ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 1997 года по МПК G01K5/22 

Изобретение относится к приборостроению, медицинской и лабораторной технике и может быть использовано при производстве термометров и переработке термометров, находящихся в эксплуатации.

Известны приборы для измерения и регулирования температуры [1] включающие класс жидкостных термометров.

Термометры имеют стеклянный корпус, резервуар с жидкостью, стеклянный капилляр, соединенный с резервуаром, термометрическую шкалу, укрепленную внутри стеклянного корпуса и механически соединенную с капилляром. В качестве жидкостей в термометрах используется ртуть, толуол, этиловый спирт, керосин, петролейный эфир, пентан [1]
К недостаткам термометров с органическими жидкостями по сравнению с ртутными термометрами следует отнести смачивание органическими жидкостями стекла, в результате чего точность измерения снижается. Общими недостатками жидкостных термометров являются малая механическая прочность (хрупкие), плохая видимость шкалы и трудность отсчета показаний.

Прототипом изобретения являются жидкостные ртутные термометры (медицинские термометры-градусники, лабораторные термометры, технические термометры, технические электроконтактные термометры) [1] выпускаемые по ГОСТ 215-73 [2] и ГОСТ 302-79 [3]
Ртутные термометры имеют стеклянный корпус, резервуар с ртутью, являющийся частью корпуса, стеклянный капилляр, соединенный с резервуаром, термометрическую шкалу, механически укрепленную внутри корпуса и фиксированную по отношению к капилляру.

В медицинских термометрах капилляр в зоне между резервуаром и шкалой имеет пережатый участок, в котором канал капилляра (диаметром около 50 мкм) уменьшен до 2-3 мкм. Такой малый размер канала (в зоне пережима) не позволяет ртути самопроизвольно возвращаться из капилляра в резервуар, и тем самым фиксируется измеренная температура. Для возврата ртути в резервуар медицинский термометр (градусник) необходимо стряхнуть, держа его резервуаром вниз.

Существенным недостатком ртутных термометров является то, что они содержат в своей конструкции два материала (стекло и ртуть), совмещение которых в принципе приводит к экологической опасности ртутных термометров. Это обусловлено тем, что ртуть является одним из наиболее вредных веществ, а изготовление термометров из стекла приводит к возможности их случайного разрушения из-за хрупкости. Медицинский стеклянный термометр содержит 2-3 г ртути, в лабораторных и технических ртутных термометрах ртути еще больше. На ртутные термометры в СССР расходуется около 90 т ртути в год (выпуск около 40 млн. шт. ), что составляет около 10% от ее добычи в СНГ (для сравнения на люминесцентные лампы в СНГ расходуется 20 т ртути). Вероятно, сбор разрушенных термометров проводится только в медицинских учреждениях, а утилизация ртути из них маловероятна. Таким образом, основное из указанного количества ртути (90 т) ежегодно рассеивается в жилых помещениях, мусоропроводах, площадках для сбора мусора, городских магистралях и свалках. Особенно опасно насыщение парами ртути жилых помещений.

Сущность изобретения заключается в том, что известный прибор для измерения и регулирования температуры, содержащий стеклянный резервуар, наполненный ртутью, запаянный стеклянный капилляр, соединенный с резервуаром, термометрическую шкалу, стеклянный корпус, согласно изобретению дополнительно содержит расположенный на внешней поверхности эластичный ртутенепроницаемый неравномерный по термостойкости и теплопроводности слой, выполненный из композиционного материала и имеющий прозрачность в зоне шкалы прибора в пределах 0,8-0,98.

Существенным признаком изобретения является то, что для обеспечения эластичности и ртутенепроницаемости слой содержит полимер.

Следующим существенным признаком изобретения является то, что неравномерность слоя по термостойкости характеризуется повышенной в 2-5 раз термостойкостью слоя в зоне резервуаре с ртутью по сравнению с термостойкостью слоя в зоне шкалы прибора, причем это обеспечивается введением в слой в зоне резервуара с ртутью более тугоплавких материалов, чем полимер, например стеклянных частиц.

Следующим существенным признаком изобретения является то, что теплопроводность слоя в зоне резервуара с ртутью в 3-10 раз выше теплопроводности слоя в зоне шкалы прибора, причем это обеспечивается введением в слой в зоне резервуара с ртутью более теплопроводящих материалов, чем полимер, например металлических частиц.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемый прибор отличается от прототипа следующим: на внешней поверхности стеклянного корпуса и резервуара с ртутью имеется эластичный ртутенепроницаемый неравномерный по термостойкости и теплопроводности слой из композиционного материала, имеющий прозрачность в зоне шкалы прибора в пределах 0,8-0,98. В зависимости от назначения прибора в зоне резервуара с ртутью он имеет слой из композиционного материала, увеличивающего либо теплопроводность (для медицинских термометров), либо термостойкость (для лабораторных и технических термометров) слоя по сравнению со слоем в зоне шкалы прибора.

Анализ показал новизну предложенного технического решения по сравнению с прототипом. Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Наличие нескольких существенных признаков изобретения вызвано тем, что оно относится к нескольким группам ртутных термометров, отличающихся по температурной шкале.

Так, для медицинского градусника достаточно применение эластичного слоя, содержащего смесь полимеров или один полимер. Эластичность слоя нужна для того, чтобы смягчить удар при случайном падении термометра, и для того, чтобы осколки стекла меньше разрушали покрытие изнутри. Для сохранения времени измерения температуры медицинскими термометрами (градусниками) необходимо повышать теплопроводимость слоя в зоне резервуара с ртутью, так как теплопроводность полимеров незначительна. Это делается добавлением в слой материалов с повышенной по сравнению с полимером теплопроводностью, например металлических частиц.

Для технических электроконтактных термометров (интервал измерения температуры (-30)^oC(+300)^oC), а также лабораторных и технических термометров (интервал измерения, температур (-30)^oC(+750)^oC) получение термостойкого полимерного покрытия является проблемой. Поэтому в качестве эластичного слоя в зоне резервуаре с ртутью применяется композиционный высокотемпературный материал, в состав которого входит по крайней мере один полимерный материал и материал с большой термостойкостью, например стеклянные частицы. При этом композиционный материла не обязательно должен быть прозрачным в зоне шкалы он переходит в слой прозрачного эластичного полимера.

На фиг. 1 показан ртутный медицинский градусник с полимерным эластичным слоем (вид на шкалу); фиг.2 то же, вид сбоку.

Как видно из фигур 1 и 2 термометр включает резервуар 1 с ртутью 2, корпус 3 и капилляр 4, соединенные с резервуаром 1, термометрическую шкалу 5, закрепленную в корпусе 3 неподвижно по отношению к капилляру 4, эластичный ртутенепроницаемый слой 6 на внешней поверхности корпуса 3 и резервуара 1. Медицинские термометры также имеют пережим 7 капилляра 4.

Термометр в соответствие с изобретением работает следующим образом. При помещении резервуара с ртутью в зону, в которой необходимо измерить температуру, ртуть расширяется и из резервуара поступает в капилляр, при этом конец ртутного столбика в капилляре занимает соответствующее температуре зоны положение. В лабораторных и технических термометрах при изменении температуры резервуара меняется и положение столбика ртути в капилляре. В медицинских термометрах (градусниках) фиксируется небольшая из достигнутых резервуаром температур, а возврат ртути назад в резервуар проводится встряхиванием градусника при расположении резервуаром вниз. В случае падения термометра на поверхность твердых покрытий (стол, пол) стеклянный корпус и другие их детали разрушаются и вместе с каплями ртути разлетаются в помещении. В термометре, выполненном в соответствии с настоящим изобретением, такое разрушение не сопровождается произвольным разлетом ртути и осколков стекла по помещению
все разрушенные элементы термометра, в том числе ртуть, остаются в ртутенепроницаемом эластичном чехле, образованном слоем композиционного материала.

Прозрачность слоя в зоне шкалы прибора может изменяться в диапазоне 0,8-0,98. Более низкая прозрачность не позволяет уверенно наблюдать столбик с ртутью на фоне шкалы прибора; более высокая прозрачность может быть обеспечена только очень тонким слоем, который может быть разрушен осколками разбившегося стекла корпуса. Выбранная кратность повышения термостойкости слоя в зоне резервуара с ртутью (в 2-5 раз) обусловлена следующим. Повышение термостойкости менее чем в 2 раза не позволяет использовать покрытие на термометрах для измерения температуры до 300^oC (электроконтактные термометры). Повышение термостойкости более чем в 5 раз не требуется, так как она превосходит термостойкость стекла (500-750^oC).

Выбранная кратность повышения теплопроводности слоя в зоне резервуара с ртутью (в 3-10 раз) обусловлена следующим. Повышение теплопроводности слоя меньше чем в 3 раза не позволяет ему приблизиться по теплопроводности к свойствам стекла, что несколько затягивает время измерения температуры. Повышение теплопроводности более чем в 10 раз приводит к снижению эластичности слоя.

Партия медицинских термометров (градусников) была покрыта слоем полимера, например акрилового, фторполимера.

Покрытые термометры испытывались на разрушение путем свободного падения термометра в футляре или без футляра с высоты 1,5 м на пол, покрытый пластиком. Наблюдались разрушения (растрескивание) стеклянного корпуса термометра (практически всегда с отвалом капилляра), при этом внешнее эластичное покрытие не разрушалось, что предотвращало выход ртути за пределы защитного слоя. Кроме испытаний на разрушение градусники, покрытые полимером, испытывались на возможность обеззараживания их в растворе хлорамина. После выдержке в обеззараживающем растворе в течение 5 дн нарушения (смывание, растворение) эластичного покрытия не наблюдалось. Проведены также испытания влияния покрытия на точность показаний. Испытания проводились параллельно с термометрами, непокрытыми защитным слоем. Испытания проводились как в термостатах, так и путем измерения температуры у людей. При выдержке в зоне измеряемой температуры в течение 10 мин разница в показаниях не превышала 0,1^oC, что соответствует погрешности измерения температуры медицинским термометром.

Источники информации
1. Крамарухин Ю.И. Приборы для измерения температуры М. Машиностроение, 1990, с. 208.

2. ГОСТ 215-73 Термометры стеклянные лабораторные.

3. ГОСТ 302-79. Термометры медицинские.

Использование: в приборостроении, медицинской и лабораторной технике. Сущность изобретения: устройство содержит стеклянный резервуар, наполненный ртутью, запаянный стеклянный капилляр, соединенный с резервуаром, термометрическую шкалу и стеклянный корпус. На внешней поверхности корпуса расположен эластичный ртутенепроницаемый неравномерный по термостойкости и теплопроводности слой из композиционного материала. В зоне шкалы материал имеет прозрачность в пределах 0,8-0,98. Для создания эластичности и ртутенепроницаемости слой содержит полимер. Для повышения термостойкости в зоне резервуара со ртутью в слой добавляются тугоплавкие, например стеклянные, частицы, а для повышения теплопроводности - частицы из металла. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Прибор для измерения и регулирования температуры, содержащий стеклянный резервуар, наполненный ртутью, запаянный стеклянный капилляр, соединенный с резервуаром, термометрическую шкалу, стеклянный корпус, отличающийся тем, что он дополнительно содержит расположенный на внешней поверхности эластичный ртутенепроницаемый слой из композиционного материала, прозрачный в зоне шкалы прибора в пределах 0,8 0,98, более термостойкий в 2 5 раза и более, теплопроводный в 3 10 раз в зоне резервуара с ртутью по сравнению с термостойкостью и теплопроводностью слоя в зоне шкалы прибора. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что слой из композиционного материала содержит полимер. 3. Прибор по п.1, отличающийся тем, что слой композиционного материала в зоне резервуара с ртутью содержит стеклянные частицы. 4. Прибор по п.1, отличающийся тем, что слой композиционного материала в зоне резервуара с ртутью содержит металлические частицы.