РТУТНЫЙ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЙ ТЕРМОМЕТР Российский патент 1997 года по МПК G01K5/16 

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к системам сигнализации и контроля по температурному параметру, в частности, к термометрическим приборам, использующим в качестве термометрической жидкости ртуть.

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Техническая задача, решаемая изобретением состоит в уменьшении или устранении основного недостатка всех ртутных приборов, состоящего в их экологической опасности, связанной с высокой токсичностью паров ртути, создающих реальную угрозу жизни и здоровью людей. Затраты на демеркуризацию загрязненных ртутью помещений весьма значительны.

Таким недостатком страдает, например, известный контактнортутный термометр, содержащий резервуар для ртути, капиллярную трубку и шкалу, в котором резервуар со ртутью выполнен в виде шарового сегмента, выпуклостью обращенного к контактирующей поверхности (см. а.с. N 456989, G 01 K 5/22).

Попытки использовать в термометрах иное, экологически безопасное вещество, предпринятые, например, в известном медицинском термометре по а.с. N 1719921, не дают удовлетворительного результата, т.к. при этом значительно усложняется конструкция устройства, а следовательно, снижаются надежность и точность его работы.

Примем к рассмотрению только термометры с использованием ртути, которая, кроме вредных, имеет и ряд привлекательных свойств, главным из которых является ее высокая электропроводность, что делает ее практически незаменимой в контактных термометрах, т.к. ртуть наилучшим образом обеспечивает надежное электрическое соединение контактов, позволяя осуществлять коммутацию значительных по величине токов.

Подобные свойства ртуть проявляет, например, в термоконтакторе по а.с. N 1707456, G 01 K 5/16, включающем заполненный ртутью резервуар, соединенный с капиллярной трубкой, в которой размещены электрические контакты.

Известны стеклянные ртутные термометры, включающие резервуары со ртутью и соединенные с ними капиллярные трубки. При наличии в капиллярной трубке электрических контактов такой термометр работает в качестве термоконтактора, либо в качестве терморегулятора. Широкий класс таких приборов описан /1/.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатками прототипа, резервуар которого заполнен ртутью, либо ртутно-таллиевой амальгамой, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является: 1. прибор экологически опасен, т.к. он довольно хрупок и надежность его работы в реальных условиях эксплуатации низкая; 2. объем ртути, находящийся в резервуаре термометра (90% всего объема ртути), представляет собой по сути дела балласт, необходимый только для обеспечения движения столбика ртути в капиллярной трубке (10% всего объема ртути), который непосредственно и выполняет рабочую функцию (указывает на конкретное значение температуры на шкале термометра или замыкает электрические контакты в термоконтакторе). Этот недостаток обусловлен тем, что ртуть имеет сравнительно малый коэффициент объемного расширения.

Необходимость наличия большого объема ртути в резервуаре является существенным сдерживающим фактором для развития термометров, работающих в качестве термоконтакторов, в которых ртуть, как упоминалось выше, практически незаменима, т. к. потребность коммутации больших по величине токов требует увеличения диаметра капиллярной трубки, а это влечет за собой необходимость многократного увеличения объема ртути в резервуаре.

Указанные недостатки сужают функциональные возможности и область использования устройства, снижают безопасность эксплуатации.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а также повышение степени безопасности работы.

Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению в термометре, включающем резервуар со ртутью и соединенную с ним капиллярную трубку, в полости резервуара размещено объемное тело, при этом соотношение размеров резервуара и объемного тела удовлетворяет условию:

где V_рез объем полости резервуара;
V _об.т объем объемного тела;
D внутренний диаметр капиллярной трубки;
Δh рабочий ход столбика ртути в капиллярной трубке.

В этом заключается совокупность существенных признаков заявленного решения, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме того, заявленный объект имеет ряд факультативных признаков, характеризующих частные случаи его материального воплощения, а именно: объемное тело может быть выполнено из материала с высоким коэффициентом объемного расширения при изменении температуры, например полиэтилена низкой плотности; объемное тело может быть выполнено в виде эластичной оболочки, заполненной средой, например жидкой, с высоким коэффициентом объемного расширения при изменении температуры.

Заявленное техническое решение является новым, так как характеризуется наличием новой совокупности признаков, отсутствующей во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения.

Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации заявленной совокупности признаков, заключается в том, что при изменении температуры происходит изменение объема размещенного в полости резервуара объемного тела, которое выдавливает ртуть из резервуара в капиллярную трубку, где ртуть совершает требуемую операцию.

Данный технический результат не является следствием известных свойств, проявляемых рядом порознь известных из других объектов техники признаков, таких как резервуар, объемное тело, а является свойством только всей заявленной в первом пункте формулы совокупности признаков, в т.ч. таких полностью новых признаков, как взаимное размещение элементов и соотношение их размеров.

Получение упомянутого технического результата обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряда новых полезных свойств, которые заключаются в том, что отрицательные последствия эксплуатации устройства, обусловленные вредными свойствами ртути, в значительной степени снижаются, т.к. резко уменьшается ее объем, в то время как все ее положительные качества, проявляемые в рабочей зоне устройства и определяющие его параметры, полностью сохраняются и используются.

Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлен общий вид заявленного устройства с объемным телом из полиэтилена, на фиг.2 вариант устройства с объемным телом в виде заполненной средой оболочки.

Термометр содержит корпус 1, в котором выполнен резервуар 2, заполненный ртутью 3 или ртутно-таллиевой амальгамой. Резервуар 2 связан с капиллярной трубкой 4, в которой размещены постоянные контакты 5, имеющие выводы 6 на наружной поверхности корпуса 1. В резервуаре 2 размещено объемное тело 7, выполненное из полиэтилена низкой плотности, либо в виде эластичной оболочки, заполненной любой термометрической средой (ацетон, масло и т.п.) Форма объемного тела 7 соответствует форме полости резервуара 2, так что ртуть 3 оказывается в весьма узком пространстве между поверхностями тела 7 и полости резервуара 2. Корпус 1 в нижней части снабжен герметизирующей крышкой 8.

Устройство работает следующим образом.

При изменении температуры окружающей среды в месте установки термометра происходит изменение объема объемного тела 7. При этом ртуть 3 начинает вытесняться из резервуара 2 и ее столбик, поднимаясь по капиллярной трубке 4 на высоту Δh замыкает контакты 5, совершая тем самым рабочую операцию устройства.

Объем ртути в таком устройстве очень мал и зависит от диаметра капиллярной трубки 4 и расстояния между контактами 5. Объемное тело 7 почти полностью занимает объем полости резервуара 2.

Выполнение условия

где V_рез объем полости резервуара 2,
V_об.т объем объемного тела 7,
D внутренний диаметр капиллярной трубки 4,
Δh- рабочий ход столбика ртути 3 в капиллярной трубке 4 обеспечивает надежное замыкание контактов 5.

При поломке такого устройства, связанной с высвобождением и растеканием ртути, экологическая опасность уменьшается пропорционально уменьшению разности объемов V_рез V_об.т, т.е. многократно.

Заявленная конструкция термометра позволяет снять все ограничения на величину коммутируемого столбиком ртути тока, т.к. диаметр капиллярной трубки 4 в этих целях может быть увеличен на необходимую величину, а объем ртути при этом увеличивается незначительно. В качестве материала объемного тела целессобразно использовать полиэтилен низкой плотности, удобный в обработке и имеющий довольно высокий коэффициент объемного теплового расширения 5^oC6 10^-4град^-1.

Геометрическая форма объемного тела может быть разной. Возможен вариант его выполнения с внутренней полостью, которая заполняется ртутью и из которой она в дальнейшем выдавливается, а также другие варианты.

Возможность практического использования заявленного решения доказывается успешными испытаниями опытного образца устройства, представляющего собой термоконтактор.

Опытный образец заявленного устройства имел следующие характеристики по сравнению с традиционным термоконтактором по ГОСТ 9871-75 (см. табл.)
Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает: уменьшение экологической опасности при эксплуатации прибора; расширение его функциональных возможностей.

Использование: относится к термометрическим приборам, использующим ртуть. Сущность изобретения: в заполненном ртутью резервуаре прибора размещено объемное тело. Объемное тело выполнено из полиэтилена низкой плотности, либо в виде эластичной оболочки, заполненной любой термометрической средой. Ртуть размещается в узком пространстве между поверхностью объемного тела и стенками резервуара. 2 ил.

Ртутный электроконтактный термометр, включающий резервуар со ртутью, в котором размещены контакты, отличающийся тем, что резервуар выполнен в виде замкнутой полости в теле корпуса, в которой размещено объемное расширяющееся тело, выполненное из целого куска материала с высоким коэффициентом объемного расширения и с геометрической формой, обеспечивающей при температурном расширении объемного тела перемещение ртути в резервуаре и замыкание контактов.