ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР Российский патент 1994 года по МПК G01K5/62 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в составе цифровых систем сбора метеорологической информации для измерения температуры окружающей среды или систем управления технологическими процессами, характер протекания которых зависит от температуры воздуха.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее биметаллическую спираль, внутренним концом закрепленную на оси с помощью растяжек, установленных в обойме. На оси также закреплен диск с кодовой шкалой, над которой размещены бесконтактные датчики, выходные сигналы которых формируют параллельный код, содержащий информацию о температуре, вводимую в ЭВМ [1].

Для визуального отсчета температуры в устройстве имеется шкала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является цифровой термометр, содержащий датчик температуры с термочувствительным элементом в виде трех установленных соосно в параллельных плоскостях биметаллических спиралей, внутренние концы которых жестко закреплены на неподвижной оси, причем проекции точек крепления внутренних концов на диск с круговой кодовой шкалой, установленный на подвижной оси, размещенной внутри неподвижной оси, расположены на одной окружности, на одинаковом расстоянии друг от друга, и элементами считывания кода, установленными над кодовой шкалой, три вспомогательные оси, параллельные подвижной оси, и многоканальный блок цифровой обработки сигналов, подключенный к разрядным выходам датчика температуры, являющимся выходами элементов считывания кода [2] .

В известном устройстве усилие от биметаллических спиралей Архимеда передается на диск с круговой кодовой шкалой с помощью вспомогательных осей, первые концы которых укреплены шарнирно на диске, а к вторым концам осей прикреплены внешние концы биметаллических спиралей. Увеличение или уменьшение длины биметаллических спиралей приводит к повороту диска в ту или другую сторону, тем самым на разрядных выходах датчика температуры будет присутствовать информация об измеряемой температуре.

Шарнирное крепление указанных осей на диске предъявляет повышенные требования как к прочности на изгиб самого кодового диска, так и к прочности на изгиб вспомогательных осей. Качество шарнирного крепления осей к кодовому диску также должно быть высоким, в противном случае будет наблюдаться их люфт, что приведет к снижению точности измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры.

Цель достигается тем, что в известное устройство введены три дополнительные биметаллические спирали, идентичные основным и размещенные соосно им, внутренние концы которых жестко закреплены на неподвижной оси, причем проекции точек крепления внутренних концов дополнительных биметаллических спиралей на диск с круговой кодовой шкалой, в котором вдоль окружности с радиусом, равным радиусу внешнего витка биметаллических спиралей, на равном расстоянии друг от друга выполнены три отверстия, расположены на одной окружности, на одинаковом расстоянии друг от друга, а верхний и нижний концы каждой из трех вспомогательных осей пропущены через отверстия в диске, прикреплены к внешним концам соответствующих биметаллических спиралей, симметричных относительно диска.

На чертеже представлена схема датчика температуры предлагаемого устройства.

Цифровой термометр содержит датчик температуры с термочувствительным элементом, выполненным в виде двух групп идентичных биметаллических спиралей Архимеда: верхней и нижней, в каждой из которых находятся по три спирали. Спирали 1 каждой группы расположены друг над другом горизонтально в параллельных плоскостях с зазорами между собой по высоте. Внутренние концы каждой группы биметаллических спиралей жестко соединены с полой неподвижной вертикальной осью 2, составленной из двух частей: верхней и нижней. При этом указанные внутренние концы спиралей разнесены в пространстве на угол 120^о. Внутри неподвижной оси 2 располагается укрепленная на кернах подвижная ось 3. На этой оси, имеющей свободу вращения в горизонтальной плоскости, укреплен и жестко связан с ней диск 4 с круговой кодовой шкалой. Через равные промежутки вдоль окружности, радиус которой равен радиусу внешнего витка биметаллической спирали 1, на поверхности диска 4 расположены три отверстия 5, сквозь которые проходят вспомогательные оси 6, параллельные подвижной оси 3. Внешние концы биметаллических спиралей верхней группы жестко соединены с верхними концами вспомогательных осей 6. Внешние концы биметаллических спиралей 1 нижней группы жестко соединены с нижними концами вспомогательных осей 6. Элементы 7 считывания кода расположены относительно диска 4 над кодовыми дорожками. Выходы элементов 7 считывания кода соединены с входами соответствующих усилителей - формирователей логических двоичных единиц многоканального блока цифровой обработки сигналов, выходы которых соединены с входами преобразователя код Грея - двоичный код (на чертеже не показаны). Разрядные выходы преобразователя соединены с разрядными входами запоминающего устройства (ЗУ), разрядные выходы которого соединены с разрядными входами преобразователя двоичного кода в двоично-десятичный. Разрядные выходы преобразователя соединены с разрядными входами блока индикации. Таймер многоканального блока цифровой обработки сигналов соединен своими выходами с входами "Разрешение записи" запоминающего устройства.

Предложенный цифровой термометр работает следующим образом.

Под действием температуры воздуха биметаллические спирали 1 датчика температуры изменяют свои геометрические размеры (удлиняются при повышении температуры и укорачиваются при ее уменьшении).

Изменение длины биметаллических спиралей вызывает перемещение в пространстве вокруг подвижной оси вспомогательных осей 6, что приводит во вращение диск 4 с круговой кодовой шкалой. Элементы 7 считывания кода формируют дискретные сигналы двоичных единиц и нулей. Для уменьшения ошибки при считывании кода с диска 4 кодовая шкала выполнена в коде Грея.

Информационные сигналы с элементов считывания кода датчика температуры поступают на входы соответствующих усилителей - формирователей логических двоичных единиц, на выходах которых формируются сигналы из стандартных логических двоичных единиц и нулей, образующих собой кодовую комбинацию измеряемой в данный момент температуры. На разрядных входах преобразователя код Грея - двоичный код после преобразования кода Грея в обычный двоичный код формируется цифровой сигнал в двоичном коде. Сформированная таким образом кодовая комбинация двоичных единиц и нулей подается на разрядные входы ЗУ. После поступления разрешающего сигнала, который вырабатывается таймером, с его выхода 7 на вход "Разрешение записи" запоминающего устройства происходит запись указанной кодовой комбинации двоичных единиц и нулей в ЗУ. После записи в запоминающем устройстве описываемая кодовая комбинация двоичных единиц и нулей будет представлена на его разрядных выходах. Эта кодовая комбинация поступает на разрядные входы преобразователя двоичного кода в двоично-десятичный и после преобразования - на блок индикации многоканального блока цифровой обработки сигналов.

Применение в датчике температуры заявленного цифрового термометра в качестве усилиепередающих элементов вспомогательных осей 6, верхние и нижние концы каждой из которых жестко соединены с внешними концами верхних и нижних биметаллических спиралей, позволяет снизить требования к прочности на изгиб диска с круговой кодовой шкалой и, следовательно, уменьшить момент сопротивления измерительного механизма за счет уменьшения веса (массы) диска с круговой кодовой шкалой; устранить люфт осей в шарнирном соединении с диском с круговой кодовой шкалой за счет симметричного закрепления вспомогательных осей на внешних витках биметаллических спиралей относительно диска.

Все это приводит к уменьшению инструментальной погрешности при измерении температуры данным цифровым термометром, а следовательно, к повышению точности измерения температуры.

Использование: термометрия окружающей среды. Сущность изобретения: чувствительный элемент датчика температуры выполнен в виде двух групп биметаллических спиралей, содержащих по три спирали, установленные в параллельных плоскостях. Внутренние концы спиралей жестко закреплены на неподвижной оси, внутри которой размещена подвижная ось с диском, снабженным круговой кодовой шкалой. К внешним концам соответствующих биметаллических спиралей каждой из группы, симметричных относительно диска, прикреплены концы трех вспомогательных осей, параллельных подвижной оси и пропущенных через отверстия в диске. Над кодовой шкалой диска расположены элементы считывания кода, выходы которых являются разрядными выходами датчика температуры. К этим выходам подключен многоканальный блок цифровой обработки сигналов. 1 ил.

ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий датчик температуры с термочувствительным элементом в виде трех установленных соосно в параллельных плоскостях биметаллических спиралей, внутренние концы которых жестко закреплены на неподвижной оси, причем проекции точек крепления внутренных концов на диск с круговой кодовой шкалой, установленный на подвижной оси, размещенной внутри неподвижной оси, расположены на одной окружности на одинаковом расстоянии друг от друга, и элементами считывания кода, установленными над кодовой шкалой, три вспомогательных оси, параллельных подвижной оси, и многоканальный блок цифровой обработки сигналов, подключенный к разрядным выходам датчика температуры, являющимся выходами элементов считывания кода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены три дополнительных биметаллических спирали, идентичных основным и размещенных соосно с ними, внутренние концы которых жестко закреплены на неподвижной оси, причем проекции точек крепления внутренних концов дополнительных биметаллических спиралей на диск с круговой кодовой шкалой, в котором вдоль окружности с рудиусом, равным радиусу внешнего витка биметаллических спиралей, на равном расстоянии друг от друга выполнены три отверстия, расположены на одной окружности на одинаковом расстоянии друг от друга, а верхний и нижний концы каждой из трех вспомогательных осей, пропущенных через отверстия в диске, прикреплены к внешним концам соответствующих биметаллических спиралей, симметричных относительно диска.