ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения температуры воды на акватории морей и океанов, например, в процессе промысла пелагических рыб или гидрометеорологических исследований.
Известен цифровой термометр, содержащий датчик температуры, связанный с рабочим блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, цифровые сегментные дисплеи, источник питания (см. Описание монтируемого измерителя МТ-3000А, фирмы Nissin Inc. (Япония), 2002 г.). Данное устройство предназначено для поиска поверхностных течений путем измерения температуры забортной воды с судна-носителя.
Недостатки устройства - ограниченный спектр информации, получаемой от устройства, не позволяющий эффективно его использовать для целей самостоятельного поиска скоплений пелагических рыб, в том числе из-за отсутствия возможности работы устройства с компьютером.
Известен также цифровой термометр, содержащий датчик температуры, связанный с рабочим блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, цифровой сегментный дисплей, источник питания и порт связи с компьютером (см. Описание измерителя гидрологического ГМУ 2, конструкции ЦКБ ГМП - Номер госреестра 21088-01 (ЦКБ Гидро-метеоприборостроения).
Недостатки устройства - невозможность эффективного его использования для целей самостоятельного поиска скоплений пелагических рыб, из-за низкой частоты измерений (самый короткий интервал измерений - 5 минут), что с учетом реальной скорости хода промыслового судна фактически исключает вероятность обнаружения на акватории границ температурных зон и вихрей размерами до километра, благоприятных для скапливания объектов промысла, или же требует резкого снижения скорости хода судна.
В основу настоящей полезной модели положена задача обеспечения возможности обнаружения на акватории локальных температурных разделов и вихрей небольшого размера.
Технический результат выражается в повышении быстродействия устройства и визуализации информации о скорости и тенденции изменения температуры забортной воды по мере перемещения судна по акватории. Также, обеспечивается эффективное выявление в района промысла локальных температурных разделов и вихрей небольшого размера, благоприятных для образования промысловых концентраций стайных пелагических объектов.
Результат достигается тем, что цифровой термометр, содержащий датчик температуры, связанный с рабочим блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, цифровой сегментный дисплей, источник питания и порт связи с компьютером, отличается тем, что дополнительно снабжен линейным шкальным индикатором, выполненным с возможностью отображения скорости изменения температуры, причем в качестве датчика использован термопреобразователь с нормальной статической характеристикой преобразования, пропорциональной температуре объекта измерения, который подключен по трехпроводной схеме, при этом, измерительные выводы датчика через измерительный усилитель, предпочтительно, выполненный по мостовой схеме, подключены на вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к микроконтроллеру, управляющие выводы которого связаны с управляющими входами цифрового сегментного дисплея, линейного шкального индикатора и разъемом порта связи с компьютером. Кроме того, источник питания выполнен в виде понижающего трансформатора, снабженного средствами подключения к внешней сети питания и силовым вводам рабочих элементов устройства. Кроме того, корпус выполнен в пылевлагозащитном исполнении и снабжен уплотняемыми кабельными вводами, для подключения измерительного, сетевого и интерфейсного кабелей. Кроме того, в качестве аналого-цифрового преобразователя использован по меньшей мере 12-битный преобразователь.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков заявляемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".
Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение задачи - обеспечения возможности обнаружения на акватории локальных температурных разделов и вихрей небольшого размера.
На фиг.1 показана схема устройства; на фиг.2 показан внешний вид устройства.
На чертежах показаны датчик температуры 1, связанный с рабочим блоком 2, содержащим измерительный усилитель 3, аналого-цифровой преобразователь 4, микроконтроллер 5, цифровой сегментный дисплей 6, источник питания 7, порт связи с компьютером 8, линейный шкальный индикатор 9, кабель 10, корпус 11.
В качестве перечисленных узлов и комплектующих используются известные объекты сходного назначения, рабочие характеристики удовлетворяющие требуемым параметрам.
В качестве датчика использован термопреобразователь с нормальной статической характеристикой преобразования, пропорциональной температуре объекта измерения (например термопреобразователи сопротивления типа ТСП9201 100П или ТСП9201 100М, которые подключены по трехпроводной схеме).
В качестве измерительного усилителя 3 использован известный измерительный усилитель, предпочтительно, выполненный по мостовой схеме.
В качестве аналого-цифрового преобразователя использован, по меньшей мере, 12-битный преобразователь известной конструкции, например Burr-Brown ADS7822P.
В качестве микроконтроллера 5 использована известная микросхема Atmel AT89C4051PI-24.
В качестве цифрового сегментного дисплея 6 использован известный 4-разрядный цифровой индикатор, например, Kingbright DA56-11GWA (2 шт.)
В качестве источника питания 7 использован понижающий трансформатор, снабженный средствами подключения к внешней сети питания (220v, 50Hz) и выпрямителем и стабилизатором, питающим рабочие элементы устройства.
В качестве порта связи с компьютером 8 использован стандартный компьютерный (RS232C) СОМ-порт. Необходимое состояние линий СОМ-порта: DTR - логический 0 (+12 В), RTS - логическая 1 (-12 В), остальные управляющие сигналы не используются.
В качестве линейного шкального индикатора 9 использован известный индикатор, например Kingbright DC-7G3WHA (2 шт.), выполненный с возможностью отображения скорости изменения температуры.
2
Длина кабеля 10 (измерительной линии) от датчика 1 до корпуса 11 не превышает 150 м, площадь сечения проводников от 0,5 до 2,5 мм, сопротивление каждого не более 2 Ом, при этом, для устранения помех от работы силового судового электрооборудования измерительный кабель экранируется (должен иметь металлическую оплетку). Для снижения погрешности, вызванной паразитным сопротивлением проводников измерительной линии и изменением его от температуры используется трехпроводная схема подключения датчика.
Корпус 11 выполнен в пылевлагозащитном исполнении и снабжен уплотняемыми кабельными вводами (на чертежах не показаны), для подключения измерительного, сетевого и интерфейсного кабелей. Зажимная колодка для кабелей находится внутри корпуса 11 и доступна для монтажа после снятия крышки прибора. На этой же колодке имеются клеммы для подключения кабеля связи с компьютером (интерфейс RS-232C).
При этом датчик 1 посредством кабеля 10 подключен к измерительному усилителю 3, выводы которого подключены на вход аналого-цифрового преобразователя 4, выход 12 которого подключен к микроконтроллеру 5, управляющие выводы 13 которого связаны с управляющими входами цифрового
сегментного дисплея 6, линейного шкального индикатора 9 и разъемом порта 8 связи с компьютером.
Кроме того, источник питания 7 подключен к силовым вводам рабочих элементов устройства (на чертежах не показан).
Датчик устанавливают на объекте. Для получения достоверной информации о температуре забортной воды датчик должен быть установлен как можно ближе к месту забора воды, например, на трубе системы охлаждения главного или вспомогательного двигателей. Для удобства монтажа и демонтажа датчик устанавливают в защитную гильзу, снабженную резьбой, которую, в свою очередь, устанавливаемую в резьбовое (М20×1.5) отверстие, выполненное в стенке трубы (на чертежах названные детали не показаны). Для улучшения теплового контакта в гильзу заливают неагрессивную жидкость с низкой вязкостью и высокой теплопроводностью, например этиловый спирт или дистиллированную воду.
Монтаж измерительного кабеля 10 ведут одним отрезком, без промежуточных соединений (которые вносят недопустимые погрешности). Перед соединением все проводники кабеля для улучшения контакта следует залудить или обжать изолированными наконечниками. Кабель должен быть надежно уплотнен сальником корпуса датчика. Экранная оплетка кабеля должна быть заземлена только в месте заземления корпуса измерителя, в месте установки датчика заземлять кабель не следует.
2
При сопротивлении каждого проводника линии не более 0.6 Ом (кабель сечением 3×1.5 мм и длиной 50 м) статическая погрешность, вносимая линией, не превышает 0.06°С, поэтому подстройку нуля прибора можно не производить. В остальных перед измерениями следует известным образом настроить прибор при подключенной измерительной линии.
Заявленное устройство работает следующим образом.
При включении датчика в работу изменение температуры забортной воды (вызванное перемещением судна-носителя по акватории и пересечением ее участков различающихся по температуре) приводит к изменению сопротивления
датчика. Для измерения температуры используется мостовой принцип измерения омического сопротивления термопреобразователя (датчика) с нормальной статической характеристикой преобразования (НСХ) 100П (w=1.391), 100М (w=1.422) или Pt100 (w=1.385), пропорциональной температуре объекта.
Таким образом, изменение температуры забортной воды приводит к изменению параметров электрического тока, протекающего через датчик и снимаемого, как аналоговый сигнал. Этот сигнал поступает в измерительный усилитель 3, откуда после усиления и фильтрации поступает на аналого-цифровой преобразователь 4, где оцифровывается и передается на микроконтроллер 5, который пересчитывает его в показания температуры и скорости ее изменения во времени.
После обработки данные поступают на цифровые сегментные дисплеи, линейный шкальный индикатор и порт связи с компьютером. При этом цифровой дисплей показывает текущее значение температуры, а шкала линейного шкального индикатора, размещенная под цифровым дисплеем, показывает направление и скорость изменения температуры (влево - снижение, вправо - возрастание). По шкале можно также быстро оценить величину скорости (1 сегмент - 0.03°С/мин, 5 - 0.25°С/мин, 10 (полная шкала) - более 0.5°С/мин).
Прибор позволяет, не ведя длительного наблюдения значений температуры, выяснить характер ее изменения, и помогает в нахождении необходимых температурных разделов и вихрей при поиске объектов лова - скоплений стайных пелагических промысловых объектов.
Устройство может передавать данные в формате NMEA 0183 на Windows - совместимый компьютер через стандартный компьютерный RS232C СОМ-порт. Для этого необходимо соединить устройство согласно «Схеме соединений» со свободным СОМ-портом компьютера.
На компьютере может использоваться электронно-картографическая информационная система или программа, позволяющая вести долговременную
запись и отображение графика температуры во времени, например, «Температурная Траектория (ThermoTrack)».