ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР Российский патент 1995 года по МПК G01K11/12 

Изобретение относится к области измерения температуры и может быть использовано для измерения температуры поверхности различного рода твердых тел в медицине, строительстве, дефектоскопии и др.

Известны цифровые термометры, в том числе на жидких холестерических кристаллах или просветляющихся под действием температуры средах [1], имеющие то преимущество, что они просты, надежны и не требуют электрического питания, обеспечивая достаточную точность в измерениях.

Однако точность и быстродействие этих термометров недостаточны для экспрессных исследований, когда необходимо оценить температурное поле диагностируемого объекта. Это происходит из-за того, что конструкция термометров не позволяет отключить рабочий элемент - жидкий холестерический кристалл или просветляющееся вещество от влияния внешней среды. Между исследуемой поверхностью и рабочим элементом термическое сопротивление сравнимо с аналогичным параметром для контакта рабочего элемента с внешней средой.

В прототипе предлагаемого термометра - индикаторе [2] этот недостаток устраняется путем введения оптически непрозрачной изолирующей прокладки со щелевыми прорезями. В прототипе за счет увеличения теплового сопротивления между внешней средой и жидкокристаллическим рабочим элементом точность измерения возрастает, однако малая ширина указанных прорезей увеличивает эффективное сопротивление всего в два-три раза по сравнению со случаем, когда теплосопротивление обусловлено только за счет оптически непрозрачной изолирующей прокладки.

Целью изобретения является повышение точности измерения на три-четыре порядка путем соответствующего повышения теплового сопротивления между внешней средой и рабочим элементом термометра - температурочувствительным слоем. Это достигается введением воздушного зазора такой величины, при которой отсутствует возможность конвективного теплообмена, при этом цифры или другие необходимые символы формируются не с помощью теплоизолирующей прокладки, ухудшающей теплоизоляцию (как в прототипе), а вне этого зазора - над температурочувствительным слоем, под ним либо непосредственно на нем.

На фиг. 1 показан внешний вид термометра; на фиг. 2 показана его боковая проекция; на фиг. 3-5 показаны варианты исполнения измерительной части термометра; на фиг. 6 показана схема расположения знаков, используемых при считывании показаний термометра.

На фиг. 1-5 : 1 - измерительная часть термометра, 2 - рукоятка, 3 - линза, 4 - знаковый символ на температурочувствительном элементе, 5 - температурочувствительный элемент, 6 - символы, выполненные в линзе, 7 - защитный слой, 8 - символы, нанесенные на корпус, 9 - выступ, 10 - температурочувствительный слой, 11 - спейсер, 12 - зазор.

Термометр состоит из двух частей: измерительной части 1, в которой размещены температурочувствительные элементы и рукоятки 2. В измерительной части дно термометра выполнено в виде тонкого слоя в одном цикле отливки с рукояткой 2, при этом для условия хорошего термического контакта с поверхностью, температура которой измеряется, толщина дна не должна превышать двух толщин температурочувствительного слоя. На стороне дна с внутренней части укладываются путем склеивания температурочувствительные элементы 5, каждый из которых имеет точно фиксированную температуру, при которой появляется оптически наблюдаемый фазовый переход (например, для холестерических жидких кристаллов переход в мезофазу с появлением цвета, для других веществ - плавление с появлением прозрачной фазы вместо непрозрачной) . В соответствии с температурой срабатывания каждого температурочувствительного элемента на этом элементе или над ним, или под ним располагаются цифры или символы 4, 6 или 8 соответственно. Над каждым температурочувствительным элементом имеется воздушный зазор 12, величиной 0,2 - 0,5 мм, образованный с помощью выступов 9, имеющихся на дне либо на линзе. Линза 3 устанавливается в измерительную часть и выполняет сразу функции линзы, герметизирующего элемента, защитного слоя, увеличивающего тепловое сопротивление от температурочувствительного элемента к внешней среде.

На фиг. 3 приведена конструкция термометра, в которой в качестве температурочувствительного элемента 5 используется псевдокапсулированный холестерический жидкий кристалл, на каждый элемент сверху нанесены цифры от 0 до 9, при этом с помощью дополнительных знаков, нанесенных на корпусе прибора, 2 и 3 считываются цифры от 20 до 39 соответственно (эти цифры соответствуют температурам оптической реакции элементов).

На фиг. 4 приведена конструкция термометра, где такие же цифры нанесены на линзе 3 с ее внутренней стороны так, как показано на фиг. 6.

На фиг. 5 приведена конструкция термометра, где в качестве температурочувствительного элемента используется смесь жирных кислот, плавящихся при указанных на фиг. 6 температурах. При этом цифры, нанесенные на дне под этими элементами, благодаря тому, что в изотропной фазе элементы становятся прозрачными, наблюдаются так, что показания не видны для элементов, температура плавления которых выше нагрева дна термометра. Герметичность элементов достигается путем их размещения в карманах, сформированных спейсером 11, в отверстия которого заливаются соответствующие смеси, герметизируемые затем защитным майларовым слоем 7.

Погрешность предложенного термометра, как показали испытания, не превышает 0,1^оС, что вполне достаточно для применения такого термометра даже в медицинских целях.

Работа термометра заключается в изменении цвета одного из температурочувствительных элементов (или прозрачности) при прямом наблюдении через 2-4 с после приложения его к исследуемой поверхности. Наблюдение следует вести по нормали к измерительной части термометра.

Сущность изобретения: в цифровом медицинском термометре информация об измеренной температуре представлена двумя табло: низкотемпературным ( от 34 до 37,8°С ) и высокотемпературным ( от 38 до 41,8°С ). В основе изобретения используется принцип управления коэффициентом теплопередачи от рабочего элемента (псевдокапсулированный жидкий кристалл холесторического типа) к внешней среде. Это управление происходит либо автоматически, либо с помощью оператора. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий совмещенные с цифровыми элементами или символами термочувствительные элементы с различной величиной фазового перехода, расположенные на подложке из непрозрачного материала и изолированные защитным прозрачным элементом, установленным над ними с образованием герметичных полостей, отличающийся тем, что подложка выполнена толщиной, не превышающей двух толщин термочувствительных элементов, а герметичные полости выполнены по всей поверхности термочувствительных элементов. 2. Термометр по п.1, отличающийся тем, что защитный прозрачный элемент выполнен в виде линзы. 3. Термометр по п.1, отличающийся тем, что цифровые элементы или символы нанесены на термочувствительные элементы, выполненные в виде пленок холестерических жидких кристаллов. 4. Термометр по п.1, отличающийся тем, что цифровые элементы или символы нанесены на внутреннюю поверхность линзы, а термочувствительные элементы выполнены в виде холестерических жидких кристаллов. 5. Термометр по п.1, отличающийся тем, что цифровые элементы или символы нанесены на внутреннюю сторону подложки, а термочувствительные элементы выполнены на основе материалов, прозрачных при температуре их плавления.