一种自供电测温装置及测温方法与流程
1.本发明涉及测温领域，特别涉及一种自供电测温装置及测温方法。
背景技术：
2.煤是一种重要燃料，尤其在火力发电厂、冶金厂、水泥厂、焦化厂等大型工业企业，煤炭是必不可少的，而企业一般都会建造一个或多个露天的贮煤场，以此来保证煤的供给。
3.煤堆在长时间的堆积过程中，由于氧化反应的发生会使煤堆温度升高，当温度高于煤堆燃点时就会发生煤堆自燃等一系列安全事故，严重威胁人的生命财产安全。为了防止煤堆自燃，相关技术利用热管将煤堆热量散发到空气中，但直接将产生的热量散发到空气中造成能量的浪费；相关技术中，采用煤堆热点探测器，热管与温差发电组件之间的热损失较大，且组装不方便，且不能实现电能的管理。
技术实现要素：
4.为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提供一种自供电测温装置及测温方法，所采用的技术方案如下：
5.本发明提供一种自供电测温装置，自供电测温装置包括传热管、温差发电芯片、电能管理组件、温度传感器，所述传热管内部设置有空腔，所述空腔封闭，所述空腔内设置有传热工质，所述传热管包括蒸发部、绝热部、冷凝部，所述蒸发部设置于所述传热管的第一端，所述冷凝部设置于所述传热管的第二端，所述绝热部处于所述蒸发部与所述冷凝部之间，所述蒸发部用于插入待测物体内，所述蒸发部通过所述传热工质将热量传递至所述冷凝部；所述温差发电芯片包括热端、冷端，所述热端与所述冷凝部连接；所述电能管理组件包括直流转换器、储能器、电压检测器、充电管理芯片、控制器，所述温差发电芯片连接所述直流转换器，所述直流转换器连接所述储能器，电能能够储存在所述储能器中，所述储能器连接所述电压检测器，所述电压检测器用于检测所述储能器的电压，所述充电管理芯片连接所述电压检测器，控制器分别连接所述直流转换器与所述电压检测器；所述温度传感器与所述控制器连接。
6.本发明的实施例至少具有以下有益效果：本发明中，待测物体将热量传递至传热管第二端，传热管蒸发部吸收热量使传热工质蒸发为气态，气态高温的传热工质将热量传递至冷凝部，传热工质在冷凝部液化并回流至蒸发部，进行循环传热，冷凝部将热量传递至温差发电芯片，温差发电芯片产生的电能对电能管理组件和温度传感器供电，使热能转化为电能进行利用。电能管理组件将电能转化为直流并调整温差发电芯片的功率，实现电能的管理与存储，并通过充电管理芯片保证储能器的安全。
7.本发明的某些实施例中，所述冷凝部包括发电单元、散热单元，所述散热单元靠近所述绝热部，所述发电单元靠近所述传热管的第二端，所述发电单元上设置有传热部件，所述传热部件中空，所述传热部件套设在所述发电单元上，所述传热部件侧壁包括多个安装平面，所述安装平面的数量与所述温差发电芯片的数量相同，各所述温差发电芯片分别设
置于所述安装平面上。
8.本发明的某些实施例中，各所述安装平面上设置有散热组件，所述散热组件包括安装支座、散热翅片，所述安装支座的第一面上设置有凹陷部，所述温差发电芯片处于所述凹陷部内，所述散热翅片设置有多个，各所述散热翅片并列设置于所述安装支座的第二面。
9.本发明的某些实施例中，所述散热翅片包括支撑部、弯转部、平直部，所述支撑部设置于所述安装支座上，所述支撑部连接所述弯转部，两个所述平直部从所述弯转部两侧向远离所述支撑部的方向延伸。
10.本发明的某些实施例中，所述散热单元侧壁设置有多个散热片，各所述散热片围绕所述散热单元一周设置，各所述散热片并列设置，相邻所述散热片之间存在缝隙。
11.本发明的某些实施例中，所述传热部件顶部设置有电路连接盒，所述电能管理组件设置于所述电路连接盒中。
12.本发明的某些实施例中，所述温度传感器设置于所述传热部件内，所述传热部件顶部设置有第一测温孔，所述温度传感器能够从所述第一测温孔穿出所述传热部件。
13.本发明的某些实施例中，所述电路连接盒底部设置有第二测温孔，所述温度传感器穿过所述第二测温孔连接所述控制器。
14.本发明提供一种自供电测温方法，包括：
15.电能从温差发电芯片传递至直流转换器，直流转换器将电能转化为直流电；
16.直流电在储能器中储存；
17.当电能采集不充足时，储能器放电，当储能器电量过低时，充电管理芯片控制储能器停止放电；
18.电压检测器检测储能器两端电压，并将信号传输至控制器，控制器计算温差发电芯片的输出功率，并调整占空比，以扰动观察法使温差发电芯片在输出的最大功率附近扰动。
19.本发明的实施例至少具有以下有益效果：本发明中，首先将电能转化为直流，便于使储能器存储电能，避免电能流失，储能器在电能采集不足时为温度传感器供电，通过充电管理芯片保护储能器，避免储能器放电量过大，通过检测储能器两端电压得到当前的输出功率，并以扰动观察法将功率保持在最大功率附近扰动，形成电能的自我管理，通过调整测温装置运行模式舍去非必要功耗，延长测温装置使用寿命。
20.本发明的某些实施例中，一种自供电测温方法，还包括：
21.设置第一临界温度、第二临界温度；
22.当前温度小于第一临界温度时，温度传感器以第一时间间隔检测温度；
23.当前温度处于第一临界温度与第二临界温度之间时，温度传感器以第二时间间隔检测温度，并将温度数据上传；
24.当前温度大于第二临界温度时，温度传感器以第二时间间隔检测温度，将温度数据上传，并发出警报。
25.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
26.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
27.图1是本发明自供电测温装置的结构示意图；
28.图2是本发明自供电测温装置的主视图；
29.图3是本发明自供电测温装置的俯视图；
30.图4是本发明自供电测温装置中传热管的剖视图；
31.图5是本发明自供电测温装置中传热部件的结构示意图；
32.图6是本发明自供电测温装置中散热组件的结构示意图；
33.图7是本发明自供电测温方法的流程图。
34.附图标记：
35.101.空腔；102.蒸发部；103.绝热部；
36.201.温差发电芯片；
37.301.发电单元；302.安装平面；303.安装支座；304.凹陷部；305.支撑部；306.弯转部；307.平直部；308.散热片
38.401.电路连接盒；402.第一测温孔。
具体实施方式
39.本部分将结合图1至图7详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“中部”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。限定有“第一”、“第二”的特征是用于区分特征名称，而非具有特殊含义，此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.煤在堆放过程中，空气能够流动进入煤堆内部，煤与空气中的氧气接触发生氧化反应放出热量，煤堆外层产生的热量能够散发到空气中，而内部氧化反应产生的热量难以散发从而使煤堆温度升高，温度的上升又加快了煤与空气氧化反应的速度以及触发一系列的化学反应放出更多的热量，热量过高容易造成安全事故，也产生了能源浪费。
43.如图1、图2、图3、图4所示，本发明实施例提供一种自供电测温装置，自供电测温装置包括传热管、温差发电芯片201、电能管理组件、温度传感器。
44.传热管为封闭的管状物，传热管中空，内部设置有空腔101，空腔101内设置有传热工质，传热工质在常温状态下为液态，在受热时，液态的传热工质通过汽化转化为气态，气态传热工质因温度较高向上扩散，扩散到温度较低处，传热工质放热重新转化为液态，并回流到温度较高的位置，再次进行汽化，形成热量的循环传递。
45.进一步地，传热管包括蒸发部102、绝热部103、冷凝部，液态工质在蒸发部102吸收待测温物体的温度从而吸热汽化，汽化的工质穿过绝热部103到达冷凝部进行液化放热，可以理解的是，传热管的第一端处于待测温物体内部，蒸发部102处于传热管的第一端，传热管的第二端处于待测温物体的外部，冷凝部处于传热管的第二端，冷凝部处于蒸发部102的上方，绝热部103处于蒸发部102与冷凝部之间。
46.温差发电芯片201包括热端、冷端，热端与冷凝部连接，进一步地，热端涂敷界面导热材料，温差发电芯片201的冷端和热端均具有一定的面积，热端与冷凝部抵接，保证热端与冷凝部的接触面积足够大，使冷凝部内工质释放出的热量充分传递到热端。温差发电芯片201根据赛贝克效应原理，采用薄膜技术加工制造，温差发电芯片201中，在温度梯度下导体内的载流子从热端向冷端运动，并在冷端堆积，从而在材料内部形成电势差，同时在电势差作用下产生反向电荷流，当热运动的电荷流与内部电场达到动态平衡时，半导体两端形成稳定的温差电动势，从而进行发电。
47.如图5所示，在一些示例中，冷凝部包括发电单元301、散热单元，散热单元用于将待测物体内大量的热能散发，通过热交换降低待测物体的温度，发电单元301用于与温差发电芯片201配合，使温差发电芯片201上产生温度差，从而完成发电工作。通过调节发电单元301与散热单元之间的长度比，保证温差发电芯片201输出电能满足最低用电需求的同时为待测物体提供最大散热量，提高测温装置的综合性能。
48.进一步地，散热单元靠近绝热部103，发电单元301靠近传热管的第二端，由于温差发电芯片201相对于发电单元301尺寸较大，且温差发电芯片201的热端为平面，因此，在发电单元301上设置有传热部件，工质将热量传递至发电单元301表面，热量进一步传递到传热部件上，再由传热部件将热量传递至温差发电芯片201的热端。进一步地，传热部件由导热性能良好的材料制成，且传热部件中空，传热部件套设在发电单元301侧壁上，使发电单元301的侧壁各处能够均匀地将热量传递到传热部件上。传热部件上设置有安装平面302，安装平面302设置有多个，相应地，温差发电芯片201的数量与安装平面302的数量相等，即每个安装平面302上均设置有一个温差发电芯片201，温差发电芯片201的热端抵接于安装平面302上。
49.具体地，安装平面302设置有三个，三个安装平面302均匀分布在传热部件的外侧壁上，相应地，温差发电芯片201也设置有三个，各温差发电芯片201根据实际用电需求进行串联或并联。
50.在一些示例中，为保证传热部件与发电单元301连接稳固，提升传热效率，降低热损失，发电单元301的侧壁上设置有外螺纹，传热部件的内壁设置有内螺纹，传热部件与发电单元301通过内螺纹与外螺纹的螺纹配合保证连接强度。具体地，内螺纹与外螺纹的螺距均大于2毫米，便于施加一定的扭矩，使传热部件与发电单元301紧固连接，同时，减小传热
部件与发电单元301之间产生的接触热电阻。
51.如图6所示，在一些示例中，各安装平面302上设置有散热组件，散热组件连接温差发电芯片201的冷端，保证冷端的温度较低，使温差发电芯片201的冷端与热端产生温度差，从而进行发电工作。同时，当待测物体温度过高时，发电单元301将大量的热能传递至温差发电芯片201处，容易使设备损坏，散热组件使过多的热能释放，保证设备安全。
52.进一步地，散热组件包括安装支座303、散热翅片，安装支座303设置于安装平面302上，由于温差发电芯片201凸出于安装平面302，为保证安装支座303位置稳定，且安装支座303与温差发电芯片201的接触面积足够大，安装支座303的第一面上设置有凹陷部304，温差发电芯片201处于凹陷部304内。安装支座303的第一面上设置有多个第一安装孔，安装平面302上对应设置有多个第二安装孔，紧固件穿过第一安装孔与第二安装孔，使安装支座303的第一面抵接于安装平面302上，保证连接稳固。
53.散热翅片设置于安装支座303的第二面，从安装支座303的第二面向外部延伸，可以理解的是，散热翅片设置有多个，各散热翅片并列设置，散热翅片通过挤压铝片制成，导热性能好、散热面积大，也避免灰尘的堆积。
54.在一些示例中，为提升散热翅片的表面积，从而提升向周围环境散热的效率，散热翅片包括支撑部305、弯转部306、平直部307，支撑部305设置于安装支座303上，各支撑部305以一定间隔并列设置，各支撑部305从安装支座303上向外侧延伸。支撑部305连接弯转部306，弯转部306的两侧分别连接有平直部307，两个平直部307近似以支撑部305的延伸方向继续向外延伸，避免相邻散热翅片之间发生干涉。平直部307的表面积较大，热量传递到平直部307上时，由于平直部307与外部冷空气接触，通过热传递将热量排出。
55.在一些示例中，散热单元侧壁上设置有多个散热片308，热量传递到散热片308上时，散热片308与外部冷空气的接触面积较大，通过热传递进行散热。具体地，各散热片308围绕散热单元一周设置，且各散热片308并列设置，为保证散热片308充分与外部空气接触，相邻散热片308之间存在一定缝隙。
56.电能管理组件包括直流转换器、储能器、电压检测器、充电管理芯片、控制器，储能器用于存储温差发电芯片201所发出的电能，具体地，储能器包括储能能力较高的超级电容。为将电能储存进储能器中，首先要转化为直流电，交流电会穿过电容，而直流电才能够被阻隔，从而得以收集。储能器连接电压检测器，电压检测器能够对储能器的两端电压进行检测，充电管理芯片连接电压检测器，对储能器进行保护，避免过度放电。控制器分别连接直流转换器与电压检测器，对收集到的电能进行整体管理。
57.在一些示例中，传热部件顶部设置有电路连接盒401，电能管理组件设置于电路连接盒401中，具体地，为保证电路连接盒401与传热部件的相对位置稳定，进而使电能管理组件的位置稳定，电路连接盒401的底部设置有多个第三安装孔，传热部件顶端对应设置有多个第四安装孔，紧固件穿过第三安装孔与第四安装孔，保证连接强度。
58.温度传感器用于测量传热部件的温度并发出信号，进而间接测量待测物体的温度，信号需要传递到控制器处，由控制器进行进一步处理。因此，温度传感器与控制器连接。
59.在一些示例中，温度传感器设置于传热部件内部，为便于温度传感器与传热部件顶部的控制器连接，传热部件顶部设置有第一测温孔402，温度传感器穿过第一测温孔402。
60.在一些示例中，电路连接盒401底部设置有第二测温孔，温度传感器穿过第二测温
孔与控制器连接。
61.如图7所示，本发明实施例提供一种自供电测温方法。电能从温差发电芯片201传递至直流转化器，直流转换器将电能转化为直流电，由于升压电路在同样的功率下输入电压较低，输入电流较大，会带来较大的线路损耗，因此，直流转换器选用含升降压芯片的转换电路，而不采用升压芯片。具体地，直流转换器采用tps61200升降压芯片。
62.电能经直流转换后为储能器充电，富余电能为后续电路供电。当电能采集不充足时，储能器放电，充电管理芯片能够控制储能器的放电过程，具体地，充电管理芯片采用ltc4071芯片，ltc4071芯片能够在储能器电量过低的时候，使储能器停止向外供电，防止储能器因深度放电而造成损坏。
63.电压检测器检测储能器两端电压，并将信号传输至控制器，控制器通过电压值得到温差发电芯片201的输出功率，控制器输出pwm信号调整占空比，进而改变直流转换单元虚拟阻抗以调整输出电压，基于扰动观察法使输出功率在最大功率附近扰动。由于温差发电芯片201的输出功率是不断进行变化的，而输出功率在变化中存在功率最高值，即功率顶峰点，顶峰点是在当前固定的外部条件下功率数值最大的点，对应的功率即当前温差发电芯片201能够输出的最大功率，对应的电压就是在当前固定外部条件下温差发电芯片201的最大功率点电压。扰动观察法是在动态环境中不断跟踪最大功率点，每一次都对输入的信号进行调整，不断增加或减少输入信号的值，然后通过判断下一次的输出的变化方向，结合输入的变化方向，得出此时运行的状态，从而判断出下一次改变输入的方向，然后不断循环，最终扰动到最大功率点附近，具体的改变方式是通过改变占空比来实现最大功率输出，最终实现电能的自我管理。具体地，电压检测器采用bl8506-09crm芯片，控制器采用stm32系列芯片。
64.在一些示例中，自供电测温装置运行过程中，通过控制器判断温度传感器读取的当前温度大小，以调整运行模式，具体地，运行模式包括低功耗模式、二级预警模式及一级预警模式，且自供电测温装置还包括无线收发部件和报警部件，无线收发部件与报警部件分别连接控制器，具体地，报警部件包括蜂鸣器。
65.用户根据需求和待测物体的性质设定第一临界温度、第二临界温度，第一临界温度小于第二临界温度。具体地，当待测物体为煤时，第一临界温度约为60℃，第二临界温度约为80℃。
66.当前温度小于第一临界温度时，自供电测温装置处于低功耗模式，温度传感器以第一时间间隔检测温度，温度传感器采用低频率读取待测物体的温度，且不进行数据上传，即无线收发部件不进行工作；
67.当前温度处于第一临界温度与第二临界温度之间时，自供电测温装置进入二级预警模式，温度传感器以第二时间间隔检测温度，温度传感器采用高频率读取待测物体温度，并通过无线收发部件上传数据；
68.当前温度大于第二临界温度时，自供电测温装置进入一级预警模式，温度传感器以第二时间间隔检测温度，温度传感器采用高频率读取待测物体温度，上传温度数据，同时，报警部件发出警报提醒，工作人员需要及时处理过高的待测物体温度。
69.在一些示例中，当自供电测温装置用于监测粮仓的温度时，由于粮仓内的温度相对较低，传热管中需要采用低沸点的传热工质，传热管能够利用粮仓风扇强化冷凝部的散
热效果，从而提高发电量。其中，设置第一临界温度约为20℃，设置第二临界温度约为30℃。
70.在本说明书的描述中，若出现参考术语“一个实施例”、“一些实例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
71.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
技术特征：
1.一种自供电测温装置，其特征在于，包括：传热管，所述传热管内部设置有空腔，所述空腔封闭，所述空腔内设置有传热工质，所述传热管包括蒸发部、绝热部、冷凝部，所述蒸发部设置于所述传热管的第一端，所述冷凝部设置于所述传热管的第二端，所述绝热部处于所述蒸发部与所述冷凝部之间，所述蒸发部用于插入待测物体内，所述蒸发部通过所述传热工质将热量传递至所述冷凝部；温差发电芯片，所述温差发电芯片包括热端、冷端，所述热端与所述冷凝部连接；电能管理组件，所述电能管理组件包括直流转换器、储能器、电压检测器、充电管理芯片、控制器，所述温差发电芯片连接所述直流转换器，所述直流转换器连接所述储能器，电能能够储存在所述储能器中，所述储能器连接所述电压检测器，所述电压检测器用于检测所述储能器的电压，所述充电管理芯片连接所述电压检测器，控制器分别连接所述直流转换器与所述电压检测器；温度传感器，所述温度传感器与所述控制器连接。2.根据权利要求1所述的自供电测温装置，其特征在于，所述冷凝部包括发电单元、散热单元，所述散热单元靠近所述绝热部，所述发电单元靠近所述传热管的第二端，所述发电单元上设置有传热部件，所述传热部件中空，所述传热部件套设在所述发电单元上，所述传热部件侧壁包括多个安装平面，所述安装平面的数量与所述温差发电芯片的数量相同，各所述温差发电芯片分别设置于所述安装平面上。3.根据权利要求2所述的自供电测温装置，其特征在于，各所述安装平面上设置有散热组件，所述散热组件包括安装支座、散热翅片，所述安装支座的第一面上设置有凹陷部，所述温差发电芯片处于所述凹陷部内，所述散热翅片设置有多个，各所述散热翅片并列设置于所述安装支座的第二面。4.根据权利要求3所述的自供电测温装置，其特征在于，所述散热翅片包括支撑部、弯转部、平直部，所述支撑部设置于所述安装支座上，所述支撑部连接所述弯转部，两个所述平直部从所述弯转部两侧向远离所述支撑部的方向延伸。5.根据权利要求2所述的自供电测温装置，其特征在于，所述散热单元侧壁设置有多个散热片，各所述散热片围绕所述散热单元一周设置，各所述散热片并列设置，相邻所述散热片之间存在缝隙。6.根据权利要求2所述的自供电测温装置，其特征在于，所述传热部件顶部设置有电路连接盒，所述电能管理组件设置于所述电路连接盒中。7.根据权利要求6所述的自供电测温装置，其特征在于，所述温度传感器设置于所述传热部件内，所述传热部件顶部设置有第一测温孔，所述温度传感器能够从所述第一测温孔穿出所述传热部件。8.根据权利要求7所述的自供电测温装置，其特征在于，所述电路连接盒底部设置有第二测温孔，所述温度传感器穿过所述第二测温孔连接所述控制器。9.一种自供电测温方法，应用于权利要求1至8任意一项所述的自供电测温装置，其特征在于：电能从温差发电芯片传递至直流转换器，直流转换器将电能转化为直流电；直流电在储能器中储存；当电能采集不充足时，储能器放电，当储能器电量过低时，充电管理芯片控制储能器停
止放电；电压检测器检测储能器两端电压，并将信号传输至控制器，控制器计算温差发电芯片的输出功率，并调整占空比，以扰动观察法使温差发电芯片在输出的最大功率附近扰动。10.根据权利要求9所述的自供电测温方法，其特征在于，还包括：设置第一临界温度、第二临界温度；当前温度小于第一临界温度时，温度传感器以第一时间间隔检测温度；当前温度处于第一临界温度与第二临界温度之间时，温度传感器以第二时间间隔检测温度，并将温度数据上传；当前温度大于第二临界温度时，温度传感器以第二时间间隔检测温度，将温度数据上传，并发出警报。
技术总结
本发明公开了一种自供电测温装置及测温方法，自供电测温装置包括传热管、温差发电芯片、电能管理组件、温度传感器，传热管内部设置有传热工质，传热管包括蒸发部、绝热部、冷凝部；温差发电芯片包括热端、冷端，热端与冷凝部连接；电能管理组件包括直流转换器、储能器、电压检测器、充电管理芯片、控制器，电能能够储存在储能器中，控制器分别连接所述直流转换器与所述电压检测器；温度传感器与控制器连接。本发明中，蒸发部吸收热量使传热工质蒸发为气态，气态高温的传热工质将热量传递至冷凝部，冷凝部将热量传递至温差发电芯片，温差发电芯片产生的电能对电能管理组件和温度传感器供电。电。电。
