технологическое устройство с усовершенствованным обеспечением электропитанием

Формула изобретения

1. Полевое устройство для измерения, управления и мониторинга технологических процессов, содержащее модуль беспроводной связи, предназначенный для беспроводного обмена информацией о процессе с другим устройством, модуль преобразования энергии, связанный с модулем беспроводной связи и предназначенный для связи с тепловым источником и для преобразования тепловой потенциальной энергии в электрическую энергию для питания электронной схемы в полевом устройстве, при этом источник тепла является технологическим источником тепла.

2. Полевое устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль преобразования энергии включает в себя термобатарею.

3. Полевое устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль преобразования энергии включает в себя термоэлектрический диод.

4. Полевое устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль преобразования энергии включает в себя полупроводниковый термоэлектрический генератор.

5. Полевое устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль преобразования энергии расположен непосредственно вблизи полевого устройства.

6. Полевое устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль преобразования энергии расположен дистанционно от полевого устройства.

7. Полевое устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит контроллер, связанный с модулем преобразования энергии и с модулем беспроводной связи, и преобразователь, связанный с процессом и контроллером.

8. Полевое устройство по п.7, отличающееся тем, что преобразователь является датчиком.

9. Полевое устройство по п.8, отличающееся тем, что датчик является температурным датчиком.

10. Полевое устройство по п.9, отличающееся тем, что температурный датчик предназначен для генерирования электроэнергии и является компонентой модуля преобразования энергии.

11. Полевое устройство по п.9, отличающееся тем, что дополнительно содержит термоячейку, предназначенную для контакта с технологической жидкостью.

12. Полевое устройство по п.11, отличающееся тем, что дополнительно содержит теплопроводящий элемент, расположенный в термоячейке и предназначенный для передачи тепла от технологической жидкости.

13. Полевое устройство по п.12, отличающееся тем, что модуль преобразования энергии включает в себя полупроводниковый термоэлектрический генератор, функционально связанный с теплопроводящим элементом.

14. Полевое устройство по п.13, отличающееся тем, что полупроводниковый термоэлектрический генератор имеет горячий конец, термически связанный с технологической жидкостью, и холодный конец, связанный с теплопроводящим элементом.

15. Полевое устройство по п.14, отличающееся тем, что теплопроводящий элемент имеет первый конец, связанный с термоэлектрическим генератором, и второй конец, связанный, по меньшей мере, с одним ребром радиатора охлаждения.

16. Полевое устройство по п.13, отличающееся тем, что полупроводниковый термоэлектрический генератор имеет горячий конец, связанный с первым концом теплопроводящего элемента, и холодный конец, связанный, по меньшей мере, с одним ребром радиатора охлаждения, при этом второй конец теплопроводящего элемента термически связан с технологической жидкостью.

17. Полевое устройство по п.1, отличающееся тем, что количество электроэнергии, преобразованное модулем преобразования, используется для индикации температуры, связанной с источником тепла.

18. Полевое устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит устройство накопления электроэнергии, связанное с модулем преобразования.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к системам управления технологическим процессом и системам мониторинга. Более точно настоящее изобретение относится к генерированию электропитания для полевых устройств этих систем.

Уровень техники

Системы управления в технологических установках используются для контроля и мониторинга материалов, используемых в технологических и химических процессах, и для других подобных целей. Обычно эти функции осуществляются управляющей системой с помощью полевых устройств, распределенных по ключевым позициям технологического процесса и связанных с управляющей схемой пункта управления посредством замкнутого контура управления процессом. Термин "полевое устройство" применим к любому устройству, функционирующему при дистанционном управлении или в системе мониторинга технологического процесса, включая все устройства, используемые для измерения, управления и мониторинга технологических процессов.

Полевые устройства используются для управления технологическим процессом и в измерительной технике с самыми различными целями. Обычно такие устройства имеют жесткую оболочку, могут устанавливаться на открытом воздухе при достаточно суровых условиях окружающей среды и способны противостоять экстремальным температурам, влажности, вибрациям, механическим ударам и т.п. Обычно эти устройства могут также работать при относительно низком уровне питания. Например, современные полевые устройства способны работать, получая полное питание, от схемы 4-20 мА.

Некоторые полевые устройства включают в себя преобразователь. Преобразователь следует понимать как устройство, формирующее выходной сигнал по входному сигналу физического параметра, или как устройство, формирующее выходной сигнал физического параметра, исходя из входного сигнала. Обычно преобразователь преобразует входной сигнал в выходной сигнал другой формы. Типы преобразователей включают в себя различные аналитические устройства - датчики давления, термисторы, термопары, тензодатчики, датчики потока, датчики положения, двигатели, соленоиды, световые индикаторы и др.

Обычно каждое полевое устройство содержит также электронную схему связи, используемую для сообщения с пунктом управления процессом, или же другую схему в замкнутом контуре управления процессом. В некоторых установках замкнутый контур управления процессом используется также для подачи в полевое устройство регулируемого тока и/или напряжения для его питания.

Аналоговые полевые устройства обычно соединяются с пунктом управления двухпроводными токовыми замкнутыми контурами управления процессом, причем каждое устройство соединяется с залом управления своим двухпроводным контуром управления. Обычно разность напряжений между двумя проводами поддерживается в пределах 12-45В для аналогового режима и 9-50В для цифрового режима. Некоторые аналоговые полевые устройства передают сигнал на пункт управления при модуляции тока, действующего в замкнутом контуре, током пропорциональным регистрируемой технологической переменной. Другие аналоговые полевые устройства способны функционировать при управлении из пункта управления изменением величины тока через контур. В дополнение к этому, или альтернативно, замкнутый контур управления процессом может поддерживать цифровые сигналы, используемые для связи с полевыми устройствами. Цифровая связь более функциональна по сравнению с аналоговой связью. Кроме того, цифровые устройства не требуют также отдельной проводной разводки для каждого полевого устройства. Полевые устройства, связывающиеся по цифровому способу, способны отвечать пункту управления и избирательно связываться с ним и/или с другими полевыми устройствами. Кроме того, такие устройства могут предоставлять дополнительную сигнальную информацию, например, диагностическую и/или аварийную.

В некоторых системах беспроводные технологии уже используются для связи с полевыми устройствами. Работа в беспроводном варианте облегчает проводную разводку и настройку полевого устройства. В настоящее время используются беспроводные системы, в которых полевое устройство включает в себя внутреннюю батарею, заряжаемую солнечным элементом без какого-либо проводного соединения. Проблема при использовании внутренней батареи возникает тогда, когда потребности энергопотребления беспроводных устройств существенно зависят от многих факторов, например скорости передачи сообщения, элементов устройства и т.п.

Трудности возникают также в системах, установленных в местах, где солнечная энергия не обеспечивается надежно. Например, использование солнечной энергии становится проблематичным в зонах, находящихся в течение суток в полной тени, при работе в течение всей недели в помещении или в частях света с очень редким солнечным освещением, как это имеет место за Полярным кругом. Соответственно, в этих системах питание беспроводного технологического устройства с помощью солнечной энергии не является надежным.

Сущность изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является создание беспроводных технологических устройств питанием от возобновляемого источника достаточной мощности, независимого от солнечного света.

Поставленная задача решена путем создания беспроводного полевого устройства. Полевое устройство включает в себя модуль беспроводной связи и модуль преобразования энергии. Модуль беспроводной связи предназначен для беспроводного обмена информацией о процессе с другим устройством. Модуль преобразования энергии связан с модулем беспроводной связи. Модуль преобразования энергии предназначен для связи с тепловым источником и для получения электроэнергии из тепловой потенциальной энергии в тепловом источнике.

Полевое устройство включает в себя контроллер, модуль беспроводной связи и модуль выработки электропитания. Модуль беспроводной связи связан с контроллером. Модуль выработки электропитания расположен в пределах полевого устройства и связан с контроллером и с модулем беспроводной связи. Модуль выработки электропитания сконфигурирован так, чтобы взаимодействовать с молекулярным окружением полевого устройства для получения электрического напряжения. Модуль выработки электропитания предпочтительно представляет собой тепловой генератор, получающий энергию из разности температур вблизи полевого устройства.

Согласно изобретению предложенное полевое устройство для измерения, управления и мониторинга технологических процессов содержит:

модуль беспроводной связи, предназначенный для беспроводного обмена информацией о процессе с другим устройством,

модуль преобразования энергии, связанный с модулем беспроводной связи и предназначенный для связи с тепловым источником и для преобразования тепловой потенциальной энергии в электрическую энергию для питания электронной схемы в полевом устройстве, при этом

источник тепла является технологическим источником тепла.

Предпочтительно модуль преобразования энергии включает в себя термобатарею, либо термоэлектрический диод, либо полупроводниковый термоэлектрический генератор.

Предпочтительно модуль преобразования энергии расположен непосредственно вблизи полевого устройства.

Предпочтительно также, чтобы модуль преобразования энергии был расположен дистанционно от полевого устройства.

Целесообразно, чтобы полевое устройство дополнительно содержало контроллер, связанный с модулем преобразования энергии и с модулем беспроводной связи, и преобразователь, связанный с процессом и контроллером.

Предпочтительно преобразователь является датчиком, при этом датчик является температурным датчиком и предназначен для генерирования электроэнергии и является компонентой модуля преобразования энергии.

Предпочтительно полевое устройство дополнительно содержит термоячейку, предназначенную для контакта с технологической жидкостью.

Целесообразно полевое устройство дополнительно содержит теплопроводящий элемент, расположенный в термоячейке и предназначенный для передачи тепла от технологической жидкости.

Предпочтительно модуль преобразования энергии включает в себя полупроводниковый термоэлектрический генератор, функционально связанный с теплопроводящим элементом, при этом полупроводниковый термоэлектрический генератор имеет горячий конец, термически связанный с технологической жидкостью, и холодный конец, связанный с теплопроводящим элементом.

Целесообразно теплопроводящий элемент имеет первый конец, связанный с термоэлектрическим генератором, и второй конец, связанный, по меньшей мере, с одним ребром радиатора охлаждения.

Предпочтительно полупроводниковый термоэлектрический генератор имеет горячий конец, связанный с первым концом теплопроводящего элемента, и холодный конец, связанный, по меньшей мере, с одним ребром радиатора охлаждения, при этом второй конец теплопроводящего элемента термически связан с технологической жидкостью.

При этом количество электроэнергии, преобразованное модулем преобразования, используется для индикации температуры, связанной с источником тепла.

Предпочтительно полевое устройство дополнительно содержит устройство накопления электроэнергии, связанное с модулем преобразования.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает схему известного полевого устройства;

Фиг.2 - блок-схему известного полевого устройства;

Фиг.3 - блок-схему полевого устройства, включающего в себя схему беспроводной связи для связи с удаленным устройством, согласно изобретению;

Фиг.4 - схему беспроводного полевого устройства согласно изобретению:

Фиг.5А и 5В - схемы температурно-чувствительного полевого устройства, получающего питание в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения;

Фиг.6А и 6В - схемы полевого устройства, получающего питание от полупроводникового термоэлектрического генератора, согласно изобретению;

Фиг.7 - схему полевого устройства, получающего питание от полупроводникового термоэлектрического генератора, согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На фиг.1 и 2 представлено известное полевое устройство. Система 10 управления процессом или мониторинга содержит пункт управления или систему 12 управления, связанную с одним или несколькими полевыми устройствами 14 двухпроводным замкнутым управляющим контуром 16. Примеры замкнутых управляющих контуров 16 включают в себя аналоговый контур связи 4-20 мА, гибридные протоколы связи, включающие в себя аналоговую и цифровую связь, такие как протокол HART® (Магистральный Адресуемый Удаленный Преобразователь), а также полностью цифровые протоколы, такие как протокол стандарта FOUNDATION Fieldbus. Обычно протоколы замкнутого контура управления процессом могут обеспечивать питание полевого устройства и связь полевого устройства с другими устройствами.

В этом примере полевое устройство 14 включает в себя схему 18, связанную с приводом/преобразователем 20 и с замкнутым управляющим контуром 16 через соединительную колодку 21 на оболочке 23. Полевое устройство 14 показано как генератор переменной процесса (PV), в котором оно связано с процессом и регистрирует параметр, например температуру, давление, рН, расход, или подобные параметры процесса, а также предоставляет их значения. Другие примеры полевых устройств включают в себя клапаны, двигатели, контроллеры и индикаторы.

Обычно полевые устройства оцениваются по их способности работать в "поле", в котором они могут подвергаться внешним воздействиям, например, температуры, влажности и давления. В дополнение к таким внешним воздействиям часто необходимо, чтобы полевые устройства выдерживали воздействия агрессивной среды, опасной и/или даже взрывоопасной атмосферы. Кроме того, такие устройства должны также работать в условиях вибрации и/или электромагнитной интерференции.

На фиг.3 представлена блок-схема беспроводного полевого устройства согласно варианту реализации настоящего изобретения. Полевое устройство 34 содержит модуль 38 преобразования энергии, контроллер 35, модуль 32 беспроводной связи и привод/преобразователь 20. Модуль 38 преобразования может представлять собой любое устройство, пригодное для преобразования тепловой потенциальной энергии технологического процесса в электрическую энергию. Модуль 38 преобразования может представлять собой любое устройство, известное или подлежащее разработке, преобразующее тепловую потенциальную энергию, имеющуюся в ближайшем молекулярном окружении полевого устройства 34, в электрическую энергию. Например, в модуле 38 могут использоваться известные устройства - термоэлементы, вырабатывающие электрическое напряжение по разности температур благодаря эффекту Пельтье. Для модуля 38 могут использоваться и другие устройства преобразования тепловой энергии в электрическую энергию. Эти устройства включают в себя термоэлектрические диоды, твердотельные термогенераторы и полупроводниковые термоэлектрические генераторы. Более того, любое известное устройство или устройство, еще подлежащее разработке, преобразующее тепловую потенциальную энергию в электрическую энергию, может быть использовано либо в качестве модуля 38, либо в сочетании с ним. Модуль 38 преобразования может обеспечивать питание для модуля 32 беспроводной связи, для других частей полевого устройства 34 или даже для всех элементов в пределах полевого устройства 34.

Модуль 32 беспроводной связи связан с контроллером 35 и взаимодействует с внешними беспроводными устройствами через антенну 26 по командам и/или данным от контроллера 35. Модуль 32 беспроводной связи может обмениваться информацией о процессе и информацией об устройстве. В зависимости от варианта использования модуль 32 беспроводной связи может быть предназначен для связи согласно любому подходящему протоколу беспроводной связи, включая (без ограничения) технологии беспроводных сетей (например, IEEE 802.11b беспроводной доступ точек и беспроводные сетевые устройства, разработанные Linksys of Irvine, California), сотовые или цифровые сетевые технологии (например, Microburst® by Aeris Communications Inc. Of San Jose, California), сверхширокополосную связь, оптическую связь в свободном пространстве, Глобальную Систему Мобильной связи (GSM), Пакетную Радиосвязь Общего Пользования (GPRS), Множественный Доступ с Кодовым разделением (CDMA), технологию размытого спектра, методику инфракрасной связи, SMS (Система Коротких Сообщений/текстовых сообщений), или любую другую подходящую беспроводную технологию. Кроме того, известная технология конфликта данных может быть использована так, что многие блоки могут сосуществовать в пределах их беспроводного рабочего диапазона. Такое предупреждение конфликта может включать в себя использование ряда различных радиочастотных каналов и/или методику размытого спектра.

Модуль 32 беспроводной связи может также включать в себя преобразователи для многих способов беспроводной связи. Например, основная беспроводная связь может быть осуществлена с помощью способов относительно дальней связи, таких как GSM или GPRS, а вторичный или дополнительный способ связи может быть предоставлен специалистам или операторам непосредственно вблизи блока, например, с помощью IEEE 802.11b или Bluetooth.

Некоторые модули беспроводной связи могут включать в себя электронные схемы, способные взаимодействовать с Глобальной Системой Позиционирования (GPS). GPS может быть успешно использована в мобильном варианте устройства 34 для определения его удаленного расположения. Вместе с тем, для определения местоположения могут быть использованы и другие методики.

Блок 37 памяти показан отделенным от контроллера 35, но на практике он может быть и частью контроллера 35. Блок 37 памяти может использовать память любого подходящего типа, включая непостоянную память (RAM), постоянную память (например, флэш-память, EEPROM и т.д.), а также любую их комбинацию. Блок 37 памяти может содержать программные команды для контроллера 35, так же как и любые необходимые управляющие служебные данные для устройства 34. Блок 37 памяти может содержать уникальный идентификатор для устройства 34, так что устройство 34 может отличать предназначенное для него соединение среди других беспроводных соединений. Примеры такого идентификатора могут включать в себя адрес Контроллера Доступа к Среде передачи данных (MAC), Серийный Электронный Номер, общий телефонный номер, адрес Интернет Протокола (IP) или любой другой подходящий идентификатор. Кроме того, блок 37 памяти может включать в себя информацию о присоединенных полевых устройствах, например, об их уникальных идентификаторах, конфигурациях и технических возможностях. Наконец, контроллер 35 с помощью блока 37 памяти может обеспечить вывод сигнала устройства 34 в любой удобной форме. Например, конфигурация и взаимодействие с полевым устройством 34 и/или с одним или несколькими присоединенными полевыми устройствами могут быть представлены в виде гипертекстового языка (HTML) web-страниц.

На фиг.4 представлена схема беспроводного полевого устройства, функционирующего в соединении с модулем 38 преобразования энергии в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. Модуль 38 расположен вне полевого устройства 34. Дополнительно на Фиг.4 показан преобразователь 20, функционирующий как датчик. Датчик или вывод датчика и беспроводное полевое устройство 34 в соответствии с процессом, с которым они связаны, поддерживаются при разных температурах. Например, датчик 20 может быть связан с технологической жидкостью, при этом он находится при более высокой температуре по сравнению с комнатной, при которой находится устройство 34. Модуль 38 преобразования термически связан с датчиком 20 и полевым устройством 34, как показано пунктирными линиями 40 и 42, соответственно. Дифференциальная температура, связанная с модулем 38 преобразования, генерирует электрическое напряжение внутри модуля 38 преобразования и подает его на беспроводное полевое устройство 34 по линии 44. Запитанное таким образом полевое устройство 34 формирует информацию и передает ее беспроводным образом на один или несколько удаленных трансиверов 46, которые на практике могут быть частью системы 12 управления.

Поскольку модуль 38 преобразования в общем случае преобразует тепловую потенциальную энергию в жидкости или вблизи нее в электроэнергию, одно соответствующее частное приложение варианта реализации настоящего изобретения заключается в измерении температуры полевыми устройствами. В таких вариантах реализации датчик 20 является температурным датчиком, например термопарой, термистором или термометром сопротивления (RTD). Хотя рассматривается температурно-чувствительное полевое устройство, варианты реализации настоящего изобретения применимы с любым полевым устройством.

На фиг.5A и 5В представлены схемы полевых устройств, получающих питание из тепловой энергии в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения. На фиг.5А представлено температурно-чувствительное полевое устройство 50, имеющее электронный блок 52, связанный с термоячейкой 54, чтобы иметь контакт с технологической жидкостью. Находясь в термоячейке 54, температурный датчик 56 обеспечивает указание температуры технологической жидкости вблизи края 58 термоячейки 54. Кроме того, часть модуля 38 преобразования (Фиг.4) расположена вблизи края 58. Практически устройство 60 расположено вблизи края 58 и электрически связано с электронным блоком 52 через линии 62, 64. Устройство 60 предпочтительно является любым подходящим устройством, преобразующим тепловую энергию в электрическую. Таким образом, устройство 60 может быть термобатареей, термодиодом (термоэлектрическим диодом), твердотельным термогенератором, полупроводниковым термоэлектрическим генератором или представлять собой любую комбинацию указанных элементов. Регистрация температуры полевого устройства 50 выполняется посредством температурного датчика 56, обеспечивающего сигнал на сигнальные линии 66 и 68 для электронного блока 52.

На фиг.5В представлено полевое устройство 70, имеющее электронный блок 52 и термоячейку 54. В противоположность полевому устройству 50 полевое устройство 70 использует устройство 72, которое генерирует электроэнергию, связанную с той температурой, при которой оно находится. Примеры подходящих устройств в качестве устройства 72 включают в себя термобатарею или термоэлектрический диод. Такие устройства пригодны потому, что они не требуют теплового потока через устройство, а вместо этого вырабатывают электроэнергию при воздействии теплового источника.

Технологические достижения в настоящее время увеличивают возможности такого полевого устройства, как показано на Фиг.5А и 5В. В смысле генерирования электроэнергии твердотельные термогенераторы становятся все более и более эффективными. Кроме того, беспроводные технологии также увеличивают возможности таких полевых устройств. В частности, беспроводные передатчики требуют все меньше и меньше энергии для покрытия одной и той же площади. Кроме того, даже в тех вариантах реализации, где расстояние передачи конкретного полевого устройства может быть ограничено, например, радиусом в 20 метров, варианты реализации настоящего изобретения предполагают ретрансляцию или ячеистую сеть для увеличения площади покрытия такими устройствами. Таким образом, если многие беспроводные полевые устройства находятся один от другого на расстоянии в пределах радиуса беспроводной передачи, то беспроводная передача информации первого устройства может быть ретранслирована вторым устройством, что увеличивает сетевой диапазон первого устройства за счет второго устройства.

На фиг.6А и 6В представлены полевые устройства, использующие для преобразования тепловой энергии полупроводниковый термоэлектрический генератор, в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения. Полупроводниковый термоэлектрический генератор вырабатывает электроэнергию, если поперек устройства поддерживается разность температур. Таким образом, имеется тепловой поток через устройство, и холодная сторона должна иметь существенно более низкую температуру для успешного генерирования электроэнергии.

На Фиг.6А полевое устройство 80 содержит электронный блок 52 и термоячейку 54 с полупроводниковым термоэлектрическим генератором 82, расположенным вблизи дальнего края 58 термоячейки 54. Для обеспечения теплового потока через блок 52 имеется теплопроводящий элемент 84, соединенный с холодной стороной 86 устройства 82 и передающий тепло в направлении, указанном стрелкой 88, на одну или несколько дополнительных охлаждающих пластин 90 радиатора, которые в некоторых вариантах реализации могут быть расположены в пределах электронного блока 52. Теплопроводящий элемент 84 может быть любой конструкции, эффективно передающей тепло. Например, теплопроводящий элемент 84 может быть медным стержнем.

На фиг.6В представлен альтернативный вариант устройства для генерирования электроэнергии из тепловой энергии. Полевое устройство 91 содержит электронный блок 52 и термоячейку 54. Но полупроводниковый термоэлектрический генератор 92 расположен над термоячейкой 54 вблизи электронного блока 52. Это позволяет устройству 92 иметь относительно большие размеры по сравнению с устройством 82. Для поддержания необходимого теплового потока через устройство 92 теплопроводящий элемент 84 имеет постоянный тепловой контакт с удаленным краем 58 и переносит тепло в направлении верхней стороны 94 устройства 92, как указано стрелкой 88. Холодная сторона 96 устройства 92 связана с одной из нескольких охлаждающих пластин 90 радиатора, который может быть расположен в блоке 52.

Как видно из Фиг.6А и 6В, имеются различные варианты для принципиального обеспечения теплового потока через полупроводниковый термоэлектрический элемент. И хотя на Фиг.6А и 6В показаны два примера, имеются и другие возможности в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения. На практике элемент для получения термоэлектрического питания необязательно должен быть расположен непосредственно вблизи полевого устройства.

На фиг.7 представлена схема полевого устройства 100, имеющего электронный блок 52, связанный с термоячейкой 54 для регистрации технологической температуры. Устройство 102 получения термоэлектрического питания удалено от полевого устройства 100 и связано с ним проводниками 104, 106. Более высокое значение технологической температуры задается на верхней стороне 108 полупроводникового термоэлектрического устройства 110, имеющего одну или несколько охлаждающих пластин 90 радиатора, размещаемого на холодной стороне 112. Поскольку устройство 102 удалено от полевого устройства 100, то физический размер устройства 102 не ограничен конструкцией полевого устройства 100. Это выгодно потому, что обычно только небольшие термоэлектрические устройства могут разместиться в термоячейке 54. Представляется, что коммерческие термоэлектрические устройства, имеющие размеры порядка 2 мм на 4 мм и 2 мм толщиной, могут разместиться в термоячейке и генерировать около 48 милливольт и 80 миллиампер при разности температур в 50°С между горячей и холодной сторонами. Это напряжение, вообще говоря, низкое и предпочтительно повышается известной в технике полевых устройств схемой преобразования напряжения. Соответственно, при этих условиях тепловой поток через термоэлектрическое устройство составляет около 0.22 Вт. Хотя рабочая эффективность относительно низка (около 2%), около 4 мВт вырабатываемой мощности достаточно для функционирования беспроводного полевого устройства.

Вместе с тем, если термоэлектрическое устройство удалено от полевого устройства, то оно может иметь существенно большие размеры, нежели в приведенном выше примере. В частности, могут быть использованы термоэлектрические устройства с размерами 15 мм на 15 мм и толщиной 2 мм. Эти коммерчески доступные устройства могут вырабатывать 375 милливольт и 300 миллиампер при той же разности температур в 50°С. Хотя схема преобразования с повышением напряжения все еще используется, около 112 милливатт генерируемой мощности делает конструкцию такой схемы намного проще и дешевле. При этих условиях тепловой поток через термоэлектрическое устройство составляет около 6 Вт.

Модуль преобразования может включать в себя или может быть соединен с дополнительной схемой питания для получения дополнительных возможностей, связанных с генерированием и/или накоплением энергии. Например, устройство накопления, такое как конденсатор или перезаряжаемый элемент, может быть функционально связано с модулем преобразования для поддержания необходимого уровня питания, если питание от модуля преобразования (определяемое тепловым источником) падает ниже минимально допустимого для работы полевого устройства или его составляющих. Кроме того, может быть использована любая вспомогательная силовая схема для повышения напряжения для удаления шума из цепей питания, для развязки цепей питания, для сглаживания и/или иного изменения вида питающего напряжения. В любом случае специалистам в данной области техники должно быть ясно, что с помощью вспомогательной силовой схемы возможно осуществление различных требуемых функций.

Хотя настоящее изобретение представлено здесь в связи с предпочтительными вариантами реализации, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что возможны изменения по форме и в деталях без отступления от существа и области применения изобретения.