Максимальный жидкостный термометр Советский патент 1991 года по МПК G01K5/22 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к устройствам, предназначенным для точного измерения и фиксации максимальных значений измеряемых температур в различных областях науки и техники, в том числе в медицинской практике для измерения температуры тела человека.

Цель изобретения - упрощение конструкции.

На фиг.1 представлен термометр, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.З - то же, вид сбоку (вариант конструктивного исполнения); на фиг.4 - то же, вид

спереди (вариант конструктивного исполнения).

Термометр (фиг.1 и 2) состоит из термобаллона 1, измерительного капилляра 2, снабженного поворотной шкалой 3, и герметичной камеры 4, частично заполненной индикаторной жидкостью 5.

Во внутренней полости 6 термобаллона 1 находится приспособление 7, выполненное в виде цилиндрической гильзы 8, внутри которой помещен уплотненный поршень 9, снабженный винтовым приводом 10 для его перемещения внутри гильзы 8. Ход поршня 9 ограничивается жесткими упорами 11 и 12.

3

О

ы

00

ч

Ручка 13 винта 10 выведена наружу корпуса термобаллона 1,

Приспособление 7 предназначено для удаления индикаторной жидкости из измерительного капилляра 2.

Кроме приспособления 7 внутри полости 6 термобаллона 1 находится патрубок 14, жестко соединенный через переходник 15 с концом измерительного капилляра 2. Другой конец 16 патрубка 14 остается от- крытым внутри полости 6. Патрубок 14 и переходник 15 предназначены для предотвращения попадания воздуха (газа) внутрь полости 6 при уменьшении температуры окружающей среды ниже 20°С и исключения при этом разрывов термометрической жидкости.

Гильза 8 приспособления 7 и патрубок 14, как и сам термобаллон 1, изготовлены из материала с высокой теплопроводностью и одновременно выполняют роль продольных перегородок, предназначенных для уменьшения тепловой инерции термометра.

Измерительный капилляр, изготовленный, например, из пластика, изогнут под углом 180°. Его свободный конец 17, выполненный суженным, введен внутрь герметичной камеры 4 с индикаторной жидкостью и опущен в жидкость на глубину, обеспечивающую выход конца 17 из жидкости при по- воротах термометра на угол, близкий к 180°. Это необходимо для сообщения измерительного капилляра с газовой полостью над жидкостью в индикаторной камере 4 с целью надежного удаления из него индика- торной жидкости.

Поворотная шкала 3 выполнена в виде гибкой бесконечной ленты 18, надетой на ролики 19 с ручкой, закрепленной на оси одного из них, которые закреплены на опор- ной стойке 20, жестко связанной с термобаллоном 1. Верхняя часть термобаллона закрыта защитным кожухом 21, который выполнен съемным и изготовлен из прозрачного материала.

В варианте конструктивного исполнения термометра, представленного на фиг.З и 4, корпус термобаллона 1 выполнен в виде цилиндрической камеры 22, внутри которой находится приспособление 7 и патрубок 14, предназначенные для той же цели, что и в первом варианте термометра, представленном на фиг.1 и 2. В этом варианте шкала 3 выполнена круговой также, как и камера 4 с индикаторной жидкостью, а измерительный капилляр 2 изогнут в виде спирали 23, имеющей два винта с целью увеличения масштаба измерений. В остальном конструкция термометра аналогична конструкции по первому варианту (фиг.1, 2).

Термометр работает следующим образом,

Термобаллон 1 термометра помещают в гнездо прибора или другое место, температуру которого требуется измерить (например, подмышку человеку при использовании термометра в качестве медицинского термометра).

При этом термометрическая жидкость, находящаяся в его полости 6, начнет расширяться и будет подниматься по измерительному капилляру 2 до тех пор, пока температура термобаллона 1 не станет равной температуре в месте измерения ( в данном случае тела человека). Одновременно при подъеме термометрической жидкости в измерительном капилляре газ (воздух), находящийся в его канале, начнет выходить пузырьками через отверстие на суженном конце 17 капилляра, введенном в индикаторную жидкость ниже уровня в камере 4. Процесс выхода пузырьков газа из капилляра также будет происходить до тех пор, пока уровень термометрической жидкости в капилляре 2 не перестанет изменяться.

При уменьшении температуры термобаллона (после удаления термометра из места измерения) термометрическая жидкость начнет возвращаться к исходному положению. В результате того, что часть воздуха вышла из капилляра 2, в него начнет засасываться индикаторная жидкость 5. На основании закона неразрывности объемное количество индикаторной жидкости, затянутой внутрь измерительного капилляра, будет близко к объему воздуха, вышедшего из него, поскольку очевидно, что сжимаемостью воздуха при его малых объемах и малых значениях изменения давления (разрежения), имеющих место в данном случае, можно практически пренебречь.

Поворачивая шкалу 3 с помощью ручки вокруг роликов 19 до тех пор, пока отметка нуля шкалы не установится на границе уровня термометрической жидкости в измерительном капилляре 2, и снимая при этом показание шкалы, приходящееся на границу уровня индикаторной жидкости, затянутой в измерительный капилляр, мы получим значение максимальной температуры, которую имел термобаллон в момент его удаления из места измерения, а значит и температуру объекта в месте измерений (в нашем случае тела человека).

Следует отметить, что оцифровка поворотной шкалы, произведенная, например, непосредственно в градусах температуры, должна быть обратной, т.е. наименьшему расстоянию между уровнями жидкостей (термометрической и индикаторной) в измерительном капилляре будет соответствовать значение верхнего предела шкалы измеряемых температур, а наибольшему, наоборот, значение нижнего предела, Измеренное значение максимальной темпера- туры будет сохраняться в течение любого промежутка времени до тех пор, пока это необходимо.

Для приведения термометра в исходное состоя ние (для новых измерений) необходи- мо удалить индикаторную жидкость 5 из измерительного капилляра 2. С этой целью необходимо пЪвернуть термометр в вертикальной плоскости на угол 180° так, чтобы конец 17 измерительного капилляра 2 вы- шел из индикаторной жидкости, находящейся внутри камеры 4, Затем с помощью приспособления 7, поворачивая ручку 13 винта 10, перемещают поршень 9 до тех пор, пока вся индикаторная жидкость не выйдет снова в камеру 4. После этого возвращают поршень 9 в исходное положение до нижнего упора 11, следя при этом за тем, чтобы в капилляр не попала индикаторная жидкость. Наличие нижнего упора 11 пред- отвращает изменение установленного нулевого положения уровня термометрической жидкости в измерительном капилляре, а значит и исключает возможность появления систематической погрешности в пока- заниях термометра, обусловленной этим фактором. Следует отметить, что в качестве индикаторной жидкости в термометре с успехом может быть использована та же термометрическая жидкость, которой за- полней термобаллон 1 (например, трансформаторное масло). Единственным ограничением при этом является необходимость исключения возможности их соединения между собой, для чего служит верхний упор 12. Действие термометра в круговом варианте, представленном на фиг. 3 и 4, ничем не отличается от описанного выше.

Для оценки точности измерений, прово- димых с помощью термометра, рассмотрим основные факторы, влияющие на его погрешность. Как показал анализ, основным из них является фактор, характеризуемый соотношением объема пузырьков воздуха, выходящих из суженного конца измерительного капилляра, и объемом индикаторной жидкости, достаточным для визуальной оценки величины смещения ее уровня в измерительном капилляре. Указанные объемы выражаются следующими простыми зависимостями:

ДЦ

л d2

(2)

где A U1, А 1)2 - объемы индикаторной жид- кости и воздушного пузырька соответственно;

di, d2 диаметры канала измерительного капилляра и отверстия в его суженном конце;

АI - отрезок длины измерительного капилляра, характеризующий разрешающую способность глаза наблюдателя и равный половине цены наименьшего деления шкалы,

Для обеспечения требуемой точности измерений необходимо и достаточно, чтобы объем пузырьков газа (воздуха), выходящих из конца измерительного капилляра, был всегда меньше или в крайнем случае равен объему индикаторной жидкости на участке длиной Д|, т.е. чтобы выполнялось следующее неравенство:

Alb Д lhили

10 15 20 25 303540 4550 55 тгсЬ3 яоМ

-Д|

(3)

6 4

Как показали расчеты, для обеспечения измерения максимальной температуры, например, для случая использования термометра в качестве медицинского максимального термометра с погрешностью ± 0,1 °С в диапазоне температур 32-42°С при диаметре di канала в измерительном капилляре, равном 0,1 см (1 мм), необходимо, чтобы диаметр d2 отверстия в суженном конце его был не более 62 0,8 мм. Что касается таких влияющих факторов, как возможное изменение температуры окружающей среды в процессе измерений и упомянутая выше сжимаемость газа (воздуха), то, как показал анализ, погрешности, обусловленные этими факторами, будут на порядок меньше первого из них. Поскольку воздух находится в замкнутых полостях над термометрической жидкостью в измерительном капилляре 2 и над индикаторной жидкостью в камере 4, то давления в них будут всегда одинаковы, а значит никаких нежелательных перемещений уровня индикаторной жидкости происходить не будет.

Что касается влияния сжимаемости газа (воздуха), которое будет иметь место только для первого варианта термометра, поскольку только в этом варианте имеется вертикальный участок у измерительного- капилляра, на котором действует сила веса индикаторной жидкости, затянутой внутрь измерительного капилляра, то при небольших длинах этого участка (не более 100-120 мм) величина нелинейности шкалы, обусловленная этим фактором, как показывают

расчеты, не будет превышать-1%, Следует отметить, что это значение может быть уменьшено путем создания повышенного начального давления газа (воздуха) внутри индикаторной камеры 4 и в газовой полости над термометрической жидкостью в измерительном капилляре 2,

Формула измерения Максимальный жидкостный термометр, содержащий размещенные в прозрачном корпусе капилляр со шкалой, соединенный одним концом с заполненным термометрической жидкостью резервуаром, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, в него введены два ролика с ося0

5

ми, две ручки, камера, установленная на резервуаре и частично заполненная индикаторной жидкостью, и соединенная с резервуаром поршневая пара с ограничителями хода поршня и винтовым приводом, один конец которого закреплен на поршне, а на другом его конце установлена первая ручка, при этом капилляр выполнен изогнутым на 180° с заостренным вторым концом, размещенным в индикаторной жидкости, а шкала - в виде гибкой бесконечной ленты, размещенной с натяжением на роликах, ус- танволенных с возможностью вращения на осях, закрепленных в корпусе, торец одной из которых с закрепленной на нем второй ручкой выведен из корпуса.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть пользовано в медицине, ветеринарии, метеорологии, гидрологии и др. Цель изобретения -упрощение конструкции. Термометр содержит термобаллон 1, измерительный капилляр 2, снабженный поворотной шкалой 3, и герметичную камеру 4, частично заполненную жидкостью 5. Во внутренней полости 6 термобаллона находится приспособление 7 в виде поршневой пары 8, Э с винтовым приводом 10 и ограничителям 111 и 12 хода поршня, Ручка 13 винта 10 выведена наружу корпуса термобаллона 1. Кроме приспособления 7 внутри термобаллона 1 находится патрубок 14, жестко соединенный через переходник 15 с концом измерительного капилляра 2. Измерительный капилляр изогнут под углом 180° и его свободный конец 17, выполненный суженным, введен внутрь камеры 4. Поворотная шкала 3 выполнена в виде бесконечной ленты 18, надетой на ролики 19, которые закреплены на опорной стойке 20. 4 ил.

Фиг/

Фиг.2

13

f 3

уЧЛ ,tfrss7 SS77JSSSSS X.

гг.

V Ю

17

Фие.З

23

23