ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР Российский патент 1994 года по МПК G01K5/62 

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

Известно устройство для измерения температуры, содержащее биметаллическую спираль, внутренним концом закрепленную на оси, с помощью растяжек установленной 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 закреплены на неподвижной оси, внутри которой размещена подвижная ось с закрепленным на ней диском с круговой кодовой шкалой, над которой установлены элементы считывания кода, а внешний конец каждой биметаллической спирали жестко соединен с одним из концов дополнительной 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 передается на диск с круговой кодовой шкалой с помощью дополнительных осей, одни концы которых укреплены шарнирно на диске с круговой кодовой шкалой, а к другим концам осей прикреплены внешние концы биметаллических спиралей. Увеличение или уменьшение длины биметаллических спиралей приводит к повороту кодовой шкалы в ту или другую сторону, тем самым на разрядных выходах датчика температуры будет присутствовать информация об измеряемой температуре.

При этом чем легче диск с круговой кодовой шкалой, тем меньше будет момент сопротивления всего измерительного механизма, тем точнее будет определено значение температуры.

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

Цель достигается тем, что в известном цифровом термометре дополнительные оси, выполненные идентичными, своими вторыми концами жестко закреплены на подвижной оси под углом 90^о к ней, причем проекции точек крепления этих концов на диск с круговой кодовой шкалой расположены на одной окружности, на одинаковом расстоянии друг от друга.

На фиг.1 показан датчик температуры данного устройства; на фиг.2-4 представлены разрезы А-А, Б-Б, В-В на фиг.1.

Цифровой термометр содержит датчик температуры с термочувствительным элементом в виде трех идентичных биметаллических спиралей Архимеда, расположенных друг над другом горизонтально в параллельных плоскостях с зазорами между собой по высоте. Внутренние концы биметаллических спиралей 1 жестко соединены с полой неподвижной вертикальной осью 2, составленной из двух частей: верхней и нижней. Причем указанные внутренние концы спиралей 1 разнесены в пространстве на угол 120^о. Внутри неподвижной оси 2 располагается укрепленная на кернах подвижная ось 3. На подвижной оси 3, имеющей свободу вращения в горизонтальной плоскости, укреплен и жестко связан с ней диск 4 круговой кодовой шкалой. К подвижной оси 3 под углом 90^о жестко присоединены три идентичные дополнительные оси 5, внешние (свободные) концы которых соединены с внешними концами биметаллических спиралей 1. Проекции точек крепления концов дополнительных осей 5 к оси 3 на диск 4 расположены на одной окружности, на одинаковом расстоянии друг от друга.

Элементы 6 считывания кода расположены относительно диска 4 над кодовыми дорожками его круговой шкалы. Выходы элементов 6 соединены с входами соответствующих усилителей-формирователей логических двоичных единиц многоканального блока цифровой обработки сигналов (на чертеже не показаны). Выходы усилителей-формирователей соединены с входами преобразователя код Грея - двоичный код, разрядные выходы которого соединены с разрядными входами запоминающего устройства (ЗУ).

Разрядные выходы ЗУ соединены с разрядными входами преобразователя двоичного кода в двоично-десятичный, разрядные выходы которого соединены с разрядными входами блока индикации. С входом разрешения записи ЗУ соединен выход таймера блока цифровой обработки сигналов.

Все элементы конструкции датчика температуры размещены в корпусе 7.

Цифровой термометр работает следующим образом.

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

Изменение длины биметаллических спиралей 1 приводит к возникновению момента силы, имеющей плечо, равное длине дополнительной оси 5, вызывающего вращение подвижной оси 3 и, как следствие, диска 4 с круговой кодовой шкалой. В элементах 6 считывания кода, располагающихся над кодовыми дорожками круговой шкалы диска 4, формируются дискретные сигналы двоичных единиц и нулей. Для уменьшения ошибок при считывании кода с шкалы она выполнена в коде Грея.

Информационные сигналы с 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. Для уменьшения ошибки при считывании кода температуры в датчике температуры применен код Грея. 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 7, с его выхода на вход "Разрешение записи" ЗУ происходит запись указанной кодовой комбинации двоичных единиц и нулей в запоминающем устройстве. После записи в ЗУ кодовая комбинация двоичных единиц и нулей будет представлена на его разрядных выходах, поступает на разрядные входы преобразователя двоичного кода в двоично-десятичный и после преобразования поступает на блок индикации многоканального блока цифровой обработки сигналов.

Применение в датчике температуры предложенного цифрового термометра в качестве усилиепередающих элементов дополнительных осей 5, перпендикулярных подвижной оси 3 и жестко соединенных с ней, позволяет снизить требования к прочности на изгиб диска 4 с круговой кодовой шкалой и, следовательно, уменьшить момент сопротивления измерительного механизма, что приводит к повышению точности измерения.

Использование: цифровые системы сбора метеорологической информации для измерения температуры воздуха. Сущность изобретения: датчик темпеатуры с термочувствительным элементом в виде трех биметаллических спиралей, установленный в параллельных плоскостях, подключен своими разрядными выходами к многоканальному блоку цифровой обработки сигналов. Внутренние концы биметаллических спиралей закреплены на неподвижной оси, внутри которой размещена подвижная ось. Внешние концы биметаллических спиралей жестко соединены с концами трех идентичных дополнительных осей, своими вторыми концами закрепленных на подвижной оси под углом 90° к ней. Над диском с круговой кодовой шкалой, который закреплен на подвижной оси, установлены элементы считывания кода. 4 ил.

ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий датчик температуры с термочувствительным элементом в виде трех установленных соосно в параллельных плоскостях биметаллических спиралей, внутренние концы которых закреплены на неподвижной оси, внутри которой размещена подвижная ось с закрепленным на ней диском с круговой кодовой шкалой, над которой установлены элементы считавания кода, а внешний конец каждой биметаллической спирали жестко соединен с одним из концов дополнительной 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, дополнительные оси, выполненные идентичными, своими вторыми концами жестко закреплены на подвижной оси под углом 90^o к ней, причем проекции точек крепления этих концов на диск с круговой кодовой шкалой расположены на одной окружности, на одинаковом расстоянии друг от друга.