一類(lèi)水導(dǎo)入事件的前期過(guò)程。因此，并無(wú)需乎如此限制在它的范圍內(nèi)，本發(fā)明的敏感器或探測(cè)器以及所屬的檢測(cè)系統(tǒng)是針對(duì)這一更為寬廣的，即最后所述的范疇的，因此，也即為了監(jiān)測(cè)管路內(nèi)的工況，更明確地說(shuō)，乃是為了探測(cè)在與汽輪機(jī)系統(tǒng)相聯(lián)結(jié)的管路內(nèi)水的較緩慢的產(chǎn)生過(guò)程。如所指出的，這種水源可以是鍋爐及給水加熱器、由于凝結(jié)而積聚的，噴射器，出故障及管路破損產(chǎn)生的、在汽輪機(jī)自身內(nèi)部由于凝結(jié)而集聚的以及當(dāng)處在濕域內(nèi)的工作階段時(shí)產(chǎn)生的水。
除了以前專(zhuān)利中所揭示的具體敏感器之外，將這些用于監(jiān)視及探測(cè)是否存在水份的差分溫度敏感器加以具體化的商業(yè)上可用的系統(tǒng)也已被發(fā)展了。所有權(quán)歸施拉姆貝格(Schlumgerger)的“太陽(yáng)能傳感器的一個(gè)部件-”太陽(yáng)能保護(hù)系統(tǒng)(Solartronpro-tectiveSystems)”提供了一個(gè)“自行生效的進(jìn)水監(jiān)視系統(tǒng)”，其注冊(cè)商標(biāo)為HYDRATECT-2455D。借助于電極的方法在一個(gè)集流管(manifold)內(nèi)進(jìn)行電阻測(cè)量，該電極法可用來(lái)對(duì)水和蒸汽(或空氣)的電阻進(jìn)行鑒別。如在其推銷(xiāo)說(shuō)明書(shū)中所述，電極的通電尖端與導(dǎo)管管體相關(guān)，且將此尖端與管體之間用一個(gè)高純度絕緣體加以絕緣，一對(duì)此類(lèi)電極可安裝在各導(dǎo)管(如被監(jiān)視的排氣管)的雙口集流管中，每一電極則探測(cè)是否有水或蒸汽存在，而其輸出則被獨(dú)立的連線引至一個(gè)電子鑒別電路上。一個(gè)鑒別電路用來(lái)檢查部件的故障并顯示每一電極電路內(nèi)是否存在故障。對(duì)處于相同條件下的兩個(gè)電極電路的有效檢查，如本文所述，乃是作為指示是否存在故障的一個(gè)基礎(chǔ)。但是，HYDRATECT-2455D的太陽(yáng)能系統(tǒng)在許多方面存在缺陷，且其自身無(wú)法提供可靠而長(zhǎng)壽命的特性。例如，敏感器通常是圓柱形構(gòu)造，且制成適于透過(guò)一定穿嵌在一個(gè)壓力容器的側(cè)壁并固定在其上，如常規(guī)者同，圓柱結(jié)構(gòu)的一部份包括一個(gè)由絕緣材料制成的環(huán)狀帶，它將敏感器的電極尖端與構(gòu)造的其他部份絕緣地隔開(kāi)。必須在絕緣帶與電極以及與敏感器的圓柱形側(cè)壁的其余部份各自的結(jié)合面上提供一個(gè)緊密的壓力密封，例如，用瓷與金屬“焊接”。不同材料，即陶瓷與金屬的接觸面，也就是敏感器構(gòu)造的涂面，非常易于漏泄以致完全破碎，這特別是考慮到當(dāng)它處于相當(dāng)有害的環(huán)境(如溫度循環(huán)、振動(dòng)等等)下時(shí)更是如此。根據(jù)有代表性的經(jīng)驗(yàn)，此類(lèi)敏感器最多僅有1-3年的可靠壽命。不僅此種類(lèi)型的敏感器不能提供長(zhǎng)壽命特性(而這正是一個(gè)有效的監(jiān)視系統(tǒng)所必不可少的)，它們易于泄漏和破損的傾向?qū)θ松硪彩且粋€(gè)嚴(yán)重的威脅。再者，由于它們的構(gòu)造，正如已經(jīng)描述及將予評(píng)價(jià)的那樣，當(dāng)予定要進(jìn)行監(jiān)視的系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)其敏感器是不可能在線修理或置換的。
另一個(gè)商品化系統(tǒng)是由弗路易德公司分部(FluidCompon-ents，Inc)提供的，並在其為“液體平面及接觸面控制器”的小冊(cè)子中引述了屬于以上所參考的NO.3366942，3898638及4449403等號(hào)專(zhuān)利所公開(kāi)的系統(tǒng)中的保護(hù)措施。如在這些專(zhuān)利中所闡述的那樣，結(jié)合有探頭的敏感器用作測(cè)量溫度差。各輸出信號(hào)的比值受介質(zhì)探頭相接觸的支配，例如，可以對(duì)液體/氣體及液體/液體的表面以及濕/干工況等進(jìn)行探測(cè)。與敏感器相連接的液面及接觸面控制器所使用的監(jiān)視及校準(zhǔn)電路被認(rèn)為是可以使用的。但是，這些敏感器及所連接的控制器不適宜用于汽輪機(jī)系統(tǒng)的有害環(huán)境中，特別是，不宜用于為予知水導(dǎo)入所需執(zhí)行的探測(cè)功能。例如，敏感器不能承受有關(guān)的高壓高溫工況。再者，敏感器是不對(duì)稱(chēng)的并本來(lái)就缺乏任何雙重的功能能力，這些是指按照本發(fā)明進(jìn)行有效而可靠的監(jiān)視和控制來(lái)說(shuō)是必不可少的。例如，一個(gè)由本發(fā)明的敏感器及相關(guān)引流所完成的重要的阻礙試驗(yàn)(foulingtest)是非對(duì)稱(chēng)敏感器及包含該敏感器的系統(tǒng)所不能完成的再者，由于缺乏任何雙重構(gòu)造，后者也無(wú)能“在線”地自動(dòng)地替換一個(gè)故障元件，例如一個(gè)加熱器元件。還有敏感器的具體結(jié)構(gòu)不允許在工作中對(duì)故障加熱器及/或熱偶元件進(jìn)行物理置換。再就是，這種敏感器及所需的相關(guān)系統(tǒng)，如果在加熱器及熱偶元件周?chē)辉O(shè)隔離措施，則無(wú)法在有蒸汽流的環(huán)境中工作，這是因?yàn)榧词购艿偷钠魉俣纫矔?huì)比水更快地將熱帶走。
盡管在技術(shù)上具有某些先進(jìn)性，現(xiàn)時(shí)應(yīng)用的敏感器及監(jiān)視與警報(bào)系統(tǒng)采用了相同的裝置，如在上面所標(biāo)出的文件中所述及的那樣，它們?cè)诠I(yè)上希望“安全”這一關(guān)鍵要求上是失敗的。例如，在上面所指出的有關(guān)汽輪機(jī)的水導(dǎo)入問(wèn)題上，早在1970年開(kāi)始的研究工作已能較好地予以解決了。
水導(dǎo)入事故已經(jīng)變得如此令人關(guān)心，美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)(ASME)在予防汽輪機(jī)遭受水份害問(wèn)題上建立了一個(gè)委員會(huì);在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)/美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)(ANSI/ASME)的TDP-1-1985號(hào)標(biāo)準(zhǔn)中載有建議電站設(shè)計(jì)包含予防水傷害的條款。最近，本發(fā)明的受讓人為EPRI(工程部件要求協(xié)會(huì))對(duì)實(shí)際運(yùn)行的發(fā)電設(shè)備的研究報(bào)告由在EPRI所準(zhǔn)備并發(fā)行的CS-4285號(hào)最后報(bào)告中，名為“汽輪機(jī)進(jìn)水探測(cè)(“DetectionofwaterInductioninSteamTurbiness”)，階段Ⅲ，”現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中予以公開(kāi)。這些研究強(qiáng)調(diào)了對(duì)于在汽輪機(jī)的環(huán)境下探測(cè)水導(dǎo)入的嚴(yán)重問(wèn)題而使用的可靠敏感器及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所提出的連續(xù)性與關(guān)鍵性要求。
因此，為了可靠地探測(cè)汽輪機(jī)潛在的嚴(yán)重的水導(dǎo)入問(wèn)題，同時(shí)，也為了探測(cè)一種液體/氣體(蒸汽)工況及/或諸如在核反應(yīng)容器中所存在的其他高壓及高溫環(huán)境下所出現(xiàn)的任何變化，仍然存在一種對(duì)應(yīng)用差分溫度敏感器的改進(jìn)的檢測(cè)及監(jiān)視系統(tǒng)仍保留了關(guān)鍵性的嚴(yán)格要求?；蛟S，對(duì)用于汽輪機(jī)的水導(dǎo)入監(jiān)視系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最為關(guān)鍵的一點(diǎn)是這樣一個(gè)事實(shí)敏感器及與之相連系的控制系統(tǒng)在被要求產(chǎn)生一個(gè)反應(yīng)來(lái)指示可能發(fā)生水導(dǎo)入現(xiàn)象以前多年來(lái)基本上處于不起作用的狀態(tài)。但是，在這么長(zhǎng)的過(guò)程中，可想而知電氣元件，亦即加熱器及熱偶元件，由于它們所承受的振動(dòng)及循環(huán)式工況而導(dǎo)致周期性故障。由此引出結(jié)論是，敏感器本身必須具有堅(jiān)固的構(gòu)造和足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以便在實(shí)際上無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，去承受高溫、高壓工況，循環(huán)工況和振動(dòng)等，並在上述惡劣工況下仍能發(fā)出高度準(zhǔn)確且可靠的輸出。由于無(wú)論在敏感器內(nèi)的熱元件還是溫度探測(cè)元件都存在發(fā)生故障的潛在可能性，所以敏感器及所連接的監(jiān)視與控制電路必須具備在線試驗(yàn)?zāi)芰?，以及?duì)敏感器的加熱器及熱偶元件進(jìn)行在線置換的能力。再者，每一敏感器應(yīng)是雙重備用的或有多余部件，同時(shí)，所連接的控制與監(jiān)視電路應(yīng)能產(chǎn)生自動(dòng)警報(bào)信號(hào)以指示對(duì)這種故障的探測(cè)結(jié)果，還應(yīng)能根據(jù)所測(cè)到的故障而自動(dòng)切換到雙重的或沉余的元件上去。
一件被密切關(guān)注的相關(guān)事情是穿過(guò)容器側(cè)壁的穿透件的數(shù)目應(yīng)為最少，這無(wú)論是從構(gòu)造的整體性以及裝置的效率觀點(diǎn)看都應(yīng)是如此;上述容器乃指其中狀態(tài)屬于被監(jiān)視范圍，也就是其中設(shè)置有敏感器。再者，考慮到所期望的雙重化能力，敏感器輸出所保證的精確度限定被監(jiān)視的同一個(gè)狀態(tài)應(yīng)大體上受到每個(gè)敏感器的獨(dú)立的雙重化元件的監(jiān)視。
如在上面相互參考的申請(qǐng)中所揭示的并包括在本發(fā)明的檢測(cè)及監(jiān)視系統(tǒng)中差分溫度敏感器，它克服了前述及其他問(wèn)題并消除了先有技術(shù)中存在的缺陷，能夠滿(mǎn)足上述各項(xiàng)目標(biāo)。
根據(jù)所揭示的各種不同的實(shí)施例，敏感器或探測(cè)器一律設(shè)計(jì)得很堅(jiān)固并提供可靠而安全的帶穿過(guò)物的壓力容器而且在一定水平的精確度以及所連接的檢測(cè)系統(tǒng)具備經(jīng)過(guò)鑒定的監(jiān)視能力的前提之下此類(lèi)穿過(guò)物具有最小的數(shù)量。所揭示的各種實(shí)施例裝有必不可少的加熱器與熱偶元件從而提供所要求的差分溫度檢測(cè)和探測(cè)功能，還有這些元件的在線試驗(yàn)和在線置換的能力再者，在某些個(gè)最佳的雙特性敏感器實(shí)施例中還包括在實(shí)際運(yùn)行中利用所連接的檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障元件的自動(dòng)置換。整個(gè)裝置共用一個(gè)基座，并同屬一個(gè)普通圓柱形的熱電偶套管體構(gòu)造，該構(gòu)造由一個(gè)小間隙沿一個(gè)雙向平面形成的兩個(gè)等同的半圓柱形探頭，該探頭組合地連接到一個(gè)共用的圓柱形支座并從該處延伸出來(lái)。在另一個(gè)實(shí)施例中，該體被第二個(gè)雙向平面所隔開(kāi)，即進(jìn)行十字交叉的隔斷或橫向第一個(gè)平面并由此而劃定了四個(gè)完全相同的1/4圓柱體探頭。因此，所闡述的部份圓柱體，都可同等條件地被采用。后部的外周上有部分螺紋并被焊接至一個(gè)蒸汽管或其他壓力容器上的夾持器接收和固定住;另外也可用套管焊接的方式來(lái)替代。部份圓柱體探頭由此而伸進(jìn)管路內(nèi)部，或被嵌到一個(gè)夾持器上，在每一個(gè)此類(lèi)裝置中，探頭與管路或容器中的液體是相通的，以便于完成此敏感/探測(cè)功能。因此，采用了共通的闡述方法探測(cè)器或敏感器被安置在壓力容器上，其探頭與被監(jiān)視的壓力容器內(nèi)的液體接觸。其支座從上方自由端鉆孔界限出一般的圓柱體通路腔在其中，直通到后部與半圓柱探頭接合處的底板上為止。
根據(jù)該敏感器的第一個(gè)最佳實(shí)施例，有一個(gè)中心膛孔和相對(duì)于中央膛孔對(duì)稱(chēng)排列的膛孔，它們以平行的軸線關(guān)系從其底板延伸到每個(gè)半圓柱探頭;在每個(gè)半圓柱探頭中，加熱器元件被嵌到中心孔而且有一對(duì)熱電偶敏感元件被嵌到相應(yīng)對(duì)的對(duì)稱(chēng)排列的膛孔中。于是，敏感器成為雙重構(gòu)造和功能的敏感器，每個(gè)探頭可被選定為加熱探頭/熱電偶，從而，加熱器元件可被供以電力，另一個(gè)探頭則成為無(wú)加熱效果的元件，它作為非加熱的熱電偶元件，借此而使其功能如同一個(gè)差分溫度敏感器。如下面所更詳細(xì)描述的，兩個(gè)探頭的相連互補(bǔ)元件可被互換地選用，這種雙重構(gòu)造具有許多好處，包括為了完成檢驗(yàn)及阻塞性試驗(yàn)以及在探測(cè)出元件故障時(shí)為了自動(dòng)替換互補(bǔ)元件而進(jìn)行自動(dòng)切換或在加熱器元件的互補(bǔ)部件之間進(jìn)行往復(fù)切換從而具備連續(xù)監(jiān)視功能而不必再介意單獨(dú)元件的故障。
借助于將該支座連至管路或容器壁上，后者作用如同一個(gè)溫度散熱器，它在被加熱的和不被加熱的半圓柱形探頭之間提供熱隔離，這就提高了熱電偶輸出的精確度。有一個(gè)接線盒固定于上方、支座的自由端用來(lái)連接加熱器和熱電偶的電氣引線通過(guò)一根電纜連至外部的監(jiān)測(cè)、控制及電力電路上。在敏感器設(shè)計(jì)中提供了將元件夾緊在其被嵌在的位置上，且較容易地在線置換加熱器和熱電偶的各元件的而無(wú)任何取下熱電偶套管外殼的要求。
如此處所揭示并要求專(zhuān)利權(quán)的儀表和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在一個(gè)連續(xù)的基礎(chǔ)上完成了對(duì)于加熱器及所屬每對(duì)敏感器探頭的熱電偶元件的持續(xù)檢查，同時(shí)，對(duì)于這些元件中任一個(gè)所發(fā)生的故障提供了適當(dāng)?shù)闹甘?。?dāng)探測(cè)到一個(gè)故障元件后，系統(tǒng)自動(dòng)地切換到元件的互補(bǔ)組件上，根據(jù)需要而糾錯(cuò)和將故障元件排除。這就確保了敏感器的連續(xù)工作并防止由于部件故障而發(fā)生虛警。更具體地說(shuō)，如上所述該敏感器即作用如前述的一個(gè)差分溫度敏感器。這樣，將兩個(gè)半圓柱形探頭分別加標(biāo)記A及B，那么加熱器A可以在最初即帶上電。對(duì)稱(chēng)設(shè)置的熱電偶A1和A2中的一個(gè)，比如A1，被用來(lái)連接探頭B的熱電偶B1和B2中的一個(gè)，例如B1，不管熱電偶A1與B1中有哪一個(gè)故障，系統(tǒng)都將自動(dòng)切換至各自的備用熱電偶A2及B2上。同理，如加熱器A故障，則系統(tǒng)將自動(dòng)切換至加熱器B。如下所述，差分溫度指示(8T)將有相同的值及相反的符號(hào)。由敏感器的雙重化特性所提供的切換或轉(zhuǎn)接能力由此可使我們將故障元件代之以完好的元件，而不需中斷連續(xù)性監(jiān)視及發(fā)出虛警。再者，由于在線試驗(yàn)中加熱器A與加熱器B之間的往復(fù)切換，使試驗(yàn)工作的有效性提高了。比較其各自的輸出的結(jié)果，亦即產(chǎn)生了數(shù)值相等而符號(hào)相反的T讀數(shù)，系統(tǒng)能確認(rèn)出敏感器沒(méi)有由于材料的堆積而被阻塞，以及確認(rèn)該校驗(yàn)保持有效。
第二個(gè)組合式探測(cè)器或敏感器的第二個(gè)實(shí)施例類(lèi)似地采用了一個(gè)基本上為圓柱形的熱電偶套管體，它有2個(gè)(或4個(gè))等同的部分圓柱體探頭，但在每一個(gè)探頭中僅形成一個(gè)簡(jiǎn)單的膛孔。一個(gè)簡(jiǎn)單個(gè)加熱器/溫度計(jì)元件，同時(shí)有效地加熱并測(cè)量探頭溫度，它們被安置在每個(gè)膛孔內(nèi)。加熱器/溫度計(jì)元件是由鎳、鐵或其他類(lèi)似的純金屬制成，其電阻值與溫度基本上是線性關(guān)系。對(duì)于每對(duì)相關(guān)的探頭來(lái)說(shuō)，其中的一個(gè)加熱器/溫度計(jì)元件被供以足夠的電流以便將其相應(yīng)的探頭加熱，而另一個(gè)則供以小的多的電流，前者執(zhí)行加熱元件(或探頭)的功能，后者則執(zhí)行基準(zhǔn)元件(或探頭)的功能。兩個(gè)加熱器/溫度計(jì)元件可以方便地連接作為一個(gè)橋的相應(yīng)臂，并對(duì)之供以一定的成正比關(guān)系的電流，跨在基準(zhǔn)探頭的加熱器/溫度計(jì)元件兩端的電壓降被相應(yīng)地乘以相同的比例系數(shù)，并將其乘積以相反的方向，用差分放大器與跨在加熱元件兩端的電壓降進(jìn)行比較。由此而得到的合成差分電壓(V)代表了在所選的一對(duì)問(wèn)題之間的差分溫度(T)(亦即T＝K(V)，此處K為已知常數(shù))。與第一實(shí)施例相同，當(dāng)敏感器探頭暴露在蒸汽中時(shí)，將保持一個(gè)高電平的差分電壓;而當(dāng)該探頭被水包圍時(shí)，差分電壓被降低。此實(shí)施例有雙重化特性，如上所述，為了提高監(jiān)視/試驗(yàn)運(yùn)行水平，它允許反復(fù)切換。
根據(jù)組合式敏感器式檢測(cè)器的另一個(gè)實(shí)施例，兩個(gè)膛孔對(duì)稱(chēng)地安置在兩個(gè)“半圓柱”式探頭的每一個(gè)中，有四個(gè)此類(lèi)加熱器/熱電偶元件被放置在各膛孔內(nèi)。這樣提供的兩對(duì)加熱器和基準(zhǔn)元件，每一這樣的對(duì)包括了由兩個(gè)半圓柱式探頭中的一個(gè)。最好是各膛孔以對(duì)稱(chēng)關(guān)系形成在各探頭中，而且兩組具有對(duì)角關(guān)系的元件分別連接成兩對(duì)。因此，本實(shí)施例具有一種雙重化特點(diǎn)，它提供了上述轉(zhuǎn)換式往復(fù)切換的能力，從而提高了監(jiān)視/試驗(yàn)工作的效能，并在元件故障時(shí)使能自動(dòng)進(jìn)行校正/替換。
根據(jù)組合式敏感器或探測(cè)器的另一個(gè)實(shí)施例，圓柱式熱電偶套管被兩個(gè)小而相互正交的間隙沿相應(yīng)的正交雙平面分裂開(kāi)，這兩個(gè)平面最好相互垂直并沿圓柱式熱電偶本體的軸線相交連，由此而有效地界限出四個(gè)等同的半-圓柱式探頭。正如上面所述，這個(gè)實(shí)施例提供了相同的雙重化特點(diǎn)以及相關(guān)的替換式反復(fù)切換的能力，以對(duì)該雙重的監(jiān)視狀態(tài)的T輸出的選擇能力而進(jìn)一步提供了並列而獨(dú)立的工作能力。將如前所述的四個(gè)元件相關(guān)組合成兩個(gè)相應(yīng)對(duì)，從這兩對(duì)中產(chǎn)生的重復(fù)的高溫差輸出將會(huì)提高檢測(cè)蒸汽中無(wú)水份指示的確保程度，同樣地，重復(fù)的低的溫差輸出將提高檢測(cè)出有水存在的狀態(tài)可靠性。另一方面，從各對(duì)中指示出的相互矛盾的無(wú)論任何方向的高及低的溫差輸出都表明敏感器發(fā)生或可能發(fā)生了故障。
組合式敏感器或探測(cè)器，在其進(jìn)一步復(fù)合的結(jié)構(gòu)中，除了提供擴(kuò)大的及更加多方面適用的功能之外，還在減小體積及伴隨地降低制造與安裝造價(jià)方面提供了附加的利益，甚至更加重要的是，在熱工性能及機(jī)械溫度方面作出了改進(jìn)。
結(jié)合有組合式敏感器在內(nèi)的儀表與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其功能行為已如上述的第一系統(tǒng)實(shí)施例所述，它簡(jiǎn)化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)也減少了連接線，這都有助于降低制造、安裝及維修的費(fèi)用。
從下面有關(guān)最佳實(shí)施例的敘述中可以更加詳細(xì)地了解本發(fā)明，下面用舉例並參照附圖加以闡述。


圖1為本發(fā)明的可用在第一個(gè)儀表和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施例的第一個(gè)敏感器實(shí)施例中分裂的熱電偶套管的透視圖;
圖2為圖1的分裂的熱電偶套管底平面視圖;
圖3為圖1的分裂的熱電偶套管頂視圖;
圖4為第一實(shí)施例中敏感器組件的立剖面圖，該剖面取自穿過(guò)圖1所示分裂的熱電偶套管軸線的平面，該圖還包括一個(gè)電氣接線盒及相關(guān)的結(jié)構(gòu);
圖5為穿過(guò)圖4剖線5-5所得切面的一部分頂視圖;
圖6為示于圖4及5斷面中接線盒外罩部件的立面圖;
圖7及圖8分別為在第一實(shí)施例敏感器所用的加熱器及熱電偶部件的平面圖;
圖9為一個(gè)儀表和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方塊示意圖，該系統(tǒng)采用本發(fā)明第一實(shí)施例的多個(gè)分裂套管型敏感器;
圖10為圖9的儀表和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中部份為方塊圖形式的示意圖;
圖11A，11B，11C為顯示及運(yùn)行人員控制盤(pán)的部件平面視圖，是根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)儀表和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而作的;
圖12A為一個(gè)分裂式熱電偶套管透視圖，基本上與圖1相同，但更詳細(xì)，其中，具有不同于第2、3兩個(gè)實(shí)施例中敏感器的內(nèi)部構(gòu)造;
圖12B為圖12A的敏感器套管的探頭部份橫剖面圖，該剖面取自橫穿中心軸線的平面，及說(shuō)明根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例中而制成的敏感器內(nèi)部構(gòu)造;
圖12C為圖12A的敏感器探頭部份之剖面圖，該剖面取自橫過(guò)中心軸線的平面，及說(shuō)明根據(jù)第三個(gè)實(shí)施例而制成的敏感器內(nèi)部構(gòu)造;
圖13A為根據(jù)第四個(gè)實(shí)施例而制成的熱電偶套管的簡(jiǎn)化透視圖，該例中有4個(gè)對(duì)稱(chēng)的部份圓柱體探頭，該4部份是被兩個(gè)正交平面界限而成;
圖13B為圖13A熱電偶套管的探頭的橫剖面圖，為取自橫過(guò)后者的中心軸線的平面;
圖14為一個(gè)電流源及橋電路的簡(jiǎn)化接線圖，該電路用于產(chǎn)生并探測(cè)一個(gè)差分電壓(或電壓差)，是由加熱器/溫度計(jì)元件所測(cè)得的溫度差，這些元件是在本發(fā)明各不同實(shí)施例所示的組合敏感器中成對(duì)連接的;
圖15為用于闡明溫度水平的溫度線圖，該溫度水平的測(cè)定以及相應(yīng)溫差之產(chǎn)生都是由根據(jù)組合敏感器實(shí)施例中加熱器/熱電偶元件的一個(gè)連結(jié)對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的;
圖16是一個(gè)闡明整定觸發(fā)電平依據(jù)的曲線圖，它區(qū)分出圖14電路分別代表蒸汽與水的指標(biāo)的差分電壓輸出;
圖17是根據(jù)第二實(shí)施例的一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的連接方塊圖，它采用了自第二至第四實(shí)施例中組合的分裂型多敏感器;以及圖18是圖9的儀表和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的部份方塊形式的系統(tǒng)圖。
圖1是一個(gè)根據(jù)第一實(shí)施例制作的分裂式熱電偶敏感器管套10的立面圖，它適用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的儀表與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，並且需要同時(shí)參照?qǐng)D2及圖3的底視與頂視圖進(jìn)行闡述。敏感器管套10最好由不銹鋼制成的圓柱形棒制成，或其他機(jī)械強(qiáng)度大但熱傳導(dǎo)能力差的金屬也可。它被加工成圖中所示的結(jié)構(gòu)並在此加以闡述。棒的一端加工成兩個(gè)相同的，大體上為半圓柱棒形的敏感器探頭12A與12B，它是被一個(gè)雙側(cè)平面劃分開(kāi)的，該平面標(biāo)以13，正切在二者之間。探頭12A與12B的端部或尖端14A與14B進(jìn)一步加工成界限出小腔15A與15B，探頭12A與12B的相反端即基端由敏感器管套10的支座20整體延伸出來(lái);直徑略大于探頭12A與12B外圍的一個(gè)套環(huán)18形成在靠近支座20與探頭12A及12B的接合處，其目的后述。支座20的節(jié)22上車(chē)有管路絲扣，這是為了將管套10安裝在一個(gè)相應(yīng)的帶絲扣的夾持器上，該夾持器則被用一種常見(jiàn)的方式焊入蒸汽管道上。一個(gè)環(huán)狀的固定用凸緣形成在上方的外表面，處于支座20的自由端，帶有絲扣的孔洞26與27形成在支座20的環(huán)狀端面28內(nèi)，用于下述。
從支座20的上方自由端膛出一個(gè)普通的圓柱形膛孔30，該膛孔同軸延伸地貫穿支座20的大部分長(zhǎng)度。並終止在32處，與探頭12A及12B的底端連接處相鄰接。中心膛孔34A與34B以軸線相平行的關(guān)系由底壁32延伸分別進(jìn)入探頭12A與12B，伸到與端部14A與14B非常接近的位置為止。膛孔34A及34B通常用來(lái)容納細(xì)長(zhǎng)的圓柱形加熱器元件(未在圖1至3中表示)，該元件容后述。與膛孔34A及34B對(duì)稱(chēng)布置的還分別有腔孔36A1，36A2及36B1，36B2等，它們大致分別延伸到探頭12A與12B軸長(zhǎng)的三分之二，用于容納相應(yīng)的熱電偶元件(未在圖1至3中表示)。
敏感器本體10的全軸長(zhǎng)約150毫米(6英寸)，其最大直徑約50毫米(2英寸)絲扣部份22相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度約40毫米(1 1/2 英寸)的管螺絲以便于將管套10裝入夾持器中，如前所述。兩側(cè)分開(kāi)的平面間隙13將敏感器探頭12A及12B分開(kāi)大約為3毫米(1/8英寸)寬，探頭12A及12B的外圓周之直徑大約為32毫米(1 1/4 英寸)，用于容納加熱器元件的膛孔34a及34B之直徑可為0.257英寸而從底壁32所測(cè)得的深度為63毫米(2.5英寸)用于容納熱電偶元件的膛孔36A1，36A2及36B1，36B2的直徑可為0.136英寸而其深度則為2.00英寸。這些膛孔的每一個(gè)進(jìn)一步擴(kuò)孔成稍大的直徑，且約為6.5毫米(1/4英寸)深，如等同的標(biāo)號(hào)但帶撇號(hào)的指示，即34A′、34B′、36A′…36B2′。
圖4是一個(gè)關(guān)于敏感器管套10的立面剖面圖，取自沿圖5中線4-4的剖面，它說(shuō)明敏感器的整個(gè)部件。保護(hù)用外殼40在其圓柱形側(cè)壁43上有許多小孔42，通常還有一個(gè)底座44，也鉆有許多小孔，該底座設(shè)在探頭12A及12B的圓周，并在其上部，其與敏感器外殼10的支座20的卡圈18的自由端籍溶敷焊道46而緊固在一起。外殼40的主要功能是降低圍繞敏感器的分裂探管或探頭蒸汽流速而且還允許水進(jìn)入。一個(gè)高的蒸汽流速將會(huì)導(dǎo)致加熱的敏感器探頭，如水一樣有效地冷卻。于是，若干小孔42被對(duì)稱(chēng)地安排在外殼40上，以便當(dāng)敏感器被置于蒸汽流通路中時(shí)只允許最小量或有限量的蒸氣流直接與這樣限定外殼40內(nèi)部的敏感器腔室內(nèi)的敏感器探頭相接觸。由于許多小孔42相對(duì)于探頭12A及12B是對(duì)稱(chēng)的，不需要圍著外殼40的圓柱形側(cè)壁43均勻地布置，而代之以沿與汽流相垂直的方向進(jìn)行排列，在安裝時(shí)敏感器必須相對(duì)于蒸汽流的方向正確取向。還可將孔鉆在外殼的底板上。
延伸的組件50上安裝有一個(gè)可卸下的電氣接線盒60，該盒通到外殼10的上方自由端。組件50包括一個(gè)圓柱形套筒51，該套筒下端可抽拉地安置在外殼10的環(huán)狀凸緣24上，而其上端則被焊在接線盒60的底壁61上，如圖中的熔敷焊道52所指出的那樣。為了更好地理解對(duì)圖4的闡述，沿圖5的折線4-4取一段剖面。延伸的組件50包括二個(gè)伸長(zhǎng)的管子53A和53B，安放于其底端如圖4所示。在擴(kuò)孔34A′和34B′中置有加熱器元件A及B(未示出)，其上端延伸到與接線盒60的底壁61的內(nèi)表面相齊平的位置。同理，但其直徑更小的管子54A1，54A2及54B1，54B2之下端置入到相應(yīng)的擴(kuò)孔36A′，36A2′及36B′，36B2′并同樣地伸到底壁61的上表面及接線盒處。底壁61包括一個(gè)中心孔62以容納多種管子，如以上所述。
在接線盒60內(nèi)，小平板63跨置于孔62的上面。螺絲桿64套進(jìn)敏感器外殼10的螺絲孔26上，并穿過(guò)小平板63的孔65，且向上延伸套進(jìn)螺母66以緊固小平板63，并通過(guò)它，將接線盒60及延伸組件50固定到敏感器外殼10上。為了穿過(guò)加熱器元件上引出之電氣聯(lián)線(未示出)，在小平板63上鉆有洞66A及66B;同樣，為了將4個(gè)熱電偶置入敏感器外殼10內(nèi)，在小平板63上相應(yīng)地鉆有洞67A1，67A2及67B1和67B2。圖4表示一個(gè)所述的熱電偶70，通過(guò)小平板63置入在被破開(kāi)的上端。一個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)準(zhǔn)的防閃絡(luò)環(huán)置于圍繞著熱電偶70的上端，並被嚙合在小平板63的下表面上，在那里將熱電偶70緊固就位。彈簧型扣環(huán)74A與74B通過(guò)相應(yīng)管子53A與53B的側(cè)壁上的切口而被置入，它將加熱器元件(在圖4及圖5中未示出)緊固在相應(yīng)的管子53A及53B上，端子排80A與80B被螺絲及螺母82A及82B緊固在底板61上;在每個(gè)端子排80A及80B上都有足夠多的接線螺絲84A與84B以便連接從探頭12A及12B的各自熱電偶和加熱器上所引出的電氣連線，-下面了解到每個(gè)半探頭有6根連線。
同時(shí)參考圖4、5及6，一個(gè)蓋板86有4個(gè)懸垂的側(cè)邊87，它們擋住並蓋在基板61的向上卷的側(cè)邊61a的外面，並用自攻螺絲88固定住。配合性開(kāi)口89及66b用于穿過(guò)一根電纜(未示)該電纜連至端子排80A及80B的接線螺絲84A及84B上。
圖7示明一個(gè)在圖1至圖6中的敏感器所用的加熱器元件90，它包括一個(gè)普通的圓柱形加熱器元件，具有一個(gè)螺紋端頭部份92，電氣連線由其中伸出。參考圖4及5，夾件74被安裝在螺紋部份92上，用于將加熱器元件90緊固住。一個(gè)較佳的加熱器元件是一個(gè)在商業(yè)上可用的型式，叫做菲路德-卡垂治(FIREROD CARTRDGE)加熱器，由圣路易斯，密斯瑞的互特勞公司(Watlow Company of st.Louis，Missouri)制造，並用編碼E1A51作標(biāo)記;其直徑為 1/4 英寸，長(zhǎng)度為3英寸，額定電壓120伏，額定功率80瓦。
圖8為熱電偶95的平面圖，予期將其用于圖1至圖6的敏感器中，它有一個(gè)基本上伸長(zhǎng)的圓柱體和引線96?？刹捎蒙唐坊臒犭娕迹詈貌捎枚砗ザ碇蘅死蛱m的馬林制造公司(MarlinManufacturingCompany)生產(chǎn)的CA1N-18U-10Rp型熱電偶。該構(gòu)造約255毫米(10英寸)長(zhǎng)，如以上圖4及5所示，它可相應(yīng)地裝在敏感器外套10和延伸組件50中。
除了構(gòu)造堅(jiān)固和制造及安裝的價(jià)格低廉外，敏感器10的雙重化特性提供了重要的運(yùn)行上的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于能在線置換有缺陷及發(fā)生故障的元件而簡(jiǎn)化了維修操作。參照一個(gè)系統(tǒng)的圖9、10，11A至11C，以及利用上述根據(jù)本發(fā)明制造的敏感器的相關(guān)電路，通過(guò)以下的描述可以更容易地理解雙重化敏感器的這些優(yōu)點(diǎn)。
圖9是本發(fā)明的儀表和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的第一實(shí)施例，為了與圖1至圖8的型式的多個(gè)敏感器一起使用而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。圖9中，對(duì)分別標(biāo)以敏感器Ⅰ及敏感器Ⅱ那樣的敏感器進(jìn)行了說(shuō)明，可認(rèn)為，多個(gè)敏感器是以典型的方式被安置在系統(tǒng)中。由于每個(gè)敏感器的結(jié)構(gòu)相同，探頭的雙重的內(nèi)部元件則僅針對(duì)敏感器Ⅰ予以系統(tǒng)闡述，在圖1-8中，元件的數(shù)字/字母標(biāo)志是一致的，敏感器Ⅰ包括兩個(gè)探頭A和B，它們各自又有加熱器(HTR)A和加熱器(HTR)B，熱電偶(TC)A1、A2和熱電偶(TC)B1、B2。同樣地敏感器Ⅰ的處理機(jī)Ⅰ包括一個(gè)加熱器控制器100和一個(gè)熱電偶(TC)控制器102，它們分別通過(guò)雙向總線Ⅰ(HC)和Ⅰ(TC)而連至一個(gè)系統(tǒng)控制元件104上。元件104更通過(guò)多路此類(lèi)總線Ⅱ(HC)…及Ⅱ(TC)…連至各自的多個(gè)處理機(jī)Ⅱ，…和所屬敏感器Ⅱ…的相應(yīng)控制器(HC及TC)上，此外，還通過(guò)雙向總線106連至中央顯示及操作人員控制盤(pán)108上。詳細(xì)說(shuō)明如下，加熱器控制器100，在系統(tǒng)控制元件104的控制之下，可以進(jìn)行校定，在線試驗(yàn)，(例如連續(xù)性檢查，短接及接地等)，警報(bào)指示處理，以及在敏感器Ⅰ的加熱器A及B之間進(jìn)行反復(fù)切換等。同樣，在系統(tǒng)控制元件104的控制之下，熱電偶(TC)控制器102分別為每個(gè)熱電偶A1及A2以及B1及B2執(zhí)行相應(yīng)的功能，例如，在線試驗(yàn)及當(dāng)元件故障時(shí)進(jìn)行自動(dòng)切換。
圖10為示意的說(shuō)明圖，其中有部份用方塊圖形式，針對(duì)單個(gè)的處理機(jī)Ⅰ(例如在圖9中)，它包括一個(gè)加熱器控制器100和一個(gè)TC控制器102，籍該圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的儀表和檢測(cè)系統(tǒng)各部件的細(xì)節(jié)。如圖所示，分別處于控制器100和102中的接口電路118和129分別接口在后者的內(nèi)部部件與系統(tǒng)控制元件104之間，加熱器元件HTRA及HTRB通過(guò)一個(gè)連續(xù)性檢查，電流檢查和校定元件(“CCCFCC”)110并通過(guò)一個(gè)切換開(kāi)關(guān)，或反復(fù)切換、選擇電路(“選擇器”)112，直到一個(gè)可調(diào)電流116。顯示元件14包括警報(bào)信號(hào)燈116及118，它們分別與加熱器元件HTRA及HTRB相對(duì)應(yīng)，當(dāng)相應(yīng)的加熱器元件故障時(shí)，它們分別地獨(dú)立地由相應(yīng)的部件110的輸出而被點(diǎn)亮。所連接的元件110和114，元件112以及可調(diào)的直流電流116，如圖所示，通過(guò)接口電路118與適當(dāng)總線而連接至系統(tǒng)控制元件104上。
系統(tǒng)控制元件104根據(jù)由CCCFCC元件110所決定的狀態(tài)以及根據(jù)對(duì)于加熱器元件HTRA或HTRB的選擇在系統(tǒng)控制元件104使選擇器112有效時(shí)自動(dòng)地調(diào)節(jié)直流電源元件116的輸出，以便確保加熱器A及B產(chǎn)生相同的熱輸出。如后所述，元件104在中央顯示盤(pán)108上也產(chǎn)生一個(gè)加熱器故障的顯示。
圖10中所描繪的敏感器包括4個(gè)熱電偶TCA1，TCA2，TCB1及TCB2;在通常的方式下，對(duì)于一個(gè)差分溫度敏感器，一個(gè)探頭A的一個(gè)熱電偶與探頭B的相應(yīng)熱電偶連接，而且這兩個(gè)串連成一對(duì)且為互相抵償或相反方向的關(guān)系。熱電偶元件TCA1和TCB1連接成第1對(duì)而熱電偶元件TCA2及TCB2連接成第2對(duì)，兩對(duì)互補(bǔ)，每對(duì)內(nèi)部則如上述那樣連成相互抵償或相反的關(guān)系。圖10中，這樣的兩對(duì)標(biāo)以TCP-1及TCP-2。連續(xù)性檢查元件121在運(yùn)轉(zhuǎn)中檢查每對(duì)熱電偶的連續(xù)性，當(dāng)其連續(xù)性中斷則說(shuō)明所檢測(cè)元件發(fā)生故障，于是向TC故障警報(bào)元件120發(fā)送輸出信號(hào)以燃亮分別與故障熱電偶對(duì)TCP-1或TCP-2相對(duì)應(yīng)的相應(yīng)警報(bào)信號(hào)燈120-1或120-2，還要向系統(tǒng)控制元件104輸出以在中央顯示盤(pán)108上產(chǎn)生一項(xiàng)故障顯示，如后所述。
選擇器元件122被操作到選擇兩個(gè)溫度電路TC的124-1及124-2中之一的輸出，並將所選定的上述各自的輸出T1及T2輸送給接口電路129。由溫度電路TC的124-1與124-2中所選定的一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓信號(hào)(STEMP)，它與所選定的熱電偶對(duì)測(cè)得的溫度差(T)成正比。如圖所示，接口電路129將元件120，121，122，124-1及124-2與系統(tǒng)控制元件104通過(guò)適當(dāng)?shù)目偩€與系統(tǒng)控制元件104相連接。在正常監(jiān)視條件下，元件104還在中央顯示元件108上產(chǎn)生一個(gè)所選定的溫度顯示，還可顯示故障敏感器及故障加熱器/熱電偶對(duì)，在該顯示盤(pán)108上自動(dòng)指示每個(gè)敏感器的一種警報(bào)狀態(tài)并加以核實(shí)。
圖11A，11B及11C表示相應(yīng)于圖9及10中顯示與運(yùn)行人員控制盤(pán)108上的各種顯示器與控制模塊的盤(pán)而構(gòu)成。圖11A的讀出及控制模塊130包括一個(gè)數(shù)字顯示器132，用以指示由一個(gè)給定敏感器所即時(shí)測(cè)得的溫度差T(華氏度0F)，如后所述，該敏感器是被選定用于顯示的。
通過(guò)操作員控制開(kāi)關(guān)140可將系統(tǒng)置于自動(dòng)試驗(yàn)方式下，這可用點(diǎn)亮燈138來(lái)顯示，或置于選擇試驗(yàn)方式可用點(diǎn)亮燈139來(lái)顯示;在后一種方式下(后將詳述)運(yùn)行人員還可測(cè)試多個(gè)敏感器中選擇的一個(gè)。后面還將說(shuō)明，開(kāi)關(guān)142的短時(shí)激勵(lì)可產(chǎn)生“試驗(yàn)全部敏感器”或“單個(gè)敏感器試驗(yàn)”的工作方式。只有運(yùn)行人員針對(duì)一個(gè)選定的敏感器發(fā)出溫度T顯示的操作，數(shù)字顯示器132即能顯示。最后所設(shè)置的一個(gè)“故障敏感器”燈135及一個(gè)“故障加熱器或TC(熱電偶)”燈136發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)，這些在以后將詳細(xì)說(shuō)明。最后，按下開(kāi)關(guān)137可對(duì)系統(tǒng)中全部顯示燈進(jìn)行試驗(yàn)。
圖11B顯示一個(gè)抽汽監(jiān)視器150，一個(gè)典型汽輪機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用許多此類(lèi)監(jiān)視器，因此設(shè)了一個(gè)這樣的小盤(pán)152用來(lái)確定具體的監(jiān)視功能以及所連接的敏感器位置。如監(jiān)視盤(pán)150上的接線所示，敏感器被安置在抽汽管和與一臺(tái)汽輪機(jī)相連的加熱器內(nèi)，對(duì)應(yīng)于警報(bào)信號(hào)燈/開(kāi)關(guān)155、156，157和160的位置。具體地講，警報(bào)燈/開(kāi)關(guān)155與位于一個(gè)隔離閥158的汽輪機(jī)一側(cè)的一個(gè)敏感器相對(duì)應(yīng);警報(bào)燈/開(kāi)關(guān)156與位于隔離閥158及逆止閥159之間的敏感器相對(duì)應(yīng);警報(bào)燈/開(kāi)關(guān)157與位于抽汽管內(nèi)的低位點(diǎn)的敏感器相對(duì)應(yīng)，而警報(bào)燈/開(kāi)關(guān)160則與加熱器內(nèi)的一個(gè)敏感器相對(duì)應(yīng)，該敏感器用于檢測(cè)加熱器內(nèi)出現(xiàn)的高水位狀態(tài)。一旦水被一個(gè)給定的敏感器檢測(cè)到，則在盤(pán)150上的警報(bào)燈/開(kāi)關(guān)將自動(dòng)點(diǎn)亮。
系統(tǒng)可包括若干個(gè)不同型式的監(jiān)視器，因此，如同監(jiān)視器盤(pán)150那樣設(shè)置了包括有同類(lèi)警報(bào)燈/開(kāi)關(guān)的相應(yīng)的監(jiān)視器顯示及控制盤(pán)，圖11C中所顯示的是一個(gè)水監(jiān)視器盤(pán)170，它有警報(bào)燈/開(kāi)關(guān)1001至1004，由此可以理解為與相應(yīng)的監(jiān)視器顯示及控制盤(pán)在一起的發(fā)明中包括各種不同類(lèi)型的監(jiān)視器，而每種型式也應(yīng)有足夠的數(shù)量。為了方便起見(jiàn)，今后將僅參考圖12B的抽汽系統(tǒng)監(jiān)視器盤(pán)150，以之作為所有此類(lèi)盤(pán)的典型示例。
敏感器的雙重化特點(diǎn)使重大系統(tǒng)的運(yùn)行能得到更大的監(jiān)測(cè)及檢驗(yàn)?zāi)芰?。參考圖10中關(guān)于敏感器Ⅰ的系統(tǒng)圖，其中假定選擇器112正常選定加熱器HTRA，而選定器122則正常選定包括熱電偶TCA1和TCB1的熱電偶對(duì)TCP-1。在正常的工作方式下(此時(shí)沒(méi)有水圍繞著敏感器Ⅰ的雙探針A及B)，TCA1將被HTRA加熱，其所測(cè)溫度要較TCB1所測(cè)得的要高，因此，在所假定的極性或方向下，也就是將兩個(gè)獨(dú)立輸出綜合起來(lái)的測(cè)量結(jié)果，使溫度表產(chǎn)生一個(gè)正溫度。反之，如果選定了互補(bǔ)的加熱器B並使之帶電，借以替代加熱器A，則在這一相同的分析之下，溫度表輸出將是負(fù)溫度，也就是，溫度差的絕對(duì)值相等但符號(hào)相反。與上述相同並解釋如下，在系統(tǒng)控制元件104的控制下，元件110的校準(zhǔn)電路，通過(guò)對(duì)可調(diào)直流電源116的調(diào)整，對(duì)于分別加到加熱器A及B上的電源電壓進(jìn)行控制以便保證在加熱器A及B中產(chǎn)生相同的加熱器功率，其結(jié)果，如敏感器不出故障的話，將會(huì)產(chǎn)生相同的溫度絕對(duì)值T。
系統(tǒng)借助于在加熱器A及加熱器B之間進(jìn)行的自動(dòng)往復(fù)切換或單一切換，可進(jìn)一步利用敏感器雙重化的能力。該切換在加熱器A故障時(shí)用加熱器B替代(或反之)，從而提供了一個(gè)連續(xù)的監(jiān)測(cè)功能，並阻止由于加熱器故障而發(fā)出故障警報(bào)。例如，如加熱器A故障，元件104將操作選擇器112使運(yùn)行轉(zhuǎn)換至加熱器B。
參照?qǐng)D10中TC控制器102，敏感器的雙重化特性還對(duì)包括熱電偶在內(nèi)的系統(tǒng)提供了一個(gè)重要的能力。因此，如果被連續(xù)性檢查電路121查出TCP-1對(duì)兒中的一個(gè)或兩個(gè)熱電偶元件發(fā)生了故障，則系統(tǒng)控制元件104將引起選擇器122自動(dòng)替換到第二個(gè)TCP-2對(duì)兒，借以通過(guò)TC的溫度電路124-2提供輸出，并由此而取得溫度的數(shù)值T。如在圖10中所示，如同熱電偶TCA1及TCB1的第一個(gè)TCP-1對(duì)那樣，TCP-2對(duì)的TCA2及TCB2也以同樣方式連接成互補(bǔ)的。因此，根據(jù)對(duì)加熱器元件HTRA及HTRB的互補(bǔ)對(duì)TCP不同的選擇，將產(chǎn)生同上述的溫度T有效符號(hào)，可以理解，通過(guò)以下的方法就能達(dá)到具備較大的故障指示能力的更復(fù)合或更完善的組合，方法是把TCA2與TCB2的方向?qū)φ{(diào)一下，由此TCP-2對(duì)與TCP-1對(duì)的關(guān)系也就被對(duì)調(diào)。這樣一來(lái)，例如，當(dāng)采用一個(gè)給定的加熱器如HTRA時(shí)，假定第一個(gè)TCP-1對(duì)故障，則系統(tǒng)自動(dòng)地切換至第二對(duì)TCP-2，而敏感器將按另一種方式工作，將產(chǎn)生一個(gè)負(fù)溫度T，亦即，溫度差輸出數(shù)值相同而符號(hào)相反。這樣就指明是哪個(gè)熱電偶對(duì)故障，從而簡(jiǎn)化了維修工作。
敏感器的加熱器元件與熱電偶元件的人工置換(亦即不同于自動(dòng)替換)可以在線進(jìn)行，跟蹤處理機(jī)Ⅰ可在遠(yuǎn)離中央盤(pán)108的地方，指定的鑒定的故障元件進(jìn)行。于是，如所示，HTR的故障警報(bào)顯示114及120乃分別包括在加熱器控制器100及TC控制器102之中，從可認(rèn)為顯示器114及120應(yīng)放在維修人員得看的合適的地方。當(dāng)一個(gè)故障元件被檢測(cè)出來(lái)后，加熱器A或B的相應(yīng)警報(bào)燈/開(kāi)關(guān)116或118或熱電偶對(duì)TCP-1及TCP-2的警報(bào)燈/開(kāi)關(guān)120-1或120-2將分別燃亮。
當(dāng)兩個(gè)加熱器A及B及/或兩個(gè)熱電偶對(duì)TCP-1及TCP-2故障，以及敏感器通道失靈，將阻止發(fā)出故障警報(bào)。此時(shí)燈/開(kāi)關(guān)135(圖11A)與警報(bào)燈/開(kāi)關(guān)二者的協(xié)調(diào)閃亮將告訴用戶(hù)本通道已故障并已失靈。為驗(yàn)證一項(xiàng)被檢測(cè)的警報(bào)狀態(tài)可以進(jìn)行自動(dòng)往復(fù)切換。具體地講，當(dāng)水面升高且包圍兩個(gè)探頭A及B時(shí)，則正常溫度T值將極大地降低至一個(gè)警報(bào)門(mén)檻值，但一般不會(huì)是零。因此，警報(bào)狀態(tài)將能自動(dòng)地得到驗(yàn)證，其方法是反復(fù)切換至加熱器上并比較相應(yīng)溫度T值。如果數(shù)字不相等(但符號(hào)相反)，則可得出敏感器Ⅰ已故障的結(jié)論且降低的T值反應(yīng)的是一項(xiàng)故障警報(bào)。另一方面，經(jīng)過(guò)如此處所描述的驗(yàn)證試驗(yàn)的敏感器故障，可用來(lái)提醒運(yùn)行人員注意系統(tǒng)維修的需要。
根據(jù)前述技術(shù)背景，由中央顯示器顯示和運(yùn)行人員控制盤(pán)108控制的這種系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)在將更容易理解。
首先研究一個(gè)正常的運(yùn)行狀態(tài)，並且是在“自動(dòng)”或是“選擇”測(cè)試方式的情況下，運(yùn)行人員通過(guò)將監(jiān)測(cè)盤(pán)150上相應(yīng)的報(bào)警燈/開(kāi)關(guān)，例如壓下報(bào)警燈/開(kāi)關(guān)155以確定該系統(tǒng)中每個(gè)敏感器的T值。籍助于該報(bào)警燈/開(kāi)關(guān)如155的激勵(lì)而起動(dòng)的一個(gè)延時(shí)電路保持T顯示在模塊130的顯示器132中為一予定的時(shí)間間隔，例如為2分鐘。該延時(shí)電路根據(jù)在監(jiān)測(cè)盤(pán)150或任何其它監(jiān)測(cè)盤(pán)上報(bào)警燈/開(kāi)關(guān)如156的進(jìn)一步激勵(lì)而復(fù)歸。
上述這些同類(lèi)的報(bào)警燈/開(kāi)關(guān)是在相應(yīng)的敏感器檢測(cè)到一項(xiàng)警告狀態(tài)的事件中被點(diǎn)亮，同前所述，該系統(tǒng)由開(kāi)關(guān)140選擇在自動(dòng)測(cè)試方式下，它在產(chǎn)生該警報(bào)指示之前借助于反復(fù)切換各加熱器對(duì)發(fā)布警報(bào)狀態(tài)的敏感器通道執(zhí)行一項(xiàng)自動(dòng)校驗(yàn)測(cè)試，但是，由于其中任一敏感器內(nèi)的一個(gè)加熱器失敷，則用作校驗(yàn)的反復(fù)起動(dòng)功能即不起作用，實(shí)際上，反復(fù)起動(dòng)功能可以三個(gè)不同的方式之一來(lái)實(shí)現(xiàn)，其一是“自動(dòng)測(cè)試”，其二是手動(dòng)方式，或是由運(yùn)行人員操作的測(cè)試方式，如下所述。
具體講，將開(kāi)關(guān)140置于自動(dòng)方式的位置並籍此而點(diǎn)亮燈/開(kāi)關(guān)138，該系統(tǒng)控制單元104即響應(yīng)一個(gè)已知敏感器檢測(cè)到的警報(bào)狀態(tài)而執(zhí)行一項(xiàng)反復(fù)切換功能對(duì)該敏感器進(jìn)行校驗(yàn)測(cè)試，(如前所述，除非由于在該敏感器通道中有一個(gè)加熱器失效而拒絕執(zhí)行反復(fù)切換測(cè)試，在這樣的事件中，將根據(jù)專(zhuān)門(mén)反應(yīng)敏感器加熱器單獨(dú)故障發(fā)出警報(bào))。在該事件中，產(chǎn)生了大小相同而符號(hào)相反的T值(並因此而兩者的絕對(duì)值都低于報(bào)警門(mén)限值)，並發(fā)出警報(bào)。如果兩個(gè)T值的大小相差到大于一予定值，例如3°F，則發(fā)出一敏感器故障警報(bào)，如上所述，這項(xiàng)報(bào)警通過(guò)將開(kāi)關(guān)140轉(zhuǎn)換到中線不帶電位置或“選擇測(cè)試方式”(139)而被消除。在本系統(tǒng)的最佳實(shí)施例中，在自動(dòng)測(cè)試方式中，反復(fù)切換測(cè)試只用于“指出報(bào)警的各敏感器檢測(cè)通道”，以為根據(jù)這項(xiàng)基本規(guī)定進(jìn)行校驗(yàn);此外，該反復(fù)切換測(cè)試只在自動(dòng)測(cè)試方式中響應(yīng)一項(xiàng)警報(bào)指示執(zhí)行一個(gè)周期。此外，根據(jù)開(kāi)關(guān)140從不帶電的中性位置或“選擇測(cè)試方式”之一返回到“自動(dòng)測(cè)試方式”正在指示一項(xiàng)警報(bào)的任一通道將在該警報(bào)再發(fā)送之前承擔(dān)反復(fù)切換測(cè)試。
反復(fù)切換測(cè)試的第二種方式是可以由運(yùn)行人員選擇的方式，先將開(kāi)關(guān)140置于“選擇測(cè)試方式”的位置(籍此而點(diǎn)亮燈/開(kāi)關(guān)139)，然后同時(shí)地瞬時(shí)將開(kāi)關(guān)142壓下到“單個(gè)敏感器測(cè)試”位置(143)和壓下所期望通道的報(bào)警燈/開(kāi)關(guān)，例如監(jiān)測(cè)盤(pán)150上的報(bào)警燈/開(kāi)關(guān)155，然后，該反復(fù)切換敏感器用的T即被顯示在監(jiān)測(cè)器130的盤(pán)132上。如前所述，延時(shí)電路將此顯示保持2分鐘，或保持到另一開(kāi)關(guān)激勵(lì)出一項(xiàng)顯示為止。
關(guān)于第三種方式的反復(fù)切換測(cè)試，它同時(shí)對(duì)全部通道執(zhí)行任務(wù)，借助于將開(kāi)關(guān)140置于139位置，並短時(shí)地將開(kāi)關(guān)142壓到“測(cè)試全部敏感器”位置(點(diǎn)亮燈/開(kāi)關(guān)144)，這樣將全部敏感器由加熱器A轉(zhuǎn)換到加熱器B(或相反地，在相反起始取向的事件中由B轉(zhuǎn)換到A)。在經(jīng)過(guò)2分鐘后，運(yùn)行人員手動(dòng)地將這些報(bào)警燈/開(kāi)關(guān)(例如在監(jiān)測(cè)盤(pán)150上的155、156、157……)逐個(gè)順序地壓下到在模塊130的顯示盤(pán)132上產(chǎn)生相應(yīng)順序的T顯示，將為這些順序的敏感器通道用的合成的T顯示與全部加熱器被轉(zhuǎn)換之前記錄的這些同樣的通道的T值相比較。
在這些手動(dòng)測(cè)試方式的每一方式中，運(yùn)行人員可以確定一項(xiàng)實(shí)際的報(bào)警狀態(tài)的存在，也即，各T顯示為絕對(duì)相同值(但符號(hào)相反)，該值低于一予定的門(mén)限值，或?qū)儆诓涣济舾衅靼l(fā)出的值，也即對(duì)各被反復(fù)切換位置具有不同數(shù)值的T顯示。
對(duì)這些手動(dòng)方式的反復(fù)切換起動(dòng)測(cè)試也設(shè)有其它各種可操作的校驗(yàn)，例如前面指出的，在一個(gè)已知敏感器(如敏感器Ⅰ)的一個(gè)加熱器已失效的事件中，在任一手動(dòng)測(cè)試方式中，反復(fù)切換被禁止，並且觀察到T中無(wú)變化，這就證明有傳感器帶有單獨(dú)失效的加熱器，具體失效的加熱器和熱電偶對(duì)的失效可分別被顯示器114和120上的燈/開(kāi)關(guān)識(shí)別出來(lái)。
一個(gè)失效的敏感器可以由失效的敏感器燈/開(kāi)關(guān)135的熄滅的和為該敏感器通道用的相應(yīng)的報(bào)警燈/開(kāi)關(guān)(例如控制盤(pán)150的報(bào)警燈/開(kāi)關(guān)155)的熄滅兩者識(shí)別出來(lái)。失效敏感器的指示可由單元104產(chǎn)生，是由于下述任一項(xiàng)造成的，即(1)一已知敏感器的兩個(gè)熱電偶對(duì)TCP-1和TCP-2中的連續(xù)損耗，被單元121檢測(cè)出;(2)一個(gè)已知敏感器的兩個(gè)加熱器元件A和B都失效，被單元110檢測(cè)出;以及(3)一個(gè)敏感器在通過(guò)“自動(dòng)方式”中的反復(fù)切換測(cè)試中失效，如前所述。
最后，在模塊130上的按鈕137被壓到測(cè)試中央顯示和運(yùn)行人員控制盤(pán)108(圖10)上的所有的燈和燈/開(kāi)關(guān)，同時(shí)也就包括測(cè)試各模塊如130、152、170(圖11A-11C)上的指定的指示器、各報(bào)警燈和燈/開(kāi)關(guān)。
圖12A為一分裂式熱電偶套管的透視圖，表示了第二和第三敏感器實(shí)施例的外部構(gòu)形，后者在其相應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面是不同的，下面將敘述，敏感器210的外部構(gòu)形基本上同于圖1的外套10，不過(guò)，因?yàn)槠渌龅恼w特性基本上可以尺寸較小，因此所需的加熱功率可以降低，此外，由于組合的特性故也減少了加熱和敏感元件的數(shù)量，從而節(jié)省了材料，降低了電子電路的復(fù)雜性，降低了制造和安裝的成本。例如圖1的敏感器外套可做成螺紋尺寸為1-1.5英寸的螺紋管使用，而敏感器外套210則可構(gòu)成為1英寸螺紋尺寸的螺紋管設(shè)備之用。
與圖1的外套10相同，圖12的外套210包括基本上為半圓柱形的探頭212A和212B，它們被相對(duì)于外套210軸線對(duì)稱(chēng)的側(cè)平面所界限的一個(gè)間隙213分開(kāi)。與圖1者相同的該外套210包括一個(gè)支柱部分220，在其上形成有一管狀螺紋222或其它不同裝置，用于將該外套210通過(guò)一適當(dāng)?shù)妮S套而裝在一根管子或其它壓力容器中。該支柱220再被膛孔而界限出在其中的大體為圓柱形的小室(圖12A中未示出)，基本上相應(yīng)于圖1外套10中的帶底板32的小室30。
圖12B為取自垂直于外套210的軸線穿過(guò)探頭212A和212B的橫剖面圖，說(shuō)明設(shè)在相應(yīng)的探頭212A和212B內(nèi)各自的中央並相互對(duì)稱(chēng)的腔孔224A和224B，它們以平行于軸線的關(guān)系延伸到臨近各自探頭的自由端214A和214B的位置，按照本發(fā)明的自這個(gè)實(shí)施例，一個(gè)向外露出和外部尺寸基本上等同于圖8的加熱器元件95的一個(gè)組合的加熱器/溫度計(jì)元件被容納在每個(gè)膛孔224A和224B中;對(duì)圖1的敏感器10來(lái)講，后者相應(yīng)地可為直徑6.5毫米(0.257英寸)，深度63.5毫米(2.5)英寸)，這樣的加熱器元件設(shè)在圖12B中表明，但它們的位置在靠近各自膛孔224A和224B處以括號(hào)中式子H/TA和H/TB指定。
元件H/TA和H/TB包括鎳、鐵或其它類(lèi)同的純金屬構(gòu)成的加熱器元件，該金屬呈現(xiàn)的電阻與溫度關(guān)系基本上為直線的或依賴(lài)關(guān)系。如下面參照?qǐng)D14到16所解釋的，例如這些元件之一H/TA，被供給一足夠大的電流即產(chǎn)生一個(gè)加熱器的作用，並同時(shí)作為一個(gè)溫度計(jì)，且因此而作為被加熱的元件;另一元件，在本例中即H/TB，引入一低得多的電流，以致提供的為可以忽略其加熱器的效應(yīng)，而起一個(gè)溫度計(jì)的作用，因此可作為基準(zhǔn)元件，對(duì)本例相應(yīng)地為，探頭212A是被加熱的探頭，而探頭212B為基準(zhǔn)探頭，從本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的描述可知，蒸汽或水的不同出現(xiàn)將在給定的敏感器元件對(duì)的輸出方面分別造成高和低的溫度差，如后面所述。
圖12C為取自橫切于外套210的軸線通過(guò)探頭212A和212B的橫剖面圖，但其中外套210的內(nèi)部結(jié)構(gòu)已改變成按本發(fā)明第三實(shí)施例構(gòu)成的，以致包括有4個(gè)等同的膛孔，膛孔224A1和224A2被布置在探頭212A′中，而膛孔224B1和224B2則被布置在探頭212B′中，每個(gè)膛孔的尺寸相同，如上所述，並對(duì)稱(chēng)地分開(kāi)且與各自探頭212A′和212B′的側(cè)壁具有相等的距離關(guān)系，4個(gè)加熱器/溫度計(jì)H/T(元件A1、A2、B1和B2)被裝在相應(yīng)的指定膛孔中，圖12C的實(shí)施例提供了對(duì)圖1到圖8公開(kāi)的本發(fā)明第一實(shí)施例中敏感器10完全加倍的能力，並因此可按照容納H/T元件的組合加熱器/溫度計(jì)特性的要求對(duì)此加以修改而能代替地應(yīng)用于上述涉及圖9-11C所公開(kāi)的討論的系統(tǒng)中，利用圖12C(以及下面描述的第四實(shí)施例)的組合敏感器專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)一步公開(kāi)在圖17到18，並在下面討論。
圖13A為第四實(shí)施例的敏感器外套310的透視圖，基本上相應(yīng)于圖12A的外套210，不過(guò)具有4個(gè)部分圓柱(即4個(gè)對(duì)稱(chēng)的基本為1/4圓柱)探頭312A1到312B2，它們被相互垂直相關(guān)的並與外套310的軸線對(duì)稱(chēng)而交叉的側(cè)平面所界限的十字間隙313-1和313-2所分開(kāi)，由圖13B的橫剖面可見(jiàn)(並采用圖12C中相同的術(shù)語(yǔ))，膛孔324A1和324A2分別形成在探頭312A1和312A2中，而膛孔324B1和324B2分別形成在探頭312B1和312B2中，各加熱器/溫度計(jì)元件被置于各自相應(yīng)的膛孔中，應(yīng)用外套310的敏感器可以工作于相互的對(duì)角線的關(guān)系組成加熱器/溫度器元件對(duì)兒(即H/TA1和H/TB1對(duì)兒，H/TA2和H/TB2對(duì)兒)，作為兩組完全獨(dú)立的差分溫度敏感器。
圖12A到13B的敏感器還設(shè)有一個(gè)電氣接線盒和相關(guān)構(gòu)件，基本上與第一實(shí)施例公開(kāi)的相同，不過(guò)，由于減少了電氣元件數(shù)目並因此而減少了所需的相關(guān)電路連接，因而簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。
圖14為一電路的簡(jiǎn)化接線圖，用于激勵(lì)和熱器/溫度計(jì)(H/T)元件A和B相關(guān)對(duì)兒中所選出的一個(gè)，同時(shí)也用于從各電壓輸出導(dǎo)出檢測(cè)的代表差分溫度的差分電壓;同時(shí)說(shuō)明單對(duì)兒的相關(guān)元件H/TA和H/TB，諸如應(yīng)用于外套210中，這時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)為圖11B，同時(shí)可理解為，在圖12C和13B的每一結(jié)構(gòu)中，每一對(duì)角線相關(guān)的H/T元件對(duì)兒也為相似連接。此外，對(duì)于這樣的電路接線和運(yùn)行典型地每一次選擇圖12C的結(jié)構(gòu)中單一選擇相關(guān)的H/T對(duì)兒，兩個(gè)圖13B結(jié)構(gòu)的對(duì)兒可以連接成同時(shí)進(jìn)行控制運(yùn)行所需的各種電路。
現(xiàn)參照?qǐng)D15和16討論圖14的電路運(yùn)行，在圖14中，恒定電流97′和94′分別提供電流Io和Io÷50，它們分別連接到橋電路的第一和第二臂上，並分別與相應(yīng)元件H/TA和H/TB串聯(lián)，這兩個(gè)臂在豎向相關(guān)(第一組對(duì)角線相對(duì)連接)的方面是並聯(lián)連接，因此在這些連接之間的外部電路即載有電流51/50Io，在水平線上的電壓輸出Va和Vb(第二組對(duì)角線連接)提供到差分放大器98′的輸入，首先電壓Vb被電路94″乘以比例因數(shù)(“X50”)，該比例因數(shù)是電源97′和94′通過(guò)兩個(gè)臂提供的電流差值的倒數(shù)，以便能使電壓輸出Va和Vb相比較，因此，電路94″即產(chǎn)生輸出50Vb而提供到差分放大器98′的輸入端。差分放大器98′的差分電壓輸出V＝Va-50Vb，此即代表被元件H/TA和H/TB所檢測(cè)的溫度之間的溫度差，也即T＝K(V)。差分放大器98′的V輸出被加到一個(gè)觸發(fā)器和報(bào)警電路99上，它的輸出即指示被檢測(cè)的狀態(tài)為蒸汽(正常)成水(警報(bào))而且可為各自的實(shí)際T值。
由于電路94′和94″的互補(bǔ)作用，加熱器元件H/TB的溫度檢測(cè)功能等價(jià)于元件H/TA者，然而H/TA附加地作用如同被加熱元件基本上得加熱(即極微地加熱)的H/TB即被作為基準(zhǔn)元件。
對(duì)組合敏感器210和310的一個(gè)H/T元件對(duì)兒的熱力作用可用下述的溫度及差分溫度的定義來(lái)解釋T(H2O)管道或容器中蒸汽或水的溫度，T(IWDI-蒸汽)探頭212A和212B的外表面與蒸汽之間的溫度降，通常為60°F。
T(IWDI-水)探頭212A和212B的外表面與水之間的溫度降，通常為0°F，T(金屬)圍繞加熱探頭(212A)的膛孔(如224A)周?chē)┻^(guò)金屬的溫度降，較小並假定為零值，T(IWDI-H/T)在探頭212A中膛孔224A的內(nèi)表面和加熱元件H/TA之間穿過(guò)(空氣)間隙的溫度降。
在蒸汽和水中H/TA和H/TB(Ta和Tb)檢測(cè)的溫度方面各自的變化說(shuō)明在圖15中，示于圖14的差分放大器98′減去T(水)，該T(水)對(duì)H/TA和H/TB是共用的。T(IWDI-H/T)只決定于H/TA當(dāng)膛孔H/T間隙＜10密耳時(shí)的功率損耗，由于供給H/TA的功率電平(即電流Io)和供給H/TB的功率電平(即電流I÷50)基本上被各電源97′和94′保持為常數(shù)，所以T(IWDI-H/T)幾乎也為常數(shù)。
于是蒸汽中H/TA的溫度TA＝T(水)+T(IWDI-蒸汽)+T(IWDT-H/T)……(1)在水中，TA降到TA＝T(水)+T(IWDI-H/T)…(2)H/TB的溫度保持為T(mén)B＝T(水)…(3)在蒸汽和水中，差溫即為，在蒸汽中T＝Ta-Tb＝K(Va-50Vb)＝T(IWDI-蒸汽)+T(IWDI-H/T)…(4)在水中T＝T(IWDI-H/T)…(5)這即表示出T的變化，典型地，在蒸汽中為T(mén)＝80°F，在水中為T(mén)＝20°F。
圖16為指示上述的溫度圖，在蒸汽情況下80°F，在水的情況下20°F出現(xiàn)並被控制到的溫度差的典型值，並用圖解說(shuō)明這種典型的各自溫度差中的變化為60°F，圖16進(jìn)一步說(shuō)明T＝35°F的起動(dòng)電平值，比起在各蒸汽和水的溫度差值之間的溫度范圍有某些下降，用于提供一個(gè)有水出現(xiàn)的確定的報(bào)警狀態(tài)，如圖14所實(shí)現(xiàn)的，觸發(fā)器和報(bào)警電路99可以利用相當(dāng)于T＝35°F的電壓門(mén)檻作為觸發(fā)電平，以用其輸出自動(dòng)反映出是蒸汽(正常)狀態(tài)指示仰或水(報(bào)警)狀態(tài)指示。
圖13A和13B的敏感器310具有與圖12C和圖1-8的方案同樣的作用能力，因此可以用作如圖1-8相關(guān)敘述的完全雙重的敏感器。實(shí)際上，因?yàn)槊舾衅?10附加具有作用如兩個(gè)獨(dú)立的溫度差分敏感器的能力，這可由兩個(gè)獨(dú)立的H/T元件對(duì)兒的各自溫差指示的邏輯組合來(lái)提供一個(gè)“選擇”功能，它作用為狀態(tài)檢測(cè)，因此提供了一個(gè)自校驗(yàn)的能力。簡(jiǎn)言之，對(duì)4個(gè)H/T元件單獨(dú)地選擇這些目標(biāo)A1、A2、B1和B2A1-B1對(duì)兒A2-B2對(duì)兒對(duì)被檢測(cè)狀態(tài)的指示高T高T正常高T低T故障低T高T故障低T低T報(bào)警須知圖12C和13B的各實(shí)施例當(dāng)其中的每一相關(guān)的H/T對(duì)兒被選到運(yùn)行中時(shí)，其運(yùn)行情況可同樣地完全用前述的方程式(1)到(5)解釋?zhuān)蓭в猩贁?shù)條件，即在定義中指定的某些典型的溫度降可以有某些變化，特別是對(duì)于圖13B的結(jié)構(gòu)，由于單個(gè)探頭的質(zhì)量和壁厚的減少，又假設(shè)與外套210相比，除了尺寸和材料方面以外，在外套310中其他都是與之相同而形成的。
一個(gè)控制系統(tǒng)和相關(guān)的部件，諸如一個(gè)顯示器和利用第二到第四實(shí)施例中的整體雙分裂探頭的敏感器，各種不同情況示于圖17和18。如前所述，圖12B的實(shí)施例具有反復(fù)切換的雙重能力，而圖12C的實(shí)施例具有雙重能力和冗余部分，允許自動(dòng)地代換各元件，以及可作用如圖1到8的第一實(shí)施例相同的功能。另一方面，圖13A和13B的實(shí)施例還提供了進(jìn)一步的能力，因?yàn)樗苤饕刈饔萌鐑蓚€(gè)獨(dú)立的差分溫度敏感器或檢測(cè)器。首先參照?qǐng)D17，多個(gè)組合敏感器1、2、…48分別連接到敏感器控制單元400的相應(yīng)號(hào)數(shù)的通道401，每路通道401順次連接到一個(gè)系統(tǒng)控制單元402和一個(gè)顯示與運(yùn)行人員控制盤(pán)404。該敏感器控制單元400的每個(gè)通道單元最好包括分別指定一失效的H/TA1-B1對(duì)兒和一失效的H/TA2-B2對(duì)兒的狀態(tài)的報(bào)警燈/開(kāi)關(guān)401和403，安裝這樣識(shí)別失效的對(duì)兒設(shè)備以便簡(jiǎn)化維修工作，如果一已知敏感器的兩對(duì)H/T都已失效，則該通道即因此變?yōu)闊o(wú)能，並較早地顯示在盤(pán)404上。
該顯示和運(yùn)行控制盤(pán)404包括許多模塊在其上面，它們基本上等同于圖11A到11C中的模塊130、152和170，主要的例外是，用于各組合敏感器的圖11A的該出控制模塊130具有一個(gè)僅指示“失效的H/T元件”，它代替用燈/開(kāi)關(guān)136指定的“失效加熱器或TC”。須知，在這個(gè)關(guān)系上，由于第三和第四實(shí)施例的組合敏感器重復(fù)第一實(shí)施例的差分溫度檢測(cè)功能，所有后者的運(yùn)行功能都可同樣地用大體相同的手動(dòng)和/或自動(dòng)控制來(lái)執(zhí)行，全如前述，圖17的系統(tǒng)控制單元402插在盤(pán)404和敏感器控制單元400的各個(gè)通道的H/T對(duì)兒的有效選擇之間，或是自動(dòng)地或是響應(yīng)于運(yùn)行人員選擇手動(dòng)操作地向顯示和運(yùn)行人員控制盤(pán)404輸入，如前對(duì)圖9、10和11A-11C的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所述。
圖18說(shuō)明單個(gè)敏感器控制通道410的控制電路，例如圖17的敏感器控制器單元400的1號(hào)通道。考慮到該組合敏感器的雙重性質(zhì)，一個(gè)單個(gè)這樣的通道控制器410包括兩個(gè)等同的屬通道，如圖18所描繪的並等同于目標(biāo)H/T對(duì)兒A1-B1通道410-1和H/T對(duì)兒A2-B2屬通道410-2。因?yàn)閷偻ǖ?10-1和410-2是等同的，故只詳細(xì)地示出A1-B1屬通道。該敏感器通道控制器410在兩個(gè)附屬的屬通道410-1及410-2之間進(jìn)行選擇，並控制它們的工作並且直接和圖18的系統(tǒng)控制單元402以所描述的方式接口。
電流選擇開(kāi)關(guān)412在通道控制器410的控制下有選擇地將Io電流源414和Io÷50電流源416通過(guò)導(dǎo)線418和420接通到H/T元件A1和B1上。H/T溫度選擇開(kāi)關(guān)422通過(guò)信號(hào)線424和426從H/TA1和H/TB1接收到該電壓電平信號(hào)，並在敏感器通道控制器410的控制下通過(guò)線路418和420傳來(lái)的相應(yīng)信號(hào)按照所描述的方式對(duì)上述電壓信號(hào)進(jìn)行處理。
具體講，當(dāng)在線路418上的該控制信號(hào)是高位(418′為低位)時(shí)，H/T元件對(duì)兒A1-B1被選擇到運(yùn)行，而H/T元件對(duì)兒A2-B2處于備用，相反，當(dāng)線路418′為高位，而線路418為低位時(shí)，H/T元件對(duì)兒A2-B2(即屬通道410-2)被選擇到運(yùn)行;然后，在線路420上的高位信號(hào)造成由電源414提供電流Io給H/T元件A1，以及從電源416提供電流Io÷50到H/T元件B1。如果在線路420上的信號(hào)為低位，則形成與上述相反的連接。因此，通道控制器410能夠有選擇地反復(fù)切換地接入H/T元件對(duì)兒A1-B1(當(dāng)418在高位時(shí))，選擇其中的哪個(gè)元件作為加熱的元件和哪個(gè)作為基準(zhǔn)元件，在線路420′上的信號(hào)對(duì)屬通道410-2的H/TA2-B2執(zhí)行同類(lèi)的任務(wù)。通常，敏感器通道控制器410將正常地選擇一套給定的元件對(duì)兒，例如線路420為高位時(shí)的H/TA1-B1，線路418為高位時(shí)載有Io的元件A1，並且將響應(yīng)于從系統(tǒng)控制單元402(圖18)沿輸入線471和474的一項(xiàng)輸入而反復(fù)切換到相反的選擇，也即接到載有IO(加熱)的H/TB1或被激勵(lì)的H/TA2-B2。當(dāng)在線路418′和420′為高位(418和420為低位)時(shí)，開(kāi)關(guān)412即從電源416′將電流IO÷50提供到H/T的兩個(gè)元件A2和B2。
假定H/T元件對(duì)兒A1-B1因線路418上為高位信號(hào)而被選定。並且元件A1載有電流IO(線路420也是高位)，則溫度選擇開(kāi)關(guān)422分別將通過(guò)線路424和426接收的H/T元件對(duì)兒A1-B1的較高和較低的電壓輸出分別送到輸出線路428和430上，這些輸出由乘法電路432和434進(jìn)行處理，乘法器可以是分別具有乘法因數(shù)“X1”(即“乘1”)和“X50”(即“乘50”)的運(yùn)算放大器，如圖所示。線路436和438上的各自輸出被這樣地作成相應(yīng)的大小以用于由差分放大器440進(jìn)行差分比較，各H/T元件的A1和B1所檢測(cè)的任何溫度差例外，這些電路運(yùn)行于與前述圖14中所述的參考號(hào)相對(duì)應(yīng)，即乘法電路434和差分放大器440分別對(duì)應(yīng)于圖14中的元件94″和98′。溫度選擇開(kāi)關(guān)422自然根據(jù)它們的選擇為基準(zhǔn)和加熱元件而引導(dǎo)H/TA1、B1的輸出。例如，如果線路420為低位，在線路426上的H/TB1的電壓輸出大于線路424上的，因此開(kāi)關(guān)422即將前者引至輸出線428上，而將后者引至輸出線430。因此，放大器434永遠(yuǎn)接收該基準(zhǔn)探頭(由提供IO÷50電流到該基準(zhǔn)探頭的H/T元件所給定)的元件的輸出電壓。
差分放大器440的結(jié)果輸出是代表被H/T元件對(duì)兒A1、B1檢測(cè)的各溫度的溫度差T的、信號(hào)，這里T＝KV，T輸出進(jìn)一步通過(guò)線路440傳到開(kāi)關(guān)442，該開(kāi)關(guān)442是由敏感器通道控制器410通過(guò)控制線444操作到有選擇地將相應(yīng)的屬通道410-1或410-2的輸出接通，選定哪一個(gè)被操作投入運(yùn)行，則即將哪個(gè)通過(guò)接到控制器410的474輸入線而接到通道輸出線446，並籍此將該線上的T信號(hào)按照?qǐng)D17而傳送到系統(tǒng)控制單元402和顯示與運(yùn)行人員控制盤(pán)404。
敏感器通道控制器410同時(shí)地對(duì)運(yùn)行通道和籍此而產(chǎn)生的T輸出狀態(tài)執(zhí)行一項(xiàng)檢錯(cuò)和驗(yàn)證功能，並監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證附屬于它的所有4個(gè)H/T元件、組合敏感器以及相關(guān)的支持電路的運(yùn)行狀態(tài)。
檢錯(cuò)和通道運(yùn)行性能的驗(yàn)證工作采用兩種屬通道的H/T元件對(duì)兒的工作和備用兩種狀態(tài)中的電壓電平的正常范圍，首先考慮誤差的最典型原因，即電線斷了或加熱器元件燒掉和失效，以及如從圖14的系統(tǒng)中看得到的，主要是造成開(kāi)路狀態(tài)。由于恒定電流源97′和94′的特性，該相應(yīng)的橋路輸出電壓Va或Vb，相應(yīng)于各H/T元件和/或其支持電路，現(xiàn)在是處于開(kāi)路狀態(tài)，電壓驅(qū)向于電流源97′和94′的所謂的“干線電壓”，也即電流源為保持恒流狀態(tài)而提升到的最高電壓，參照?qǐng)D14，該干線電壓，例如在接收IO的支路中Va輸出可達(dá)到150伏，對(duì)接受IO÷50的臂Vb輸出可達(dá)到12伏。另一方面，正常工作電壓范圍，對(duì)Va來(lái)說(shuō)為50到125伏，對(duì)Vb為1到2.5伏。相反地，H/T元件之一或兩者的短路將使輸出Va和Vb為零(0)電壓。因此，輸出電壓Va的工作范圍可以界限在從較低限門(mén)檻電壓25伏延伸到較高限門(mén)檻電壓125伏。同理，對(duì)輸出電壓Vb，工作范圍可界限在低限門(mén)檻電壓約0.5伏和上限門(mén)檻電壓2.5伏的范圍中。但是前面講過(guò)，低電壓輸出電壓Vb被圖18中的(×50)電路434和462相對(duì)于Va電壓進(jìn)行了規(guī)范化，因此，在圖18中提供給比較器電路450和452的基準(zhǔn)電壓VREF1和VREF2兩者分別界限出25伏和125伏的下限和上限電壓，即對(duì)各H/T元件A1和B1的電壓輸出作為相關(guān)的工作范圍的基準(zhǔn)。
首先研究一下H/T元件對(duì)兒A1-B1處于運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，然后在線路420上的信號(hào)是高位，以致元件A1收到高位電流IO，溫度選擇開(kāi)關(guān)422除了在線路428上提供元件A1的電壓輸出之外，還沿線路464向比較器450提供同一電壓輸出。元件B1的低電平輸出(以I÷50電流提供的)先是通過(guò)線路430加到乘法器434，然后，被乘過(guò)的輸出通過(guò)線路439加到比較器452上。線路464和439上的電壓都應(yīng)當(dāng)是在VREF1和VREF2所建立的電壓范圍內(nèi)(即25到125伏)，若有一個(gè)不如此，則相應(yīng)的比較器450或450即產(chǎn)生一個(gè)檢錯(cuò)信號(hào)送到相關(guān)的輸出451和453上。“或門(mén)”454將任一這樣的錯(cuò)誤輸出通過(guò)線路458而送到控制器410，當(dāng)元件A1和B1被反復(fù)切換時(shí)，為相應(yīng)的輸出用的相反的電路通道隨之接入，具有同樣結(jié)果。
在線路418上的信號(hào)為低位的情況下，元件對(duì)兒A1-B1不被選中，並因此而處于備用狀態(tài)，兩元件A1-B1是由開(kāi)關(guān)412從電源416提供電流IO÷50，因此各電壓輸出也為同一個(gè)低位。在這種狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)422將線路424上的輸出電壓轉(zhuǎn)送到線路428和將線路426上的轉(zhuǎn)送到線路430。溫度選擇開(kāi)關(guān)422在此瞬間選擇輸入460，它通過(guò)線路437和(×50)乘法器電路462接收線路436上的信號(hào)，並沿線路464提供該乘過(guò)的信號(hào)到比較器450以外對(duì)該基準(zhǔn)VREF1進(jìn)行比較，從開(kāi)關(guān)422輸出在線路430上的電壓在其正常數(shù)值范圍內(nèi)相應(yīng)于基準(zhǔn)探頭(當(dāng)元件對(duì)兒H/TA1-B1被選定時(shí))的未被加熱的元件電壓因此，如前所述，輸出信號(hào)被(×50)電路434乘，然后通過(guò)線路435加到比較器452。因此，下限和上限門(mén)檻電壓和在其間的范圍(由VREF1和VREF2提供)同樣地能夠應(yīng)用于確定在備用狀態(tài)中的H/T元件A1和B1的運(yùn)行。
顯然，運(yùn)行的H/T元件A1和B1及其支持電路，例如電源414和416、開(kāi)關(guān)412和422等這類(lèi)任何失效，對(duì)于無(wú)論元件對(duì)兒A1-B1被選定運(yùn)行或處于備用以及相應(yīng)地對(duì)元件對(duì)兒A2-B2…都將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤信號(hào)送到線路458上。敏感器通道控制器410將此相應(yīng)的錯(cuò)誤信號(hào)通過(guò)輸出端470送到系統(tǒng)控制單元402(圖17)以便指示給定的屬通道的H/T對(duì)兒的失效，例如作為元件對(duì)兒H/TA1-B1的屬通道410-1和作為元件對(duì)H/TA2-B2的屬通道410-2。同理，通過(guò)輸出線472傳輸一項(xiàng)錯(cuò)誤信號(hào)指示全部敏感器通道失敗，在該事件中，給定通道的兩個(gè)屬通道也都失效。敏感器通道控制器410進(jìn)一步或從內(nèi)部根據(jù)檢測(cè)到的一個(gè)屬通道中一組元件對(duì)兒的失效，或是響應(yīng)于對(duì)接通H/T元件對(duì)兒的一項(xiàng)檢測(cè)信號(hào)(自系統(tǒng)控制單元通過(guò)線路474傳來(lái))的請(qǐng)求而接通到另一個(gè)現(xiàn)在處于備用中的屬通道上。當(dāng)然，當(dāng)兩個(gè)屬通道都處于故障狀態(tài)時(shí)，就需要運(yùn)行人員介入了。
如前所述，屬通道410-2實(shí)際上等同于屬通道410-1，因此而承擔(dān)著相同的工作和通過(guò)相應(yīng)信號(hào)線路的信號(hào)聯(lián)系因?yàn)樵趫D18中它們是相同取向的，除了尾參考號(hào)不同以外大號(hào)也是等同的。檢錯(cuò)功能在這兩個(gè)屬通道410-1和410-2之間采取連續(xù)地執(zhí)行。
顯然，圖20的系統(tǒng)對(duì)相關(guān)的屬通道410-1和410-2以及H/T元件對(duì)兒也如圖9-12C系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相同，提供了同樣的狀態(tài)指示信號(hào)，並因此完全工作于和上述相同的自動(dòng)和運(yùn)行人員控制的方式下。不過(guò)，組合敏感器提供了比前述系統(tǒng)更為簡(jiǎn)化的內(nèi)部連接和信號(hào)處理，提高了可靠性，降低了安裝、維護(hù)和運(yùn)行的造價(jià)，而且也提供了同樣的靈活和可靠的監(jiān)測(cè)和校驗(yàn)的功能。
總之，本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了一個(gè)報(bào)警狀態(tài)的顯示，首先是用于正常選定的敏感器和有源元件對(duì)兒，除易于被利用互補(bǔ)的第二加熱器元件進(jìn)行反復(fù)切換測(cè)試的自動(dòng)校驗(yàn)者以外;在執(zhí)行連續(xù)的在線測(cè)試的同時(shí)，進(jìn)行利用發(fā)送的適當(dāng)失效指示自動(dòng)檢測(cè)元件的失效，以及自動(dòng)地代換這些互補(bǔ)的元件，如此則所有敏感器的位置處都能經(jīng)常地監(jiān)測(cè)和診斷，並且以較快的條件提供指示，同時(shí)還進(jìn)一步消除由于其它部件失效所引起的故障警報(bào)。此外，提供了自動(dòng)並連續(xù)在線測(cè)試，以及運(yùn)行人員控制的選擇測(cè)試的方式，重要還在于該系統(tǒng)的這些能力是雙重特性的，以及本發(fā)明敏感器具有反復(fù)切換的能力，除了由于其堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)而保證了長(zhǎng)的壽命外，敏感器具有在線代換失效的加熱器和敏感器元件的能力，互補(bǔ)元件的自動(dòng)替換使雙重化和備用的敏感器保持著完整的功能。對(duì)本發(fā)明的敏感器和代表系統(tǒng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然不難做出數(shù)值上的改動(dòng)和修正，因此擬用下述的權(quán)利要求覆蓋所有這樣的改動(dòng)和修正。
權(quán)利要求
1.一個(gè)檢測(cè)儀表系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)一個(gè)含有蒸汽和變化水位的水的壓力容器內(nèi)的流體狀態(tài)，包括至少一個(gè)雙向的差分敏感器、(a)，它包括至少兩個(gè)實(shí)質(zhì)上等同的測(cè)溫探頭(12A、12B)相互成為一對(duì)兒並在應(yīng)用中設(shè)置在與壓力容器內(nèi)包含的流體相聯(lián)系，以及兩個(gè)探頭包含有互補(bǔ)組成的加熱器(HTR∶A.B)和溫度敏感元件(C)(TC∶A、A2)，每個(gè)這樣的互補(bǔ)組成附帶有一給定成對(duì)兒相關(guān)的探頭(b)並且可選擇地投入運(yùn)行，當(dāng)受激勵(lì)時(shí)加熱給定對(duì)兒的一個(gè)探頭，籍此而確定該對(duì)兒中加熱的和基準(zhǔn)的探頭關(guān)系，並檢測(cè)該給定對(duì)兒的相互關(guān)聯(lián)的加熱和基準(zhǔn)探頭的溫度，從而產(chǎn)生具有溫度差(d)在其間的相應(yīng)的被檢測(cè)的輸出，該溫度差分別出現(xiàn)較高值和較低值，反應(yīng)于該敏感器(a)中那對(duì)兒相關(guān)的加熱和基準(zhǔn)探頭改變地曝露到該壓力客器內(nèi)蒸汽和水的狀態(tài)，其特征為，至少兩個(gè)等同的測(cè)溫探頭彼此隔熱，以及特點(diǎn)在于選擇激勵(lì)的裝置(e)，用于有選擇地激勵(lì)一個(gè)從給定敏感器的加熱器和測(cè)溫元件的互補(bǔ)組成中選出的一個(gè)加熱器元件；確定裝置(f1)，用于確定指定的一個(gè)互補(bǔ)組成中所檢測(cè)到的各溫度輸出之間的溫度差值，並產(chǎn)生一相應(yīng)的檢測(cè)出的溫度差輸出；以及控制裝置(g)，在正常監(jiān)測(cè)方式下運(yùn)行于選擇兩個(gè)互補(bǔ)組之一作為運(yùn)行組，並且保持這兩個(gè)互補(bǔ)組的另一個(gè)作為備用狀態(tài)，該控制裝置控制該選擇激勵(lì)裝置激勵(lì)該選定的一組，並且控制該確定裝置確定在所選定組的各檢測(cè)溫度輸出之間的溫度差和產(chǎn)生一相應(yīng)的檢測(cè)的溫度差輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)系統(tǒng)，還包括裝置(h)，用于確定給定敏感器的互補(bǔ)組中任一溫度檢測(cè)和加熱器元件(C)的無(wú)能力運(yùn)行狀況，並產(chǎn)生一項(xiàng)相應(yīng)于此不能運(yùn)行元件的輸出;控制裝置(g)響應(yīng)于在正常監(jiān)測(cè)方式下確定裝置(h)確定的一個(gè)無(wú)能運(yùn)行的元件的輸出，並對(duì)應(yīng)于所選擇的運(yùn)行的那組而處于備用狀態(tài)中互補(bǔ)組的另一個(gè)作為運(yùn)行組，以及控制該選擇激勵(lì)裝置(e)去激勵(lì)，並用于控制確定裝置確定在這樣選出的另一組的檢測(cè)溫度輸出之間的溫度差。
3.如權(quán)利要求2的一個(gè)系統(tǒng)，還包括敏感器顯示裝置(i)，響應(yīng)于一個(gè)不能運(yùn)行的元件輸出，用于產(chǎn)生指示該無(wú)能運(yùn)行元件的顯示。
4.如權(quán)利要求1的一個(gè)系統(tǒng)，還包括裝置(j)，用于確定該確定裝置的檢測(cè)溫度差輸出相對(duì)較高值和較低值中間的一個(gè)基準(zhǔn)溫度差值，該確定裝置的輸出的較高較低值是響應(yīng)于給定的互補(bǔ)組的檢測(cè)溫度輸出產(chǎn)生的，並且分別對(duì)應(yīng)于相關(guān)的該敏感器探頭曝露在該壓力容器內(nèi)蒸汽和水中的情況;以及裝置(K)，用于將響應(yīng)于一個(gè)選定運(yùn)行組檢測(cè)的溫度輸出而產(chǎn)生的該確定裝置的檢測(cè)溫度差輸出的數(shù)值與該基準(zhǔn)溫度差值作比較，並在該檢測(cè)的溫度差輸出小于基準(zhǔn)的溫度差值時(shí)產(chǎn)生一項(xiàng)報(bào)警輸出。
5.如權(quán)利要求4的一個(gè)系統(tǒng)，其中該控制裝置(g)工作于驗(yàn)證的方式中，響應(yīng)于該比較裝置的報(bào)警輸出，而選擇處于備用狀態(tài)的另一互補(bǔ)組的元件，並用于控制該激勵(lì)裝置的激勵(lì)，以及控制該確定裝置去確定在另外的這樣選擇的互補(bǔ)組的各檢測(cè)溫度輸出之間的溫度差，並產(chǎn)生一相應(yīng)的檢測(cè)溫度差輸出。
6.如權(quán)利要求5的一個(gè)系統(tǒng)，還包括裝置(l)，用于比較在監(jiān)測(cè)方式中對(duì)一個(gè)給定的敏感器產(chǎn)生的該確定裝置的檢測(cè)溫度差輸出，以及另外在驗(yàn)證方式中結(jié)果輸出報(bào)警去證實(shí)該警報(bào)狀況。
7.如權(quán)利要求6的一個(gè)系統(tǒng)，還包括裝置(m)，響應(yīng)于一個(gè)報(bào)警輸出而產(chǎn)生一項(xiàng)報(bào)警指示顯示。
8.如權(quán)利要求1的一個(gè)系統(tǒng)，其中裝置(h)，用于確定給定敏感器的互補(bǔ)組中任一溫度檢測(cè)和加熱器元件無(wú)能運(yùn)行，並產(chǎn)生相應(yīng)的無(wú)能運(yùn)行元件輸出;以及其中該控制裝置是可選擇地運(yùn)行，在正常監(jiān)測(cè)的在線測(cè)試期間，用于改變地選擇另一個(gè)處于備用狀態(tài)的互補(bǔ)組作為運(yùn)行組，並且用于控制該選擇激勵(lì)裝置的激勵(lì)，和控制該確定裝置對(duì)應(yīng)地確定在這樣地改選的另一互補(bǔ)組的各檢測(cè)溫度輸出之間的溫度差。
9.如權(quán)利要求8的一個(gè)系統(tǒng)，還包括多個(gè)差分溫度敏感器和分別附屬的激勵(lì)裝置和確定裝置;該控制裝置包括系統(tǒng)控制裝置，分別附屬于多個(gè)敏感器的多個(gè)敏感器控制裝置;以及該系統(tǒng)控制裝置控制多個(gè)敏感器控制裝置去執(zhí)行與各敏感器分別相關(guān)的在線測(cè)試。
10.如權(quán)利要求9的一個(gè)系統(tǒng)，還包括比較裝置，用于比較在正常監(jiān)測(cè)方式期間和在在線測(cè)試期間分別產(chǎn)生的溫度差輸出，籍助于多個(gè)確定裝置的每一個(gè)去測(cè)試各相應(yīng)敏感器的運(yùn)行能力。
11.如權(quán)利要求10的一個(gè)系統(tǒng)，還包括蒸汽顯示裝置(n)，用于在正常監(jiān)測(cè)方式和在在線測(cè)試期間為多個(gè)敏感器的每一個(gè)顯示與各個(gè)敏感器的識(shí)別相關(guān)的多個(gè)確定裝置中每個(gè)相關(guān)的溫度差輸出。
12.如權(quán)利要求11的一個(gè)系統(tǒng)，其中系統(tǒng)顯示裝置(n)僅為一選定的單個(gè)敏感器的溫度差輸出進(jìn)行顯示(o);以及在每種監(jiān)測(cè)方式和在線測(cè)試中，該系統(tǒng)控制裝置逐個(gè)連續(xù)地選擇多個(gè)敏感器控制裝置和相應(yīng)的各自附屬的多個(gè)敏感器和多個(gè)確定裝置，並且提供從那里發(fā)出的相應(yīng)的差分溫度輸出，該輸出相應(yīng)于在該監(jiān)測(cè)方式下敏感器的選定的組和在線測(cè)試中每敏感器的互補(bǔ)組的並被提供到系統(tǒng)顯示裝置，以便相應(yīng)地逐個(gè)連續(xù)的並與所選定敏感器的識(shí)別一起進(jìn)行顯示。
13.如權(quán)利要求11的一個(gè)系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)顯示裝置還包括多個(gè)報(bào)警指示顯示裝置，分別對(duì)應(yīng)于多個(gè)敏感器，每一這樣相對(duì)應(yīng)的報(bào)警指示敏感器顯示裝置提供出一項(xiàng)與個(gè)別敏感器相關(guān)的警報(bào)狀態(tài)的指示。
14.如權(quán)利要求13的一個(gè)系統(tǒng)，還包括附屬于每個(gè)敏感器的裝置，用于確定各互補(bǔ)組中溫度檢測(cè)和加熱元件中任一個(gè)無(wú)能運(yùn)行能力，並產(chǎn)生相應(yīng)的無(wú)能運(yùn)行元件輸出多個(gè)敏感器控制裝置之一可操作到響應(yīng)于涉及到與一個(gè)選定的運(yùn)行組相應(yīng)的確定裝置的一個(gè)不運(yùn)行元件輸出，產(chǎn)生一項(xiàng)不運(yùn)行組輸出，以及響應(yīng)接收用于兩個(gè)互補(bǔ)組的確定裝置的一個(gè)不工作元件輸出，產(chǎn)生一項(xiàng)失效的敏感器輸出該系統(tǒng)控制裝置將該失效的組和多個(gè)敏感器控制裝置的失效敏感器輸出與相應(yīng)的敏感器的識(shí)別一起提供到該系統(tǒng)顯示裝置;以及該系統(tǒng)顯示裝置還包括分開(kāi)顯示裝置，用于響應(yīng)于分別收到的失效敏感器輸出，而分開(kāi)地顯示失效組和與相應(yīng)的敏感器識(shí)別一起的失效敏感器指示。
15.如權(quán)利要求9的一個(gè)系統(tǒng)，還包括運(yùn)行人員控制裝置，用于有選擇地控制該系統(tǒng)控制裝置執(zhí)行可選擇地在線測(cè)試多個(gè)敏感器。
16.如權(quán)利要求1的一個(gè)系統(tǒng)，其中每個(gè)互補(bǔ)組包括一個(gè)獨(dú)立的加熱器元件和兩個(gè)溫度檢測(cè)元件探頭對(duì)兒的每一個(gè)具有設(shè)在其中的一個(gè)獨(dú)立加熱器元件和兩個(gè)溫度檢測(cè)元件，后者定位成對(duì)加熱器元件為對(duì)稱(chēng)的關(guān)系，一個(gè)探頭的加熱器元件和溫度檢測(cè)元件之一以及另一個(gè)相關(guān)探頭中兩個(gè)溫度檢測(cè)元件中指定的一個(gè)被聯(lián)合作為第一互補(bǔ)組，並且該相關(guān)對(duì)兒探頭的另一個(gè)中的獨(dú)立加熱器元件和該相關(guān)對(duì)兒探頭的剩余的溫度檢測(cè)元件即作為第二互補(bǔ)組。
17.如權(quán)利要求1的一個(gè)系統(tǒng)，其中每一互補(bǔ)組包括有一對(duì)兒組合的加熱器/溫度檢測(cè)元件一個(gè)敏感器的相關(guān)探頭對(duì)的每一個(gè)具有一對(duì)組合的加熱器/溫度檢測(cè)元件在其中，每個(gè)這樣組合的元件具有實(shí)質(zhì)上與溫度線性相關(guān)的電阻值，並可工作如一個(gè)測(cè)溫元件用于產(chǎn)生一項(xiàng)檢測(cè)的溫度輸出，並且當(dāng)被激勵(lì)時(shí)，可選擇地工作于如一個(gè)加熱器元件的作用可加熱所屬的探頭，一對(duì)相關(guān)探頭之一的每個(gè)這樣組合的加熱器/溫度檢測(cè)元件被與相關(guān)探頭對(duì)兒的另一個(gè)組合的加熱器/溫度檢測(cè)元件之一聯(lián)合而為一給定敏感器的給定對(duì)兒的相關(guān)探頭確定出第一和第二組合的加熱器/溫度檢測(cè)元件的互補(bǔ)組;在正常監(jiān)測(cè)方式中，該控制裝置選擇組合的加熱器/溫度檢測(cè)器的第一互補(bǔ)組投入運(yùn)行，此時(shí)第二互補(bǔ)組處于備用狀態(tài)，以及控制該激勵(lì)裝置去激勵(lì)被選定組的組合加熱器/溫度檢測(cè)元件中給定的一個(gè)元件，該元件與一給定敏感器的給定對(duì)兒相關(guān)探頭中予定的一個(gè)探頭相關(guān)聯(lián)。
18.如權(quán)利要求17的一個(gè)系統(tǒng)，還包括確定裝置、用于確定一個(gè)給定敏感器的互補(bǔ)組中任一溫度檢測(cè)和加熱器元件的運(yùn)行失效，並產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)行失效元件輸出以及控制裝置在正常監(jiān)測(cè)方式下對(duì)所選定的組和選擇另一處于備用狀態(tài)下的那組反應(yīng)該確定裝置的一個(gè)無(wú)能運(yùn)行元件輸出，以及控制該激勵(lì)裝置去激勵(lì)這樣選定的與該相關(guān)探頭對(duì)的另一個(gè)有關(guān)聯(lián)的另一組中組合的加熱器/溫度測(cè)量元件。
19.如權(quán)利要求17的一個(gè)系統(tǒng)，其中的激勵(lì)裝置包括一個(gè)橋電路，它具有在第一和第二結(jié)點(diǎn)之間並聯(lián)連接的第一和第二臂;第一和第二恒定電流源與一互補(bǔ)組的相關(guān)的第一和第二加熱器/溫度檢測(cè)元件串聯(lián)連接，由此而處在相關(guān)的第一和第二臂中，在相關(guān)的第一和第二臂中的該串聯(lián)連接確定出第三和第四結(jié)點(diǎn);該第一恒定電流源提供電流給第一臂中的第一元件，提供的第一電平足能激勵(lì)該元件成為一加熱器元件;該第二恒定電流源連接到第二臂提供第二電平電流給該第二元件，相對(duì)于第一電平電流按一予定的比例因數(shù)而減低，以致該第二加熱器/溫度檢測(cè)元件僅被流過(guò)的第二電平電流輕微的加熱;一個(gè)差分放大器具有第一和第二輸入和一個(gè)輸出;連接裝置，用于連接該橋網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)結(jié)點(diǎn)到該差分放大器的第一和第二輸入上，以及用于按照流過(guò)相關(guān)的第一和第二加熱器/溫度檢測(cè)元件的第一和第二電平電流，有效地用該比例因數(shù)的倒數(shù)將在第三和第四結(jié)點(diǎn)上相關(guān)的電壓輸出標(biāo)準(zhǔn)化;以及該差分放大器產(chǎn)生一檢測(cè)的溫度差代表在該互補(bǔ)組的組合加熱器/溫度檢測(cè)元件的各相關(guān)的檢測(cè)溫度輸出之間的溫度差。
20.如權(quán)利要求17的一個(gè)系統(tǒng)，其中該激勵(lì)裝置包括裝置，用于對(duì)一給定的互補(bǔ)組第一和第二組合的加熱器/溫度檢測(cè)元件分別提供由一已知的比例因數(shù)而劃分成的高和低不同電平的恒定電流，借此而產(chǎn)生相應(yīng)的高和低電平的電壓輸出代表相應(yīng)的被測(cè)的溫度輸出，高電平電流使該第一組合的加熱器/溫度檢測(cè)元件產(chǎn)生足夠大的熱量從而作用如一個(gè)加熱器，並且其相應(yīng)的探頭即作用如一個(gè)加熱的探頭，以及該低電平電流使第二組合的加熱器/溫度檢測(cè)元件產(chǎn)生可被忽略的熱，並且其所屬的探頭作用如一個(gè)基準(zhǔn)探頭。
21.如權(quán)利要求20的一個(gè)系統(tǒng)，其中的確定裝置還包括裝置，用于改變?cè)摰谝缓偷诙M合的加熱器/溫度檢測(cè)元件各電壓輸出的相對(duì)電平，是在確定各檢測(cè)的溫度輸出之間溫度差的過(guò)程中借助于該已知的比例因數(shù)的倒數(shù)實(shí)現(xiàn)的，以及產(chǎn)生相應(yīng)的檢測(cè)溫度差輸出。
22.如權(quán)利要求21的一個(gè)系統(tǒng)，其中的確定裝包括裝置，用于提供一連續(xù)的基準(zhǔn)電壓值范圍，它對(duì)應(yīng)于一個(gè)運(yùn)行的組合加熱器/溫度檢測(cè)元件的檢測(cè)溫度輸出電壓值的范圍;以及裝置，用于將每一組合加熱器/溫度檢測(cè)元件檢測(cè)的溫度輸出電壓與該連續(xù)基準(zhǔn)電壓值的范圍進(jìn)行比較，以及當(dāng)檢測(cè)的溫度輸出電壓在該連續(xù)的基準(zhǔn)電壓范圍以外時(shí)產(chǎn)生一無(wú)能運(yùn)行的元件輸出。
全文摘要
監(jiān)測(cè)壓力容器內(nèi)液位的差分溫度敏感器具有雙重化的加熱、分裂槽熱電偶套管安裝在容器側(cè)壁上，每探頭至少有一平行于軸線的膛孔，探頭對(duì)內(nèi)裝有加熱器和測(cè)溫元件，水位上升時(shí)，該加熱的溫度敏感器因與水接觸而降溫，該系統(tǒng)中多個(gè)這樣敏感器輸出監(jiān)測(cè)的差溫而產(chǎn)生報(bào)警，對(duì)敏感器的輸出指示能檢錯(cuò)和驗(yàn)證，雙重敏感器方案允許自動(dòng)和人工操作地反復(fù)切換相關(guān)探頭對(duì)元件故障時(shí)可在線替換互補(bǔ)元件。
文檔編號(hào)G01F23/22GK1038880SQ8910340
公開(kāi)日1990年1月17日 申請(qǐng)日期1989年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月20日
發(fā)明者邁克爾·特沃多施利布 申請(qǐng)人:西屋電氣公司