АВТОНОМНЫЙ ТЕРМОГРАФ Российский патент 2002 года по МПК G01K5/58 

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано для мониторинга окружающей среды в метеорологии и климатологии.

Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности существенных признаков того же назначения является термограф метеорологический типа М-16, предназначенный для регистрации температуры воздуха в наземных условиях (Справочник по гидрометеорологическим приборам и установкам. Гидрометеоиздат, Ленинград, 1971 г., с. 98). Прибор содержит размещенные в корпусе термочувствительный элемент - биметаллическую пластину, передаточную систему, снабженную пишущим элементом, и регистрирующую часть.

К недостаткам таких приборов относится то, что данные могут быть зарегистрированы только в течение суток либо недели, что связано с необходимостью завода часового механизма. Это снижает информативность в случае использования приборов в труднодоступных местах, где вмешательство человека затруднено, а постоянное наблюдение за погодными условиями необходимо.

Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в том, чтобы создать прибор, обеспечивающий мониторинг труднодоступных мест на земном шаре, где размещение приборов, фиксирующих изменение температуры окружающей среды и последующая доставка данных должны производиться достаточно редко.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в высокой информативности, автономности режима работы и надежности.

Указанный технический результат достигается тем, что, как и известное устройство, автономный термограф содержит размещенные в корпусе термочувствительный элемент, передаточную систему с пишущим элементом и регистрирующую часть.

В отличие от известного устройства в предлагаемом автономном термографе термочувствительный элемент выполнен из сплава с эффектом памяти формы в виде стержня, один конец которого жестко закреплен в корпусе, а другой соединен с возможностью свободного вращения с передаточной системой, состоящей из расположенных соосно со стержнем спиральной пружины для приложения постоянной силы, приводящей к макроскопической деформации термочувствительного элемента, храповика, часовой пружины, часового механизма с пишущим элементом для отметок на регистрирующей части равных отрезков времени, червячной шестеренки, соединенной с регистрирующей частью, состоящей из шестеренки, соединенной со свободно вращающимся барабаном, и ленты, причем пишущий элемент передаточной системы для записи изменения температуры прикреплен к свободно вращающемуся концу стержня.

Реализация поставленной задачи основана на свойствах металла с памятью формы. В этом случае термочувствительный элемент возможно, в том числе, использовать в качестве термопривода. Это происходит за счет аллотропического превращения первого рода, сопровождаемого эффектом памяти формы.

Поворот свободного конца стержня происходит на угол, пропорциональный изменению температуры. Крутящий момент передается пишущему элементу на свободном конце стержня, таким образом происходит регистрация изменения температуры. Кроме того, за счет крутящего момента взводится часовая пружина, запускающая часовой механизм, который снабжен пишущим элементом для отметок на регистрирующей части равных отрезков времени.

На фиг. 1 показан автономный термограф; на фиг.2 - диаграмма изменения температуры во времени.

Устройство содержит втулку 1, закрепленную в корпусе (не показан), термочувствительный элемент 2 в виде стержня, свободный конец его соединен с соосно расположенными спиральной пружиной 3, храповиком 4, часовой пружиной 5, часовым механизмом 6 и червячной шестеренкой 7, которая находится в зацеплении с шестеренкой 8, соединенной с барабаном 9, который совместно со свободно вращающимся барабаном 10 и лентой 11 образует регистрирующую часть. На свободном конце термочувствительного элемента прикреплена стрелка 12 для записи температуры, а часовой механизм снабжен стрелкой для отметок времени 13.

Устройство работает следующим образом. В диапазоне температур, соответствующих их суточному колебанию в термочувствительном элементе 2, происходит обратимое термоупругое мартенситное превращение (аллотропическое превращение первого рода). При этом мартенситные кристаллы под воздействием приложенной силы (пружина 3) растут ориентировано в преимущественном направлении, что приводит к макроскопической деформации термочувствительного элемента, выражающейся во вращении его свободного конца в направлении, определяемом изменением температуры в сторону ее увеличения или уменьшения. Вращающий момент через храповик 4 и шестеренку 7 передается шестеренке 6, которая приводит в однонаправленное движение барабан 9, на который наматывается лента 11, сматываемая с барабана 10. Количество ленты и диаметр барабанов подбирается таким образом, чтобы перемотка ленты происходила в течение всего наблюдаемого периода (например, в течение года). На вращающемся конце термочувствительного элемента 2 закреплен пишущий стержень 12, совершающий поперечные движения по отношению к движущей ленте 11 и наносящий на нее линию, соответствующую изменению температуры окружающей среды. Часовой механизм 6 запускается в ход пружиной 5, которая взводится за счет крутящего момента термочувствительного элемента 2 и производит отметки на движущейся ленте 11 с помощью пишущего стержня 13 через равные промежутки времени.

В результате работы устройства в целом на ленте будет зафиксирована диаграмма изменения температуры в течение всего наблюдаемого периода с соответствующими отметками по времени (фиг.2).

Термочувствительный элемент может быть изготовлен из сплава на основе никелида титана, имеющего интервал мартенситных превращений в диапазоне от -50 до +50^o С. Этим требованиям соответствует сплав, легированный палладием, цирконием и медью, способный совершать циклы свыше 10⁷ раз.

Преимущество изобретения состоит в том, что использование сплава с эффектом памяти формы в качестве термочувствительного элемента обеспечивает возможность вести автономно длительные наблюдения за изменением температуры в трудно доступных местах, так как отпадает необходимость в источниках питания.

Автономный термограф предназначен для использования его для мониторинга окружающей среды.

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано в метеорологии и климатологии. Автономный термограф содержит корпус, термочувствительный элемент, передаточную систему с двумя пишущими элементами и регистрирующую часть. При этом термочувствительный элемент выполнен из сплава с эффектом памяти формы. Один пишущий элемент прикреплен на конце термочувствительного элемента и предназначен для записи изменения температуры. Другой пишущий элемент связан с часовым механизмом и отмечает время записи. Такое выполнение термографа позволяет повысить информативность выходных данных и обеспечить надежную работу устройства. 2 ил.

Автономный термограф, содержащий размещенные в корпусе термочувствительный элемент, передаточную систему с пишущим элементом и регистрирующую часть, отличающийся тем, что термочувствительный элемент выполнен из сплава с эффектом памяти формы в виде стержня, один конец которого жестко закреплен в корпусе, а другой соединен с возможностью свободного вращения с передаточной системой, состоящей из расположенных соосно со стержнем спиральной пружины для приложения постоянной силы, приводящей к макроскопической деформации термочувствительного элемента, храповика, часовой пружины, часового механизма с пишущим элементом для отметок на регистрирующей части равных отрезков времени, червячной шестеренки, соединенной с регистрирующей частью, состоящей из шестеренки, соединенной со свободновращающимся барабаном, и ленты, причем пишущий элемент передаточной системы для записи изменения температуры прикреплен к свободно вращающемуся концу стержня.