CN103616125A - 一种极端台址环境下使用的数字压力表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极端台址环境下使用的数字压力表，包括表壳以及位于表壳内的电路板以及与所述电路板相连的电池，其特征在于：还包括一设置在所述表壳外部的用于吸热和保温的保温隔热罩和一用于控制所述电路板温度的加热控制装置；所述的保温隔热罩包括双层真空玻璃、吸热层和保温层，所述的吸热层位于所述双层真空玻璃内测，所述的保温层位于所述双层真空玻璃的外侧；所述的加热控制装置包括串联有散热电阻的加热回路、保温盖板以及控制所述加热回路通断的控制器本发明外形全密封式结构，保温性能好，能耗低，使用寿命长，防水、防爆、防腐蚀，适合野外极端条件下工作，信息化程度高，便于远程监控管理。

Description

一种极端台址环境下使用的数字压力表

技术领域

本发明涉及一种极端台址环境下使用的数字压力表装置，具体涉及的是一种为保证数字电压表在低温且无人值守的条件下正常工作而设计的既具有保温功能又具有无线传输功能以及自动报警功能的数字压力表装置。

背景技术

南极考察对研究气候变化、生态系统、全球环境有重要意义，同时南极也是研究空间物理和宇宙学的良好场所，因而对南极的考察活动越来越频繁。但是，南极地区常年处于高原极寒、低气压、缺氧等恶劣的环境条件。据推算，南极内陆地区海拔4000 ~ 4100m高度上8月平均气温大约要低到-77 ℃~ -85 ℃，出现-100 ℃左右的极端最低气温是有可能的。此类地区低温的极端环境也为开展科考工作带来了很大的技术挑战，其中遇到的一个重要技术挑战就是仪器测量设备的防冻、保温问题。

无论是南极考察活动还是在南极的日常生活中，都需要用到数显压力表。而数显电压力表在低温环境中易失灵，其原因大致有三个：一是数显压力表中电路板的各种原件（如线圈、电容等）在低温环境中易硬化，导致压力表原件功能失效，此外压力表从冷环境进入室内温暖的环境后，可能会发生结露现象，电路板表面的小水珠会腐蚀元器件，甚至会造成短路；二是环境温度低，电压表内介质无法流动，热量通过热传导方式散失，造成压力表内介质冻结而失灵；三是由于压力表面板不严密，空气流通量大，加速压力表内介质的热量散失，从而造成压力表冻结。低温环境下，为防止压力表被冻，通常采用毛毡等保温材料进行包裹，这样做虽然有一定的保温效果，但是由于压力表表面被覆盖，无法及时查看，已经成为一种安全隐患。南极自然环境十分恶劣，许多科学考察站无法做到有人员长期值守，而对压力的监测是实时需要的，同时，压力表的电池使用寿命有限，需要人工更换。 

发明内容

本发明所需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种极端台址环境下使用的数字压力表，该测压表具有良好的保温功能，可在低温环境中正常工作，且延长了压力表电池的使用寿命。

技术方案

为解决数字压力表在低温条件下工作存在的技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种数字压力表，包括表壳、位于表壳内的电路板以及与所述电路板相连的电池，其特征在于：还包括一设置在所述表壳外部的用于吸热和保温的保温隔热罩和一用于控制所述电路板温度的加热控制装置；所述的保温隔热罩包括双层真空玻璃、吸热层和保温层，所述的吸热层位于所述双层真空玻璃内测，所述的保温层位于所述双层真空玻璃的外侧；所述的加热控制装置包括串联有散热电阻的加热回路、保温盖板以及控制所述加热回路通断的控制器；所述的散热电阻设置在所述的电路板上，在电路板的上下表面分别设置所述的保温盖板，在电路板与保温盖板之间填充着按皮亚诺曲线布置的相变材料；所述的控制器包括感温包、毛细管、膜盒、弹簧以及杠杆，所述的膜盒一端通过毛细管与所述的感温包相连，膜盒的另一端与所述杠杆中部连接，在杠杆的中部还连接有所述的弹簧，杠杆的上端设置有使所述加热回路通断的接触点。

所述的电池为锂电池。

所述的吸热层由半液态的机油拌炭黑或氧化铁黑制成；所述的保温层是导热系数不大于0.12W/(m·K)的保温材料制成的透明薄膜。

所述的透明为PET薄膜。

所述相变材料的凝固温度为10℃～30℃的相变材料。

本发明数字压力表，不仅包括表壳以及表壳内电路板以及相应显示等构造，更是在压力表本身基础上增设了保温隔热罩和加热控制控制装置等，具体增加的内容包括双层真空玻璃、吸热层、绝热材料保温层、电路板保温部分、温度控制部分以及无线电传输部分。其中压力表采用大容量锂电池供电，可长时间连续使用；双层真空玻璃由双层玻璃抽真空后裹在电压表外侧构成，双层真空玻璃内侧附着的吸热材料能进一步提高吸热量；绝热材料保温层由透明保温材料包裹在真空玻璃隔热层外侧构成，大大减少能量的散失；电路板密封在上、下保温盖板中，电路板上布有散热电阻，保温盖板中填充相变材料，当电路板环境温度偏低时，温度控制部分的控制器自动接通电源，散热电阻工作，温度升高，相变材料被加热并转变成液态，当电路板温度升高到一定值时，控制器自动断开，温度下降，此时，相变材料凝固放热，当电路板环境温度下降到一定值时，控制器再次接通，以此循环，从而保证电路板工作环境温度；所述的无线传输部分将压力表所测压力信号数据通过接口传输给远程支撑平台上，供研究人员读取，并通过计算机进行数据处理，并画出压力-时间特性曲线，可设定额定压力值，当偏离额定值时自动报警。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、压力表采用大容量锂电池供电，可长时间连续使用，外形全密封式结构，防水、防爆、防腐蚀，适合野外全天候条件下工作。

2、真空玻璃是由双层玻璃之间抽真空并密封封装在数字电压表外面构成。太阳光照射到玻璃上时，由于玻璃对波长小于3.0μm的辐射能的穿透比很大，从而大部分太阳能可以射到电压表内部，而电压表由于温度比较低，其辐射能绝大部分位于波长大于3.0μm的红外范围，玻璃对波长大于3.0μm的辐射能的穿透比很小，从而阻止了辐射能向电压表外界的散失，进而起到保温作用。

3、吸热材料附着在双层平板玻璃内侧，不覆盖电压表表面以便正常读数。吸热材料是由半液态的深色材料制成，如机油拌炭黑或氧化铁黑制成，具有吸热、导热作用。

4、绝热材料保温层是导热系数不大于0.12W/(m·K)的保温材料构成，为给太阳能电池板留有充分的曝光面，需选用透明的保温材料，如PET薄膜。

5、电路板保温部分包括电路板上焊有的散热电阻以及密封填充在保温盖板中的相变材料，当电路板环境温度偏低时，加热回路接通，电阻产生热量，相变材料被加热转变成液态，电路板环境温度逐渐升高，上升至一定值时，加热回路自动断开，温度开始下降，相变材料凝固放热，保证电路板正常工作所需温度，同时也延缓了加热回路再次接通的时间，延长了电池的寿命。电路板放在上、下平板玻璃板和侧面玻璃板形成的保温腔内，保温墙的侧面玻璃板预留电线接出口。

6、温度控制器包括温包、毛细管、膜盒、弹簧等。开始杠杆一端的接触点闭合，温度上升至设定的温度时，温包中的湿饱和蒸汽受热膨胀，压力增大，通过毛细管的传压，膜盒也胀大，从而推动杠杆克服弹簧的拉力产生的力矩逆时针转动，开关触点断开，电源不给电路板上的散热电阻供电，直到又降至设定温度时，感温包气体收缩，压力降低，在弹簧的作用力下开关置于闭合的位置，散热电阻工作。以此反复动作，达到控制温度的目的，从而保证电路板的工作环境温度在所需范围内。

7、无线传输部分将电压表所测压力信号经无线传输部分传输到远程支撑平台上，供研究人员读取，并通过计算机进行数据处理，并画出压力-时间特性曲线，设定额定压力值，当偏离额定值时自动报警，信息化程度高，便于远程监控管理。

附图说明

图1本发明数字压力表设计方案示意图；

图2是本发明加热控制装置构造原理图；

图3本发明的保温隔热罩的剖面示意图；

图4本发明电路板的保温结构示意图；

图5本发明电路板保温盖板中相变材料的填充示意图；

图6本发明电路板环境温度控制结构示意图。

其中：1、表壳，2、保温隔热罩，3、加热控制装置，21、吸热层，22、双层真空玻璃，23、保温层，4、保温盖板，5、散热电阻，6、端头，7、相变材料，8、接触点，9、工作端口，10、指示灯；11、膜盒，12、毛细管，13、感温包。

具体实施方式

下面结合附图进行更进一步的详细说明：

图1、图2给出了本发明的结构示意图，一种在极端台址环境下使用的数字压力表，由包括压力表表壳1、保温隔热罩2、加热控制装置3以及无线电传输部分等组成。其中保温隔热罩2包括：由吸热材料涂层构成的吸热层21、双层真空玻璃22、绝热材料构成的保温层23等主要部分组成，见图3。双层玻璃之间抽真空并密封形成双层真空玻璃2包裹在电压表表壳的表面；吸热层1均匀的附着在双层真空玻璃2内侧（压力表正面不涂吸热材料以保证透明度从而正常读数），吸热层由半液态的深色材料制成，具有吸热、导热作用，进一步提高吸热量；在双层真空玻璃2外侧包裹上透明的绝热材料保温层3，具有优良保温性能的绝热材料能大大减少能量的散失。

图4给出了本发明电路板的保温结构示意图，电路板放置在上、下两片玻璃支撑的保温盖板4组成的保温腔内，电路板上焊接上若干散热电阻5，将端头6接在温度控制部分工作端口上；上、下保温盖板内密封装有按皮亚诺曲线填充的相变材料7，选择凝固温度在10℃～30℃相变材料，优选在20℃上下5℃的范围内。电路板环境温度偏低时，温度控制部分闭合，散热电阻群产生热量使环境温度升高，相变材料被加热液化，当电路板环境温度达到一定值时，温度控制部分自动断开，电路板环境温度开始下降，相变材料凝固放热，以减缓电路板环境温度的下降速度，从而延长了电池的使用寿命。保温腔的侧面玻璃板预留电线接出口，并用填缝材料密封，以此保证电路板环境温度保持在所需范围内。电路板上还装有无线传输部分，将压力表所测压力信号数据通过接口传输给远程支撑平台上，供研究人员读取，并通过计算机进行数据处理，并画出压力-时间特性曲线，设定额定压力值，当偏离额定值时自动报警。

图5本给出了发明电路板保温盖板中相变材料的填充示意图。将刻有皮亚诺曲线的盖板密封装在电路板上、下的两块保温盖板上，选择相变温度在20℃左右的相变材料填充在如图所示的阴影部分。皮亚诺曲线能均匀的填满正方形，增大了相变材料与热源的接触面，相变材料能得到均匀的加热，使相变材料的液化蓄热能力得到了充分的利用。

图6给出了本发明路板环境温度控制结构示意图，包括接触点8、工作端口9、指示灯10、膜盒11、毛细管12、感温包13。感温包13中装有气液共存的湿饱和蒸汽，一般为制冷剂，因为其沸点比较低，受热后容易气化膨胀。膜盒11是用特殊材料做成的，极具弹性。开始时，杠杆一端的接触点8闭合，散热电阻工作，电路板环境温度上升，升至设定值时，感温包13中的湿饱和蒸汽受热膨胀，压力增大，通过毛细管的传压，膜盒也胀大，从而推动杠杆克服弹簧的拉力产生的力矩逆时针转动，开关触点断开，电源不给电路板上的散热电阻供电，电路板环境温度下降，降至设定的温度时，感温包气体收缩，压力降低，在弹簧的作用力下开关置于闭合的位置，散热电阻工作。以此反复动作，达到控制温度的目的，从而保证电路板的工作环境温度。

Claims (5)

1.一种极端台址环境下使用的数字压力表，包括表壳、位于表壳内的电路板以及与所述电路板相连的电池，其特征在于：还包括一设置在所述表壳外部的用于吸热和保温的保温隔热罩和一用于控制所述电路板温度的加热控制装置；所述的保温隔热罩包括双层真空玻璃、吸热层和保温层，所述的吸热层位于所述双层真空玻璃内测，所述的保温层位于所述双层真空玻璃的外侧；所述的加热控制装置包括串联有散热电阻的加热回路、保温盖板以及控制所述加热回路通断的控制器；所述的散热电阻设置在所述的电路板上，在电路板的上下表面分别设置所述的保温盖板，在电路板与保温盖板之间填充着按皮亚诺曲线布置的相变材料；所述的控制器包括感温包、毛细管、膜盒、弹簧以及杠杆，所述的膜盒一端通过毛细管与所述的感温包相连，膜盒的另一端与所述杠杆中部连接，在杠杆的中部还连接有所述的弹簧，杠杆的上端设置有使所述加热回路通断的接触点。

2.根据权利要求1所述的字压力表，其特征在于：所述的吸热层由半液态的机油拌炭黑或氧化铁黑制成；所述的保温层是导热系数不大于0.12W/(m·K)的保温材料制成的透明薄膜。

3.根据权利要求2所述的字压力表，其特征在于：所述的透明为PET薄膜。

4.根据权利要求1所述的字压力表，其特征在于：所述相变材料的凝固温度为10℃～30℃的相变材料。

5.根据权利要求1所述的字压力表，其特征在于：所述的电池为锂电池。

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