Устройство для измерения температуры Советский патент 1992 года по МПК G01K5/62 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при контроле температуры во время ранения сельскохозяйственной продукции, а также для измерения и регулирования температуры в помещениях.

Известны способы построения биметаллических переключателей,при которых биметаллическая пластина или спираль закрепляется одним концом на опоре, а на втором конце имеется контакт, размещенный между двумя неподвижными контакта ми.

Недостатками таких устройств являются наличие контактов, что снижает надежность устройства, а также невозможность измерения температуры за границами заданного температурного диапазона.

Известны также устройства, в которых задача контроля температуоы решается с помощью оптических средств. Так. в устройстве выполнен бесконтактный сигнализатор, состоящий из лампочки и фотосопротив/ения, размещенных друг напротив друга. Световой поток от лампочки

при заданном значении измеряемой температуры перекрывается стрелкой измерительного прибора. При такой конструкции недостатком является ограничение движения стрелки т.к. в противном случае луч света повторно попадал бы на фотосопротивление, что привело бы к неправильной работе устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является термометр, содержащий биметаллическую спираль, жестко закрепленную внешним концом. Внутренний конец спирали крепится к стержню на растяжках, к которому прикреплен диск с нанесенными кодовыми дорожками, данные которых считываются с . помощью бесконтактных датчиков. Среди признаков прототипа, совпадающих с признаками предлагаемого устройства следует назвать наличие биметаллической спирали и бесконтактный принцип передачи информации. Недостатком устройства прототипа является необходимость построения сложной электрической схемы для расшифровки кодовых данных бесконтактных датчиков и

сл

с

сл сл

решения задач регулирования температуры и сигнализации. Кроме того, в устройстве прототипа имеется сравнительно массивный диск, громоздкая конструкция, что может привести к ее механическим повреждениям в условиях тряски, вибрации или ударс/в.

Целью изобретения является повышение надежности устройства .

Цель достигается в устройстве для измерения темпврапгурй, содержащем корпус, шкалу и основную биметаллическую спираль, один конец которой жестко закреплен, а втооой снабжен бесконтактным преобразователем его перемещений, установлены дополнительная биметаллическая спираль, размещенная соосно с основной биметаллической спиралью, две металлические цилиндрические стойки, соединенные торцами через введенную изоляционную вставку, четыре экрана, два из которых выполнены в виде коробов, изогнутых по дуге, третий - в виде металлической зачерненной пластины, а четвертый в виде кольца, крышка, выполненная с прорезью напротив шкалы и установленная на открытом торце корпуса, выполненного металлическим и зачерненным изнутри, и два соосных поворотных диска, на которых закреплены короба, размещенные снаружи спиралей по окружности с центром на их оси, при этом бесконтактный преобразователь выполнен в виде источника излучения, в качестве которого использован светодиод. и двух приемников светового излучения, размещенных в смежных наружных угла коробов, основная биметаллическая спираль закреплена внутренним концом на одной из стоек, а на другой закреплен внутренний конец дополнительной спирали, внешние концы которых соединены через последовательно закрепленные на них пластину и светодиод, размещенный на уровне горизонтальных плоскостей коробов, при этом внутри корпуса напротив прорези в крышке установлен кольцевой экран, изогнутый в сторону от центра корпуса.

Приведенная совокупность существенных признаков, а именно: установка миниа- тюрного светодиода на концах двух биметаллических спиралей, являющихся также токоподводями. и размещение свето- приемников в гпубине изогнутых поворотных коробов, позволила решить задачу уменьшения веса подвижных частей, повышения ударопиброгрпскопрочности и тем самым повышения надежности устройства

На фиг 1 представлена конструкция ус тройстпч, где имеется Фронтальная проекция (глсва го снятой крышкой) и

профильная проекция (с разрезом по А-А). При этом обозначены позиции: 1 -.металлический корпус, 2 - приливы внутри корпуса для крепления пластмассовой крышки 3, 4 металлическая подкладка крышки 3, 5 - дугообразная прорезь в подкладке 4,6- коль- цевой экран, 7.9 - первая и вторая цилиндрические стойки, 8 - изоляционная вставка, 10,11 -основная и дополнительная

0 биметаллические спирали, 12 - источник светового излучения (светодиод), 13 - стрелка на концах биметаллических спиралей, 14 - пластинчатый экран, 15 - пружинная крестовина, 16,17- поворотные диски соответ5 ственно меньшего и большего диаметров, 18,19 - первый и второй экраны в виде коробов, 20,21 - первый и второй приемники светового излучения. 22,23 - стрелки установки нижней и верхней границ темпера0 турного диапазона.

На фиг. 2 приведена часть конструкции для пояснения расположения приемников светового излучения внутри экранов. На этом позиции соответствуют обозначениям

5 на фиг. 1. Кроме того, дополнительно введены следующие обозначения: 24,25 - смежные торцовые стенки экранов 18 и 19, 26,27- открытые внутренние стороны этих экранов.

0 На фиг. 3 показаны пути прохождения световых лучей от источника 12, укрепленного на концах спиралей 10 и 11, внутрь экранов 18 и 19 в четырех положениях: а) - когда измеряемая температура меньше

5 нижней границы температурного диапазона: б) - когда измеряемая температура находится в пределах заданного температурного диапазона; в) - когда измеряемая температура выше нормы; г)-когда

0 задан широкий температурный диапазон.

Часть позиций на фиг. 3 совпадает с теми, что имеются на фиг. 1 и фиг, 2. Дополнительно обозначены следующие позиции: 28 - луч света ог источника 12 к приемнику

5 светового излучения 20 на фиг. За.

29-теневой участок за счет торцовой стенки 25 экрана 19 на фиг. За.

30-теневой участок за счет пластинчатого экрана 14 на фиг. За-г.

0 31-теневой участок за счет торцовой стенки 24 экрана 18 на фиг. 36.

32-луч света от источника излучения 12 к приемнику светового излучения 21 на фиг. Зв.

5 33-луч от источника 12 к приемнику светового излучения 20 на фиг. Зг.

Как следует из фиг 1, устройство состоит из металлического, например, силумино- вого корпуса 1 с приливами 1 для крепления с помощью винтов прозрачной ппяпмяссо

вой крышки 3 совместно с металлической подкладкой 4, в которой выполнена вдоль шкалы температур дугообразная прорезь 5, прикрытая кольцевым экраном 6. В центре крышки 3 с помощью винта закреплена пер- вая цилиндрическая стойка 7, На ее другом торце через изоляционную вставку 8 укреплена вторая цилиндрическая стойка 9. К обоим стойкам 7 и 9 припаяны соответственно внутренними концами первая 10 и вторая 11 биметаллические спирали, а между их внешними концами припаян выводами источник светового излучения 12, например, светодиод тип а ЗЛ103А, ЗЛ109Л-1 или АЛ 101А (миниатюрные, то- чечные, с минимальными потребляемой мощностью и весом, с большим углом диаграммы направленности излучения).

В месте припайки светодиода 12 к биметаллической спирали 10 припаяна изо- гнутая стрелка 13, огибающая край кольцевого экрана 6 и которая видна через прозрачную пластмассовую крышку 3 и дугообразную прорезь 5 в металлической подкладке 4. Там же к биметаллической спирали 11 припаян зачерненный с обеих сторон пластинчатый экран 14, расположенный ближе к центру спиралей;чем источник светового излучения 12. На свободном конце второй цилиндрической стойки 9 с по- мощью винта закреплена пружинная крестовина 15, прижимающая ко дну корпуса поворотные диски 16 и 17 соответственно меньшего и большего диаметров, которые можно вращать с помощью отверток мень- шей и большей ширцны, вставляемых в шлицы на трубчатых фланцах указанных дисков.

На краях дисков 16 и 17 посредством стоек закреплены первый 18 и второй 19 коробчастый экраны, изогнутые по дуге с центром на оси спиралей, открытые с внутренней стороны. Во внешних, смежных углах внутри каждого из экранов помещены два приемника светового излучения 20 и 21 (например, фоторезисторы, фотодиоды, фо- тотранзисторы, фототиристоры, стыкуемые с источником светового излучения по спектральной чувствительности с минимальной площадью приемного окна), обращенные чувствительными сторонами к центру спи- ралей. Напротив них сверху на экранах прикреплены стрелки 22 и 23 для установки нижней и верхней границ температурного диапазона. Эти стрелки. изогнутые Г-образ- но видны через прорезь 5 в металлической подкладке 4.

Электрический ток. подаваемый на источник светового излучения 13 протекает от источника напряжения по проводнику, соединенному с металлической подкладкой 4, изолированной от корпуса 1 посредством пластмассовой крышки 3, первой цилиндрической стойке 7, первой биметаллической спирали 10, второй биметаллической спирали 11 и проводнику, соединенному со вто- рой цилиндрической стойкой 9. Проводники, соединенные с источником и приемниками светового излучения проходят через отверстие во фланцах поворотных дисков 16 и 17 (на фиг. 1 проводники не показаны),

На фиг. 2 изображены два коробчастых экрана 18 и 19 с расположенными внутри приемниками светового излучения в крышках коробчастых экранов 18 и 19 сделаны вырывы. Показан также источник светового излучения 12, припаянный выводами к концам биметаллических спиралей 10 и пластинчастый экран 14, в котором сделан вырыв для видимого изображения источника 12 и крепления пластинчастого экрана 14 к первой биметаллической спирали 10. На краях экранов показаны стрелки 22 и 23 установки нижней и верхней границ температурного диапазона Кроме того, цифрами 24 и 25 отмечены смежные торцовые стенки экранов 18 и 19, а 26 и 27 - открытые внутренние стороны этих экранов При этом уровень расположения источника 12 выбран таким образом, чтобы его лучи проходили через открытые стороны 26 и 27 внутрь экранов 18 и 19

На приведенной фиг. 3 показаны пути прохождения световых лучей от источника 12, укрепленного на концах спиралей 10 и 11, внутрь экранов 18 и 19 в четырех положениях1

а)- когда измеряемая температура меньше нижней границы температурного диапазона и освещенным оказывается приемник 20 (указан луч 28) и затемненным источник 21 (указан теневой участок 29 за счет торцовой стенки 25 экрана 18; как видно, теневые участки заштрихованы, верхние крышки экранов условно отсутствуют; показаны также торцовые стенки 24 и 25 экранов и их контуры по лугам окружностей). За счет пластинчастого экрана 14 образуется теневой участок 30.

б)- когда измеряемая температура находится в пределах заданного температурного диапазона и оба приемники 20 и 21 затемнены (теневые участки 31 и 29) за счет торцовых стенок 24 и 25.

в)- когда измеряемая температура выше нормы и освещенным оказывается приемник 21 (указан луч 32) и затемненным приемник 20 (теневой участок 31) за счет торцовой стенки 24.

г) - когда при широком температурном диапазоне (экраны 18 и 19 разведены на угол больше 90° (источник 12 освещает при- емник О (луч 33) и не освещает, как и положено, приемник 21 зз счет наличия пластинчастого экрана 14 и тени от него 30.

В статическом состоянии при неизменной температуре положение биметаллических спиралей 10 и 11 таково, что стрелка 13, находящаяся на шкале, нанесенной на крышке 3. При этом источник светового излучения 12, укрепленный на концах спиралей 10 и 11дможет находиться по отношению к приемникам светового излучения 20 и 21 в таких положениях как показано на фиг. 3 а-г. При зтом от источников поступает информация; находится температура в норме, ниже нормы или выше ее.

Устройство работает следующим образом Если температура находится в требуемых пределах, то свет, излучаемый от источника 12, не попадает ни на один из приемников светового излучения 20 или 12, т к. они отгорожены от источника торцовыми стенками экранов Если же температура окружающей среды понизится и станет несколько меньше нижней границы температурного диапазона, световой поток от источника 12 попадет внутрь экрана, проходя вдоль его торцовой стенки, и облучит приемник светового излучения 20, который, прийдя в активное состояние, сможет воздействовать на включение калориферов и сигнализирующего устройства При дальнейшем понижении температуры облучение приемника 20 не прекратится благодаря широкому углу распространения света от источника и тем самым будет подтверждаться команда на включение калориферов и подачу соответствующей сигнализации

Аналогичным образом при возрастании температуры выше верхней границы диапазона освещению источником 12 подвергнется приемник светового излучения 21, что можно использовать для выключения нагрева и для сигнализации о превышении температуры. Пластинчастый экран 14 служит для уменьшения светового потока в заднюю полусферу источника с целью избежания облучения в некоторых условиях обоих приемников светового излучения Одновременно этот экран служит радиатором, рассеивающим тепло, выделяемое светодиодом 12, для уменьшения ошибги измерения от перегрева биметаллических спиралей. Малая масса экрана не создает

ощутимой погрешности за счет силы веса этого экрана. Погрешность от наличия также массы диода и стрелки на концах биметаллических спиралей уменьшается за счет

удвоенной жесткости системы (наличие двух спиралей), а также может быть учтена в процессе градуировки прибора. Попадание внешнего освещения внутрь прибора и на приемники светового излучения уменьшено

до минимума за счет кольцевого экрана 6. Положительные свойства прибора вытекают из его принцыпа работы, при котором обеспечивается совмещение функций измерения, контроля и регулирования температуры, высокая надежность, простота электрической схемы, малая стоимость. Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее корпус, шкалу и основную

биметаллическую спираль, один конец которой жестко закреплен, а второй снабжен бесконтактным преобразователем его пере- , отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в нем установлены дополнительная биметаллическая спираль, размещенная соосно с основной биметаллической спиралью, две металлические цилиндрические стойки, соединенные торцами через введенную изоляционную

оставку, четыре экрана, два из которых выполнены в виде коробов, изогнутых по дуге, третий -в виде металлической зачерненной пластины, з четвертый - в виде кольца, крышка, выполненная с прорезью напротив

шкалы и установленная на открытом торце корпуса, выполненного металлическим и зачерненным изнутри, и дв, соосных поворотных диска, на которых закреплены короба, размещенные снаружи спиралей по окружности с центром на их оси, при этом бесконтактный преобразователь выполнен в виде источника излучения, в качестве которого использован светодиод, и двух приемников светового излучения, размещенных в смежных наружных углах коробов, основная биметаллическая спираль закреплена внутренним концом на одной из стоек, а на доугой закреплен внутренний конец дополнительной спирали, внешние концы которых соединены через последовательно закрепленные на них пластину и диод, размещенный на уровне горизонтальных плоскостей коробов, при зтом внутри корпуса напротив прорези а крышке установлен

кольцевой , изогнутый в сторону от центра корпуса.

CM N

r-0

-JГCM

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Сущность изобретения: устройство содержит две биметаллические спирали, закрепленные на общей металлической оси. Между внешними концами спиралей закреплен светодиод. Фотоприемники установлены в наружных углах коробчатых экранов, изогнутых по дуге и установленных снаружи спиралей. 3 ил.

18 14 12 20 24 10,11 21 25 29 19

Фкг. 2

3120 21

29

to 3