РТУТНЫЙ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЙ ТЕРМОМЕТР Российский патент 2000 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 устранении или уменьшении основного недостатка всех ртутных приборов, состоящего в их экологической опасности, т.к. при поломке прибора ртуть разливается, попадая на людей, проникая в щели, испаряется и создает реальную угрозу жизни и здоровью людей. Затраты на демеркуризацию загрязненных ртутью помещений весьма значительны.

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

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

Мы будем рассматривать 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. 1707456, G 01 K 5/16, включающем заполненный ртутью резервуар, соединенный с капиллярной трубкой, в которой размещены электрические контакты.

Известен контактный термометр по а.с. 1335821, G 01 K 5/16, в котором используется резервуар с ртутью и резервуар с иной органической жидкостью, соединенные между собой капиллярной трубкой, в которой размещены два параллельно расположенных электрода, замыкаемые столбиком ртути.

Недостаток этого аналога состоит в том, что он имеет очень узкий диапазон измерений и может быть использован только для компенсации незначительных температурных изменений сопротивления в электрических цепях, т.к. при любом выходе измеряемой температуры за пределы происходит либо попадание органической жидкости в резервуар с ртутью и их перемешивание, либо наоборот. К перемешиванию этих двух сред приводит наклон или встряхивание такого прибора, а также попытки увеличить диаметр капиллярной трубки с целью увеличить величину тока.

Известны стеклянные ртутные термометры, включающие резервуары с 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 в ГОСТ 9871-75 "Термометры стеклянные ртутные электроконтактные и терморегуляторы". М.: Изд-во стандартов, 1988.

Такой термометр, резервуар которого заполнен либо ртутью, либо ртутно-таллиевой амальгамой, принят нами в качестве прототипа заявленного технического решения.

К недостаткам прототипа, не позволяющим достичь поставленной нами цели, можно отнести следующее.

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 процентов 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 назначение температуры в термометрах со шкалой 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.

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

Согласно изобретению ртутный электроконтактный термометр, включающий корпус с резервуаром, в котором размещены ртуть и контакты, характеризуется тем, что резервуар снабжен поперечной мембраной, при этом с одной стороны мембраны размещены ртуть и контакты, а с другой стороны - термометрическая жидкость, например, масло.

В этом заключается совокупность существенных признаков заявленного технического решения, на которую испрашивается объем правовой охраны.

Кроме того, заявленное решение характеризуется рядом дополнительных факультативных признаков, а именно:
- в качестве органической термометрической жидкости использована жидкость с коэффициентом объемного расширения большим, чей коэффициент объемного расширения ртути,
- свободная часть резервуара с ртутью дополнительно заполнена инертной средой.

Из рассмотренного нами уровня техники не известно ни одного решения, имеющего совокупность признаков, идентичную с заявленной, поэтому можно утверждать, что заявленное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Первичный технический результат, достигаемый при использовании заявленной совокупности признаков, состоит в том, что мембрана не только разделяет две среды, но и обеспечивает перемещение незначительного объема одной рабочей среды (ртути) при температурном расширении численно гораздо большего замкнутого объема другой вспомогательной среды.

Этот технический результат проявляется только при реализации совокупности всех без исключения признаков, включенных в первый пункт формулы изобретения, является свойством этой совокупности и обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряда новых полезных качеств, которые заключаются в том, что отрицательные последствия эксплуатации устройства, обусловленные вредными свойствами ртути, в значительной степени снижаются, в то время как положительные свойства ртути, проявляемые ею в рабочей зоне прибора, полностью сохраняются и используются.

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

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена часть устройства в месте расположения мембраны.

Устройство содержит размещенный в корпусе 1 резервуар 2, который разделен мембраной 3. Выше мембраны 3, резервуар 2 частично заполнен ртутью 4 и имеет контакты 5. Большая часть объема резервуара 2, расположенная ниже мембраны 3, полностью заполнена термометрической жидкостью 6, например, маслом.

Устройство работает следующим образом. При изменении температуры окружающей среды происходит изменение объема жидкости. При этом мембрана 3 оказывается деформированной в ту или иную сторону от своего нейтрального положения, а верхний уровень ртути 4 будет изменяться, выполняя рабочую функцию устройства - замыкание или размыкание электрических контактов 5. Мембрана 3 исключает перемешивание жидкости 6 и ртути 4 в любых положениях прибора.

При поломке такого устройства, связанной с высвобождением ртути, экологическая опасность уменьшается пропорционально отношению объема жидкости 6 к объему ртути 4, т.е. многократно.

При такой конструкции прибора в значительной степени снимаются ограничения на величину коммутируемого столбиком ртути 4 тока за счет значительной площади поперечного сечения той части резервуара, в которой размещены контакты 5. С целью устранения возможности возникновения электрической дуги между контактами 5, часть резервуара с ртутью может быть заполнена инертной средой.

В качестве органической жидкости 6 целесообразно использовать жидкость с коэффициентом теплового расширения, большим, чем у ртути, что позволит уменьшить габариты резервуара 2.

Возможность практического использования заявленного решения подтверждается успешными испытаниями опытного образца устройства, представляющего собой термоконтактор, в резервуаре которого укреплена резиновая мембрана, нижняя часть резервуара заполнена маслом, а верхняя - ртутью.

Использование заявленного технического решения по сравнению с известными аналогами обеспечивает уменьшение экологической опасности при эксплуатации прибора, а также расширение его функциональных возможностей.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к системам сигнализации и контроля по температурному параметру. Ртутный электроконтактный термометр включает в себя корпус с резервуаром. В резервуаре размещены ртуть и контакты. Резервуар снабжен поперечной мембраной. С одной стороны мембраны размещены ртуть и контакты, а с другой стороны - термометрическая жидкость. Такое выполнение термометра обеспечивает уменьшение экологической опасности при эксплуатации прибора. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Ртутный электроконтактный термометр, включающий корпус с резервуаром, в котором размещены ртуть и контакты, отличающийся тем, что резервуар снабжен поперечной мембраной, при этом с одной стороны мембраны размещены ртуть и контакты, а с другой стороны - термометрическая жидкость, например масло. 2. Термометр по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органической термометрической жидкости использована жидкость с коэффициентом объемного расширения большим, чем коэффициент объемного расширения ртути. 3. Термометр по пп.1 и 2, отличающийся тем, что свободная часть резервуара с ртутью дополнительно заполнена инертной средой.