КОРПУС ДАТЧИКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ УЧЕБНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к области учебного оборудования и касается конструкции корпуса датчиков, применяемых в измерительных системах средств обучения, в том числе, при проведении лабораторных работ в средних общеобразовательных учебных заведениях.
Известен корпус датчика, используемого в устройстве для изучения законов вращательного движения. Корпус имеет форму цилиндра с торцевыми патрубками и с центральным отверстием, которым цилиндр крепится на стойке. В цилиндре выполнены два продольных диаметрально расположенных периферийных сквозных отверстия и боковая прорезь, перекрывающая одно из отверстий, с торцов которого вставлены диод инфракрасный и фотодиод, выводы которых снабжены разъемом, подключающим датчик к измерительным блокам. Верхний торец цилиндра закрыт ступенчатой крышкой. При работе устройства периферийная часть вращающегося стробоскопа заходит в боковую прорезь корпуса и периодически открывает и закрывает оптоэлектрический датчик (см. патент RU 2309462, 2007 г.). Известный корпус используется для датчика, имеющего узконаправленное применение и не может быть применен для датчиков различных назначений.
Известен корпус датчика, используемого в устройстве для изучения законов механики. Корпус датчика выполнен полым [-образной формы и закреплен на плате, основание которой снабжено магнитными вставками, посредством которых датчик закрепляется на магнитопроводящей доске. На внутренних поверхностях полок датчика выполнены отверстия, в которые монтируются инфракрасные диоды, взаимосвязанные разъемом с цифровым командно-измерительным блоком (см. патент RU 2314571, 2008 г.). Этот корпус также не может быть применен для датчиков различных назначений.
Ближайшим аналогом к заявляемой полезной модели является корпус датчика измерительных систем учебного оборудования, который выполнен в виде коробки, разделенной горизонтальной плоскостью на две части: несущую часть, в которой располагается электронная плата, опирающаяся на опорно-направляющие элементы, и фиксирующую крышку. В несущей части и в фиксирующей крышке выполнены полугнезда, образующие при совмещении частей коробки единое гнездо с выходным отверстием наружу коробки, служащее для съемной фиксации в коробке стержня, предназначенного для установки датчика в штативе. В корпусе имеется отверстие, служащее для установки сменных элементов, через которые обеспечивается подсоединение функционального средства в зависимости от назначения датчика (http://www.vernier.com; http://www.dislab.net). Несмотря на то, что данный известный корпус имеет более широкое применение по сравнению с предыдущими аналогами, т.к. может служить для образования корпуса датчика рН или датчика температуры, однако область использования корпуса ограничена, т.к. в нем не предусмотрены конструктивные возможности, позволяющие использовать его для более широкого ассортимента датчиков.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи по созданию такой конструкции корпуса датчика, которая успешно может быть использована в измерительных системах учебного оборудования.
Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении полезной модели, заключается в расширении эксплуатационных возможностей корпуса датчика без существенного усложнения при этом его конструкции.
Для достижения указанного технического результата предлагается корпус датчика измерительных систем учебного оборудования, выполненный в виде коробки, разделенной горизонтальной плоскостью на две части: несущую часть, предназначенную для размещения электронной платы, и фиксирующую крышку. Внутри несущей части на ее противоположных боковых стенках расположены три пары попарно - противолежащих опорно-направляющих элементов для установки электронной платы, две из которых находятся в угловых участках несущей части, а внутри фиксирующей крышки на ее противоположных боковых стенках установлены соответственно три пары попарно - противолежащих штырей для поджатия платы к опорно-направляющим элементам. В несущей части и в фиксирующей крышке выполнены полугнезда, образующие при совмещении частей коробки единое гнездо с выходным отверстием наружу коробки, служащее для съемной фиксации в коробке стержня, предназначенного для установки датчика в штативе. В одной из торцевых стенок коробки выполнено отверстие для установки в нем сменных элементов, через которые обеспечивается подсоединение различных функциональных средств в зависимости от назначения датчика. На дне несущей части, на участке, расположенном между упомянутой торцевой стенкой и средней парой противолежащих опорно-направляющих элементов, выполнены дуговые выступы, ограничивающие поле для установки, с опорой на дно несущей части, многооборотного регулятора датчика угла поворота.
Преимущественно, коробка имеет прямоугольную вытянутую форму.
Для крепления датчика к магнитной поверхности, на внешней поверхности коробки, закреплен, по меньшей мере, один магнитный держатель.
В основании фиксирующей крышки выполнены отверстия для выхода клемм, закрепленных на электронной плате.
В стенке коробки, противолежащей упомянутой торцевой стенке, выполнено, по меньшей мере, одно отверстие под разъем для подсоединения к датчику интерфейсного кабеля или под разъемы для подсоединения смежных датчиков измерительной системы.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где
на фиг.1 показана несущая часть корпуса датчика, в аксонометрии;
на фиг.2 - то же, вид спереди;
на фиг.3 - то же, вид сверху;
на фиг.4 - то же, вид сбоку;
на фиг.5 - показана фиксирующая крышка корпуса датчика, в аксонометрии;
на фиг.6 - то же, вид спереди;
на фиг.7 - то же, вид сверху;
на фиг.8 - то же, вид сбоку.
рис.1 иллюстрирует Демонстрацию 1. Количество теплоты и теплоемкость;
рис.2 иллюстрирует Демонстрацию 2. Нагревание (остывание газа) при его сжатии (расширении).
Корпус предлагаемого датчика измерительных систем учебного оборудования представляет собой коробку, имеющую, преимущественно, прямоугольную, вытянутую в длину, форму и выполненную, преимущественно, из пластика.
Коробка разделена горизонтальной плоскостью, параллельной основанию коробки, на две части: несущую часть 1 и фиксирующую крышку 2. Внутри несущей части 1 и внутри фиксирующей крышки 2 расположены полугнезда 3 и 4, каждое из которых примыкает к соответствующей боковой стенке несущей части и фиксирующей крышки. При совмещении частей коробки полугнезда 3 и 4 образуют единое гнездо, доступ к которому снаружи обеспечивается через отверстие 5 в боковой стенке 6 коробки. Через это отверстие пропускается стержень (не показан), который фиксируется в указанном едином гнезде (вворачивается своим резьбовым концом в гайку, размещаемую в этом гнезде). Стержень предназначен для обеспечения установки датчика в штативе,
На одноименных торцевых стенках 7 и 8 частей коробки, примыкающих к указанным выше боковым стенкам несущей платы и фиксирующей крышки, выполнены полу отверстия соответственно 9 и 10, образующие при совмещении частей коробки единое отверстие в торцевой стенке коробки. Это отверстие предназначено для установки в нем сменных элементов, через которые обеспечивается подсоединение различных функциональных средств в зависимости от назначения датчика,
Несущая часть 1 коробки предназначена для размещения в ней электронной платы. На внутренних поверхностях проходящих по длине коробки противоположных боковых стенок 6 и 11 несущей части 1 расположены три пары попарно - противолежащих опорно-направляющих элементов 12. Две пары опорно-направляющих элементов 12 расположены в угловых участках несущей части 1, а третья пара (средняя) - между двумя угловыми парами. При этом местоположение третьей пары выбирается из условия обеспечения создания необходимой опоры для электронной платы второго (меньшего) типоразмера.
На поверхности элементов 12 имеются ориентирующие (установочные) штыри 13, на которые сажается электронная плата. Использование в корпусе датчика трех пар опорно-направляющих элементов имеет следующее преимущество. Обычно для установки электронной платы, распространяющейся по всей горизонтальной площади внутри несущей части 1 (первый типоразмер платы), используются все три пары опорно-направляющих элементов 12. Однако в некоторых случаях электронная схема датчика может размещаться на небольшой площади, и тогда для установки меньшей по площади электронной платы (второй типоразмер платы) используются только две пары опорно-направляющих элементов 12. Таким образом, корпус может успешно применяться для размещения электронных плат, отличающихся по площади.
Для надежной фиксации электронной платы внутри несущей части 1 на внутренних поверхностях противоположных боковых стенок 14 и 15 фиксирующей крышки 2 установлены соответственно три пары попарно - противолежащих штырей 16. Штыри 16 обеспечивают поджатие электронной платы к опорно-направляющим элементам 12.
На дне 17 внутри несущей части 1, в передней части корпуса датчика, выполнены дуговые выступы 18 и 19, расположенные по одной окружности. Выступы 18 и 19 ограничивают поле 20, которое предназначено для установки, с опорой на дно несущей части, многооборотного регулятора датчика угла поворота,
На внешней поверхности несущей части 1 закреплен магнитный держатель 21, представляющий собой накладку из магнитопласта и обеспечивающий крепления датчика к магнитной поверхности,
В основании фиксирующей крышки 2 выполнены отверстия 22 для выхода клемм, закрепленных на электронной плате.
В торцевой стенке коробки, противолежащей стенке с отверстием для установки сменных элементов, выполнено отверстие 23 под разъем для подсоединения к датчику интерфейсного кабеля или два отверстия 23, 24 под разъемы для подсоединения двух смежных датчиков измерительной системы.
Ниже приведены отдельные примеры применения, при проведении опытов, датчика (датчиков), использующего предлагаемый корпус.
Демонстрация 1. Количество теплоты и теплоемкость
Цель работы: показать возможность и способы измерения количества теплоты и удельной теплоемкости вещества
Фотография установки, используемой при проведении опыта, показана на рисунке 1. Датчики температуры крепятся на рабочем поле за счет магнитного держателя 21 на несущей части 1 их корпуса и могут легко перемещаться по рабочему полю. Чувствительный элемент каждого датчика фиксируют в отверстии (поз.9, 10) корпуса датчика, предназначенном для установки в нем сменных элементов. Нерабочий конец чувствительного элемента присоединяют к электронной плате, которая устанавливается в несущей части 1 корпуса датчика на опорно-направляющие элементы 12 со штырями 13. Пробирки закрепляют на датчиках температуры с помощью специальных пробок, входящих в комплект поставки. Датчики температуры подключаются к разъемам концентратора.
В одном из опытов, проводимых на установке, показывают, что от разных источников за одинаковое время можно получить разное количество теплоты. Для этого в обе пробирки наливают одинаковое количество воды и опускают туда датчики температуры. Одну пробирку помещают над пламенем спиртовки, другую опускают в сосуд с горячей водой. На экране монитора будет отчетливо видно, что скорость нагрева воды в пробирках существенно различается, что говорит о разных количествах теплоты, полученных от разных источников нагрева.
Демонстрация 2. Нагревание (остывание газа) при его сжатии (расширении)
Цель работы: показать, как изменяется внутренняя энергия тела (в данном случае газа), когда над ним совершают работу и когда оно само совершает работу.
В качестве исследуемого объекта рассматривается воздух в сосуде. О величине внутренней энергии газа судят, измеряя его температуру с помощью датчика.
Для получения заметного изменения температуры используют сосуд минимального объема, например, пробирку с отводом. Собирают лабораторную установку (рис.2). На рисунке показан вариант сборки со стержнем, который ввинчивается в гайку, размещенную в полугнездах 3 и 4 корпуса датчика, и закрепляется на штативе. Однако корпус датчика температуры может крепиться и на рабочее поле посредством магнитного держателя 21, расположенного на внешней поверхности несущей части 1.
В проводимом опыте чувствительный элемент датчика температуры с насажанной на него резиновой пробкой вставляют в горловину пробирки с отводом, так, чтобы пробка полностью перекрыла отверстие. Датчик температуры подключают к концентратору, а концентратор к USB-порту компьютера. Запустив регистрацию показаний датчика, необходимо резко надавить на поршень шприца и не отпускать его. На экране наблюдается повышение температуры в сосуде примерно на 0,5 градуса, что свидетельствует об увеличении внутренней энергии газа.