УКУПОРОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОМЕТРА

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится преимущественно к бытовой технике и может использоваться для измерения температуры жидкости в горизонтально расположенной бутылке.
Уровень техники
В патенте на полезную модель RU 197130 описан термометр со щупом и с радиопередатчиком для бутылки, который позволяет контролировать температуру жидкости в бутылке. Но его интеграция с укупорочным устройством (пробкой) не позволяет использовать термометр для других целей, например, при жарке мясных стейков.
Кроме того, существуют укупорочные устройства (пробка) в виде усеченного конца из силикона, через который по центру пропущена заглушенная с одного конца металлическую трубка, в которую можно вставит щуп термометра (https://www.northernbrewer.com/products/stopper-thermowell-2250). Усеченный конус, с одной стороны, позволяет установить пробку в бутылки с горлышками разного внутреннего диаметра, с другой стороны, очень сложно контролировать то, с какой силой пробку воткнули в горлышко, и не протечет ли она, если бутылка лежит горизонтально. А такой вариант возможен, потому что в горизонтально расположенной бутылке жидкость давит на пробку.
Сущность полезной модели
Таким образом, задачей настоящей полезной модели является разработка укупорочного устройства, повышающего вероятность точного измерения температуры жидкости в бутылках с горлышком разных диаметров, размещенных горизонтально, используя разные термометры со щупом, конструктивно не связанные с укупорочным устройством.
Для достижения указанного технического результата предлагается укупорочного устройство для термометра, содержащее укупорочное приспособление, препятствующее вытеканию жидкости из бутылки; загерметизированную с одного конца трубку, способную к размещению внутри нее щупа термометра и герметично проходящую сквозь укупорочное приспособление таким образом, что после укупорки бутылки этим укупорочным приспособлением упомянутая трубка загерметизированным концом находится внутри бутылки; отличающееся тем, что содержит удерживающее приспособление, обеспечивающее надлежащее функционирование упомянутого укупорочного приспособления при использовании этого укупорочного приспособления для укупорки горизонтально расположенных бутылок с горлышками разных внутренних диаметров.
В одном из вариантов укупорочного устройства удерживающее приспособление содержит эластичные стенки, охватывающие внешнюю поверхность горлышка бутылки.
Кроме того, для повышения точности измерения температуры жидкости в бутылке укупорочное устройство может содержать упор, расположенный между трубкой и внутренней поверхностью горлышка бутылки на таком расстоянии от края горлышка бутылки, что препятствует соприкосновению трубки и бутылки. При этом упор сохраняет между трубкой и внутренней поверхностью горлышка бутылки свободное пространство для конвекции жидкости, находящейся в бутылке.
Для повышения точности измерения температуры внутренний диаметр трубки может превышать внешний диаметр щупа термометра не более чем на 0.5 мм.
С этой же целью конец трубки, размещенный внутри бутылки после укупорки бутылки, может находиться на расстоянии не менее 71 мм от края горлышка бутылки.
Еще в одном варианте удерживающее приспособление может содержать элемент, способный к установке враспор внутри бутылочных горлышек разных диаметров.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен вариант применения укупорочного устройства для термометра.
Подробное описание полезной модели
В мире производится большое количество разных видов термометров, оснащенных радиопередатчиком и щупом (probe), реализованным в виде полого металлического цилиндра, запаянного с одного конца, в котором расположен температурный датчик. Примером такого термометра может служить Inkbird BG-BT1X (https://inkbird.com/products/bg-btlx?_pos=l&_sid=357f20a5f&_ss=r). Щуп диаметром 4 мм может быть воткнут в приготовляемое мясо или опущен в нагреваемую (охлаждаемую) кружку молока. Другим примером может быть термометр Relsib WT51 (https://relsib.com/product/bluetooth-termometr-relsib-wt51-peredacha-dannyh-po-bluetooth-4) со щупом диаметром 3 мм. В обоих случаях значение температуры передается на смартфон по Bluetooth. Но можно использовать и термометры со щупом с визуальным индикатором без радиоканала.
Подобные термометры можно использовать для охлаждения до заданной температуры бутылки с жидкостью (вином, водой, соком), размещенной горизонтально в морозильной или холодильной камере бытового холодильника. Следует учесть, что в морозильную камеру бытового холодильника обычная бутылка вина вертикально просто не уместится. Если бутылку с жидкость положить горизонтально на аккумулятор тепла, например, Ezetil SoftIce 600, то термометры со щупом можно использовать для точного измерения температуры при нагревании. При этом нагревание снизу само по себе более эффективно, а, кроме того, горизонтальное положение бутылки обеспечивает большую площадь нагреваемой поверхности, чем нагревание дна бутылки.
Для достижения нужного технического результата перед размещением, например, в морозильнике бутылка 1 (фиг. 1) закрывается укупорочным приспособлением (пробкой) 2. Сквозь пробку герметично пропущена полая металлическая трубка 3 из нержавеющей стали или алюминия. Эти металлы образуют на своей поверхности непроницаемую пленку из оксида, и трубка 3 не станет химически взаимодействовать с жидкостью в бутылке 1. Конец трубки 3, расположенный внутри бутылки 1, герметично закупорен (запаян или заглушен глухой заклепкой), чтобы жидкость не попадала внутрь трубки. Не обязательно, чтобы вся трубка была изготовлена из металла. Удобно, чтобы металл был вокруг той части металлического щупа термометра, где расположен температурный датчик, когда щуп термометра размещен внутри трубки 3. Остальная часть щупа может быть изготовлена из пластмассовой трубки, соединенной с запаянной с одного кольца металлической частью трубки 3, например с помощью резьбового соединения. В принципе, трубка 3 может быть целиком пластиковой, например, из акрила, поликарбоната или фторопласта.
Длина горлышка 4 самой распространенной винной бутылки типа «бордо» (https://winekeys.ru/image/cache/catalog/data/Dunavox/bottle-650x650.jpg) составляет 71 мм. Далее после горлышка расположены «плечи» 5 бутылки, резко увеличивая диаметр бутылки по сравнению с диаметром горлышка.
Очевидно, что для равномерного за счет конвекции охлаждения жидкости бутылку в морозильнике следует положить на какой-нибудь термоизолированный коврик, например, сложенное вчетверо махровое полотенце (принцип - охлаждай сверху). Таким образом, в широкой части бутылки (не там, где горлышко) вдоль горизонтального центра бутылки, там, где расположен загерметизированный конец трубки 3 (правый конец на фиг. 1), температура жидкости будет очень близка к средней температуре жидкости в целом, что удобно в случае интенсивного охлаждения или нагревания бутылки. При этом в области горлышка холодный воздух морозилки будет воздействовать и на нижнюю, и на верхнюю часть горлышка. И жидкость внутри горлышка будет охлаждаться более интенсивно, в том числе и за счет большего отношения площади охлаждающей поверхности в виде стенок горлышка к объему горлышка. Поэтому было бы неразумно размещать температурный датчик непосредственно внутри горлышка. Для более точного измерения температуры датчик следует разместить на расстоянии не менее 71 мм от края горлышка там, где температура жидкости будет ближе к средней температуре жидкости в бутылке.
Помимо бутылки типа «бордо», существуют и другие типы бутылок, но у них «плечи» более покатые, и нужная точность при длине части трубки, расположенной внутри бутылки, не менее 71 мм, также будет достигнута. Эксперимент с цифровым датчиком LMT01 точностью 0.5°С, расположенным внутри заглушенной с одного конца трубки 6x4 мм из стали AISI 304 на расстоянии 71 мм от обернутого вокруг этой трубки замороженного аккумулятора холода Ezetil SoftIce 200, охлажденного до -17°С, показал, что даже на воздухе показания LMT01 были всего лишь на 1 градус ниже показаний референсного ртутного термометра, а в воде отличались на 0.1°С. То есть, 71 мм трубки в воде нивелируют влияние находящейся на морозе части трубки. Кроме того, известные Bluetooth термометры со щупом имеют длину щупа больше 71 мм.
Промышленно выпускаемые термометры со щупом имеют круглое поперечное сечение щупа, поэтому трубку 3 тоже следует делать круглой. При этом разницу внешнего диаметра щупа и внутреннего диаметра трубки 3 лучше сделать поменьше. Если воздушный зазор между щупом и внутренней стенкой трубки 3 будет большим, то внутри трубки может присутствовать конвекция холодного воздуха, поступающего от края горлышка бутылки 1. Тем самым снизится точность измерения температуры, и технический результата не будет достигнут. Можно, конечно, сделать разницу диаметров 0.1, 0.2, 0.3 или хотя бы 0.4 мм, но производители трубок с целью экономии сырья делают внутренний диаметр чуть больше, а производители щупов - внешний диаметр чуть меньше. Таким образом, приемлемый промышленный результат достигается, если реальная разница диаметров будет не более 0.5 мм.
Если внутренний диаметр трубки 3 значительно больше внешнего диаметра щупа, то можно применять приспособления, уменьшающие воздушный зазор между щупом и трубкой. Например, для трубки 3 внутренним диаметром 4 мм и щупа термометра Relsib WT51 диаметром 3 мм можно использовать вставку из алюминиевой трубки внешним диаметром 4 мм, а внутренним 3 мм. Дополнительным техническим результатом будет использование одного и того же укупорочного устройства по настоящей полезной модели для щупов разных диаметров. Другим вариантом приспособления, уменьшающим воздушный зазор между щупом и трубкой, может быть отверждаемый теплопроводящий компаунд, который заливают в трубку, размещая там щуп до застывания компаунда. Если адгезия компаунда к металлу будет небольшой, то щуп затем легко можно будет вытащить, удерживая компаунд внутри трубки.
Еще одним вариантом устройства, уменьшающим воздушный зазор между щупом и трубкой, может стать пластиковая трубка. Охлаждение жидкости в морозильнике - процесс не быстрый, и теплопроводность пластика будет достаточной для достижения технического результата.
Дополнительный технический результат в виде измерения температуры жидкости в вертикально расположенный бутылке может быть достигнут, если трубку 3 удлинить в направлении внутрь бутылки, а пространство от кончика щупа до конца трубки заполнить материалом с высокой теплопроводностью: медным, алюминиевым или графитовым, например, в виде стержня. Длина щупа термометра, доступная для размещения в трубке, обычно не превышает 10 см.
Одним из вариантов укупорочного приспособления (пробки) 2, может быть укупорочное приспособление (пробка), надеваемая на внешнюю поверхность горлышка. Дополнительным техническим результатом будет надежность крепления пробки 2. Наружные поверхности горлышка бутылок рядом с краем горлышка имеют локальные изменения толщины стенки горлышка, в виде кольцевого выступа по краю или резьбы для резьбовой пробки. Резиновая или силиконовая пробка в виде полого заглушенного с одной стороны цилиндра (например, https://aliexpress.ru/item/1005002977683981.html?spm=a2g2w.productlist.0.0.50dl3955y0WqPB) своими стенками будет охватывать эти локальные изменения толщины, надежно удерживая пробку 2 на бутылке 1 за счет сжатия растянутыми стенками пробки утолщений горлышка. Таким образом, часть стенок такой пробки, не соприкасающиеся с жидкостью, будут служить удерживающим приспособлением. Кроме того, следует иметь в виду, что имея разные внутренние диаметры (20-21 мм и 18 мм) винные бутылки с резьбовыми пробкам и пробками, которые устанавливают внутрь горлышка, имеют близкий внешний диаметр (с учетом утолщения) около 29 мм.
В другом варианте укупорочным приспособлением может быть силиконовый усеченный конус, а удерживающим приспособлением станут две стальные ленты с отверстием посередине, согнутые буквой П. Ленты могут накладываться крест-накрест на отверстие горлышка, а длинные стороны П-лент можно зажать на внешней поверхности горлышка бутылки с помощью винтового хомута. Сквозь отверстия лент можно продеть щуп термометра.
Поверхность пробки 2, через которую проходит трубка 3 можно сделать достаточно толстой, чтобы трубка надежно, без течи фиксировалась в ней. Если эта поверхность тонкая, то на конце трубки 3 можно нарезать резьбу и зажать эту поверхность между гайками с шайбами.
Силикон и резина гибкие, и проходящая через них трубка под действием силы тяжести может лечь датчиком или близким к нему участком на внутреннюю поверхность бутылки, температура которой в морозилке сильно ниже, чем температура жидкости. Измерение температуры может стать неверным, и технический результат не будет достигнут. Чтобы этого не произошло, на трубку можно установить упор 6, препятствующий соприкосновению трубки 3 с бутылкой 1. Таким устройством может быть насаженная на трубку между пробкой 2 и погруженным в жидкость концом трубки 3 силиконовая деталь в виде трехлопастного пропеллера диаметром 18 мм, с отверстием в центре пропеллера, куда продевается трубка 3. Либо в виде перфорированного металлического диска 18 мм. Упор 6 касается как трубки 4, так и горлышка 4 бутылки, механически препятствуя касанию трубкой 3 поверхности бутылки 1. Области между «лопастями» или перфорация образуют между горлышком 4 и трубкой 3 пространство для конвекции жидкости. Другим вариантом упора может быть узкая полоска нержавеющей стали, согнутая поперек посередине в виде буквы V, и с отверстием под трубку 3 на острие буквы V.
Другим вариантом конструкции может быть расширяемая пробка, устанавливаемая внутрь горлышка. Ее можно осуществить на базе решения, описанного в патенте SU 1133174. В центрирующем винте этой полезной модели можно вдоль оси винта сделать сквозное отверстие и герметично вставить туда трубку для размещения щупа. Упругие манжеты этой полезной модели станут удерживающим приспособлением. При этом упругие манжеты необязательно должны препятствовать вытеканию жидкости из бутылки (но могут одновременно служить и укупорочным приспособлением). Укупорочным приспособлением может быть центрирующая шайба из жесткой резины, плотно притянутая к краю горлышка бутылки центрирующим винтом.
Еще один вариант укупорочного устройства можно осуществить, используя патент SU 1306835. Трубку для щупа термометра можно герметично расположить в отверстии, просверленном по оси конусообразного стержня. Разместив несколько скоб на разной высоте, можно надежно фиксировать укупорочное приспособление в горловинах разных внутренних диаметров. А торообразная оболочка этой полезной модели будет служить удерживающим приспособлением. Дополнительный удерживающий эффект может быть достигнуть подбором материалов изготовления, когда стенки торообразной оболочки будут иметь значительно больший коэффициент трения с горлышком бутылки, нежели с конусообразным стержнем.
Следует отметить, что возможность использования разных термометров для одной и той же бутылки без раскупоривания и без перемещения этой бутылки также повышает точность измерения температуры жидкости в бутылке. Можно последовательно вставлять в трубку разные термометры, проводить измерения, а затем усреднить полученные результаты.
Хотя настоящая полезная модель описана со ссылками на конкретные варианты его осуществления, специалистам ясно, что эти иллюстративные примеры, в которых можно сделать различные модификации, не ограничивают объема полезной модели, определяемого только прилагаемой формулой полезной модели.