RU2060466C1

RU2060466C1 - Recorder heat pen

Info

Publication number: RU2060466C1
Application number: RU92014989A
Authority: RU
Inventors: Роман Семенович Падкин; Герман Михайлович Силантьев
Original assignee: Роман Семенович Падкин; Герман Михайлович Силантьев
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1996-05-20

Abstract

FIELD: data recording on heat-sensing media, such as electrocardiograph recorders. SUBSTANCE: heat pen has current-conducting holder and ceramic base with heating elements in the form of stack of resistive films having two contact pads, of which one is electrically connected with current-conducting holder, and second current-conducting holder arranged in mirror-like manner relative to first one. Both current-conducting holders are provided with grooves for cantilever fixation of ceramic base. Current-conducting holders are joined by instrument parts through insulating gasket. Ceramic base is cantilever-joined in grooves between currency-conducting holders. Contact pads are located on one end of ceramic base; second pad is electrically connected with second current-conducting holder; heated edge of overhanging end of ceramic base functions as writing element of heat pen. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к регистрирующим измерительным приборам и может быть использовано, в частности, для регистраторов с записью информации на теплочувствительной бумаге, например для регистраторов электрокардиографов. The invention relates to recording measuring instruments and can be used, in particular, for recorders with recording information on heat-sensitive paper, for example, for registrars of electrocardiographs.

Известны регистраторы, воздействующие на теплочувствительные носители записи только одной своей точкой. Перья такого типа имеют иглообразный элемент из электроизоляционного материала с малой термической проводимостью, заостренный конец которого покрыт резистивной пленкой, преимущественно полосообразной. Расположенные на противолежащих поверхностях иглообразного элемента концы полосы резистивной пленки соединены с источником питания через проводники, в частности через две нанесенные на поверхность иглообразного элемента токопроводящие полосообразные пленки. При протекании электрического тока по резистивной пленке острие иглообразного элемента нагревается. Known registrars acting on heat-sensitive recording media with only one of its point. Feathers of this type have a needle-shaped element of electrical insulation material with low thermal conductivity, the pointed end of which is covered with a resistive film, mainly strip-like. The ends of the resistive film strip located on opposite surfaces of the needle-shaped element are connected to the power source through conductors, in particular, through two conductive strip-like films deposited on the surface of the needle-shaped element. When electric current flows through the resistive film, the tip of the needle-shaped element heats up.

Известны также тепловые перья, имеющие точечные нагревательные элементы, выделяющие тепло на основе использования обратного эффекта Пельтье. Thermal feathers having point heating elements that produce heat based on the use of the inverse Peltier effect are also known.

Общим недостатком тепловых перьев, пишущих горячей точкой, является низкий КПД и сложность регистрирующего прибора, обусловленная применением таких перьев. A common disadvantage of thermal pens writing in a hot spot is the low efficiency and complexity of the recording device due to the use of such pens.

Низкий КПД точечных тепловых перьев обусловлен низким, порядка долей или единиц Ома, сопротивлением резистивной пленки, что вызывает необходимость использования преобразователей, понижающих напряжение в цепи питания пера, например импульсных, высокочастотных с трансформаторным выходом. Такие преобразователи вызывают значительные потери энергии, снижают КПД пера и не пригодны для приборов, работающих от аккумуляторов. The low efficiency of point thermal feathers is due to the low, on the order of fractions or Ohm units, resistance of the resistive film, which necessitates the use of converters that reduce the voltage in the pen power circuit, for example, pulsed, high-frequency ones with a transformer output. Such converters cause significant energy losses, reduce pen efficiency and are not suitable for battery powered devices.

Сложность регистрирующего прибора обусловлена тем, что в современных приборах используются диаграммные ленты с прямолинейной системой координат, а нагретая точка такого пера совершает перемещения по дуге ее вращения вокруг оси электромеханического преобразователя и координатная сетка получается криволинейной. Для спрямления записи применяются специальные устройства, изменяющие в зависимости от положения пера его длину или искривляющие носитель записи под пером. Такие устройства сложны и ненадежны. The complexity of the recording device is due to the fact that modern devices use diagram tapes with a rectilinear coordinate system, and the heated point of such a pen moves along the arc of its rotation around the axis of the electromechanical transducer and the coordinate grid is curved. To straighten the recording, special devices are used that change its length depending on the position of the pen or distort the recording medium under the pen. Such devices are complex and unreliable.

Известно тепловое перо, которое позволяет упростить процесс спрямления записи за счет использования прямого ребра записи и удлиненного нагревателя, выполненного, в частности, в виде проволочной остеклованной спирали, заключенной в металлическую трубку. A thermal pen is known which makes it possible to simplify the process of straightening a recording by using a straight recording edge and an elongated heater, made, in particular, in the form of a vitrified spiral wire enclosed in a metal tube.

Недостатком этого пера является низкий КПД и низкая надежность в эксплуатации. Низкий КПД связан с тем, что при выполнении пера с требуемым сопротивлением его длина оказывается по крайней мере вдвое больше желаемой и при перемещении по ребру записи лишь часть нагревателя используется с пользой, а приблизительно половина его длины бесполезно нагревает воздух. The disadvantage of this pen is its low efficiency and low reliability. The low efficiency is due to the fact that when a pen with the required resistance is performed, its length is at least twice as long as desired and when moving along the recording edge only part of the heater is used to good use, and approximately half of its length heats the air uselessly.

Низкая надежность обусловлена тем, что в процессе эксплуатации на нагретую спираль воздействуют одновременно механические и термические удары, возникающие при регистрации быстроменяющихся процессов. При этом нагретая спираль деформируется, возникают замыкания между витками и токопроводящей трубкой. Low reliability is due to the fact that during operation the heated spiral is affected simultaneously by mechanical and thermal shocks arising from the registration of rapidly changing processes. In this case, the heated spiral is deformed, short circuits occur between the turns and the conductive tube.

Известно тепловое перо, предназначенное для регистрирующего прибора, обеспечивающего спрямление записи, в частности, с помощью ребра, через которое протягивается теплочувствительный носитель записи. Перо содержит токопроводящий держатель и нагревательный элемент. При этом, с целью повышения качества записи, нагреватель выполнен в виде резистивной пленки, нанесенной на изоляционный слой с электропроводящим слоем из серебра или меди. A thermal pen is known for a recording device that provides recording straightening, in particular with a rib through which a heat-sensitive recording medium is pulled. The pen contains a conductive holder and a heating element. Moreover, in order to improve the recording quality, the heater is made in the form of a resistive film deposited on an insulating layer with an electrically conductive layer of silver or copper.

Недостатками этого теплового пера являются низкая надежность, обусловленная быстрым истиранием резистивной пленки, непосредственно контактирующей с носителем записи; низкий КПД, обусловленный тем, что при заданных длине и ширине резистивной пленки, толщина и материал которой ограничены технологическими возможностями, величина ее сопротивления оказывается больше, чем требуется, и необходимо использование преобразователя, повышающего напряжение питания пера, уменьшающего КПД; сложность изготовления пера, обусловленная технологическими особенностями нанесения изолирующей, резистивной и электропроводной пленок с обеспечением высокой точности геометрических размеров взаимоконтактирующих пленок; сложность токоподвода, связанная с необходимостью двухпроводного подключения источника питания в зоне оси вращения пера. The disadvantages of this thermal pen are low reliability due to the rapid abrasion of the resistive film in direct contact with the recording medium; low efficiency, due to the fact that for a given length and width of the resistive film, the thickness and material of which are limited by technological capabilities, the value of its resistance is greater than required, and it is necessary to use a converter that increases the voltage of the pen, which reduces the efficiency; the complexity of the manufacture of the pen, due to the technological features of the application of insulating, resistive and conductive films with high accuracy of the geometric dimensions of the intercontacting films; the complexity of the current supply associated with the need for a two-wire power supply in the area of the axis of rotation of the pen.

Известно выбранное в качестве прототипа тепловое перо, в котором, как и в аналоге, для нагрева используется резистивная пленка, но делается попытка исключения указанных недостатков. Это делается за счет того, что на токопроводящем держателе закреплено керамическое основание, на котором размещены резистивные пленки в виде пакета и две контактные площадки из токопроводящего материала, каждая из которых соединена с соответствующими торцами резистивных пленок. При этом на рабочую поверхность пакета нанесено износоустойчивое покрытие, первая контактная площадка электрически соединена с держателем, являющимся одним из выводов пера, а вторая с гибким проводником, являющимся вторым выводом пера. It is known that a thermal pen is selected as a prototype, in which, as in the analogue, a resistive film is used for heating, but an attempt is made to eliminate these drawbacks. This is due to the fact that a ceramic base is fixed on the conductive holder, on which resistive films are placed in the form of a package and two contact pads of conductive material, each of which is connected to the corresponding ends of the resistive films. At the same time, a wear-resistant coating is applied to the working surface of the bag, the first contact pad is electrically connected to the holder, which is one of the terminals of the pen, and the second to the flexible conductor, which is the second terminal of the pen.

Устройство по прототипу имеет следующие недостатки: недопустимо широкую для перьевых регистраторов высокой точности линию записи, обусловленную ошибочной предпосылкой, что толщина линии записи определяется шириной пакета резистивных пленок. В действительности носитель записи (термобумага) проминается резистивным слоем, который вдавливается в бумагу. В контакт с бумагой по всей своей ширине вступает керамическое основание, ширина которого всегда больше, чем ширина резистивного слоя; технологические сложности электрического присоединения гибкого проводника к контактной площадке. Это связано с тем, что, по причине несоответствия толщины соединяемых объектов, такое присоединение нельзя выполнить сваркой, так как контактная площадка успевает выгореть до того, как размягчится проводник. При присоединении пайкой низкотемпературным припоем соединение разрушается в процессе работы пера из-за нагрева, так как наряду с резистивными пленками, нагревается и держатель пера с керамическим основанием. Пайка высокотемпературным припоем также невозможна, так как при нагреве контактной площадки до высокой температуры она разрушается из-за втягивания металла контактной площадки в массу припоя; из-за низкой крутильной жесткости пера и трения между керамическим основанием и носителем записи в процессе работы возникает скручивание, которое, проявляясь в виде гистерезиса записи, приводит к снижению точности регистрации записи; постоянно нагреваемый вместе с резистивным слоем держатель пера приводит к потерям тепла, что снижает КПД. The prototype device has the following disadvantages: the recording line is unacceptably wide for high-precision pen recorders due to the erroneous assumption that the thickness of the recording line is determined by the width of the resistive film packet. In fact, the recording medium (thermal paper) is punched by a resistive layer that is pressed into the paper. A ceramic base enters into contact with paper along its entire width, the width of which is always greater than the width of the resistive layer; technological difficulties of electrical connection of a flexible conductor to the contact pad. This is due to the fact that, due to the mismatch in the thickness of the connected objects, such a connection cannot be performed by welding, since the contact area has time to burn out before the conductor softens. When soldering with a low-temperature solder, the joint breaks down during the operation of the pen due to heating, since, along with resistive films, the pen holder with a ceramic base is also heated. Soldering with high-temperature solder is also impossible, since when the contact pad is heated to a high temperature, it is destroyed due to the contact pad metal being drawn into the solder mass; due to the low torsional stiffness of the pen and friction between the ceramic base and the recording medium, twisting occurs during operation, which, manifested in the form of a hysteresis of the recording, leads to a decrease in the accuracy of recording recording; The pen holder, which is constantly heated together with the resistive layer, leads to heat loss, which reduces the efficiency.

Целью изобретения является обеспечение технологических возможностей промышленного изготовления, повышение надежности, точности и КПД при эксплуатации теплового пера. The aim of the invention is to provide technological capabilities of industrial manufacturing, improving the reliability, accuracy and efficiency in the operation of a thermal pen.

Цель достигается тем, что при использовании известных составных элементов пера токопроводящего держателя и керамического основания с нагревательным элементом в виде пакета резистивных пленок с двумя контактными площадками, одна из которых электрически соединена с держателем, перо содержит второй зеркально относительно первого расположенный токопроводящий держатель, оба токопроводящих держателя оснащены желобами для консольного крепления керамического основания, имеется изолирующая прокладка, закрепленная между приборными частями токопроводящих держателей, керамическое основание консольно закреплено в желобах между токопроводящими держателями, контактные площадки размещены на одном конце керамического основания, вторая контактная площадка электрически соединена с вторым токопроводящим держателем и нагреваемая кромка консольного конца керамического основания является пишущим органом теплового пера. The goal is achieved in that when using the known constituent elements of a pen of a conductive holder and a ceramic base with a heating element in the form of a package of resistive films with two contact pads, one of which is electrically connected to the holder, the pen contains a second conductive holder located opposite to the first, both conductive holders equipped with gutters for cantilever mounting of the ceramic base; there is an insulating gasket fixed between the instrument parts and conductive holders ceramic base is fixed in cantilever fashion in the troughs between the conductor holders, the contact pads are placed at one end of the ceramic base, the second contact pad is electrically connected to the second conductive holder and heated cantilevered end edge of the ceramic base body is a thermal pen writing.

Являющееся пишущим органом консольно выдвинутое керамическое основание позволяет исключить тепловое воздействие на носитель записи массы держателей и обеспечивает соответствие ширины линии записи ширине пишущей кромки керамического основания, что повышает точность регистрационной записи. The cantilever-extended ceramic base being the writing organ eliminates the thermal effect on the recording medium of the mass of the holders and ensures that the recording line width matches the writing edge of the ceramic base, which increases the accuracy of the recording.

Отсутствие гибких соединительных элементов обеспечивает крутильную жесткость пера и исключает появление гистерезиса записи, что также повышает точность регистрации записи. The absence of flexible connecting elements provides torsional rigidity of the pen and eliminates the appearance of hysteresis of the recording, which also increases the accuracy of recording recording.

Непосредственный контакт и электрическое соединение второй контактной площадки с токопроводящим держателем исключают технологические сложности соединения ее с источником тока через специальный проводник и повышают надежность пера при эксплуатации. Direct contact and electrical connection of the second contact pad with a conductive holder eliminates the technological difficulties of connecting it to a current source through a special conductor and increase the reliability of the pen during operation.

Консольно установленное в держателе керамическое основание и вынесенный на консольную часть основания пакет резистивных пленок сводят до минимума нагрев держателей, что снижает потери тепла и повышает КПД. The ceramic base cantilever mounted in the holder and the resistive film package placed on the cantilever part of the base minimize heating of the holders, which reduces heat loss and increases efficiency.

За счет признаков, характеризующих конструктивные особенности технического решения по изобретению, полностью решаются проблемы, сформулированные в цели изобретения. Due to the signs characterizing the design features of the technical solution according to the invention, the problems formulated for the purpose of the invention are completely resolved.

Совокупность признаков, характеризующих техническое решение по изобретению, на настоящее время не известна, поэтому техническое решение отвечает требованиям критерия "новизны". The set of features characterizing the technical solution according to the invention is not currently known, therefore, the technical solution meets the requirements of the criterion of "novelty."

За счет признаков, характеризующих техническое решение, исключаются технологические сложности при изготовлении пера. Оно может изготавливаться промышленным способом и использованием известных технических средств, технологий и материалов. Техническое решение отвечает требованиям критерия "промышленной применимости". Due to the features characterizing the technical solution, technological difficulties in the manufacture of the pen are eliminated. It can be manufactured industrially and using well-known technical means, technologies and materials. The technical solution meets the requirements of the criterion of "industrial applicability".

Охарактеризованное отличительными признаками техническое решение обеспечивает простое и оригинальное решение задачи, включающий в себя несколько проблем. Такое решение технической задачи не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники. Заявляемое техническое решение отвечает требованиям критерия "изобретательского уровня". The technical solution characterized by the distinguishing features provides a simple and original solution to the problem, which includes several problems. Such a solution to the technical problem does not obviously follow from the existing level of technology. The claimed technical solution meets the requirements of the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 показано схематически тепловое перо; на фиг. 2 тепловое перо, общий вид. In FIG. 1 schematically shows a thermal pen; in FIG. 2 thermal pen, general view.

Тепловое перо содержит керамическое основание 1 с пакетом 2 резистивных пленок на одном конце и контактными площадками 3 и 4 на другом, одинаковые зеркально друг относительно друга расположенные токопроводящие держатели 5 и 6, имеющие на концах желоба 7 и 8, соответствующие габаритным размерам боковых сторон керамического основания 1. Керамическое основание консольно установлено и закреплено в желобах 7 и 8 противолежащих держателей 5 и 6, которые соединены друг с другом через изолирующую прокладку 9 плоскими элементами 10 и 11. Контактные площадки 3 и 4 расположены на уровне боковых сторон соответствующих желобов, контактируют с ними и через токопроводящие держатели обеспечивают электрическое соединение пакета 2 резистивных пленок с источником тока прибора. Консольно выступающая часть 12 основания 1 образует пишущий орган пера с пишущей кромкой 13, а противоположный его конец с прокладкой 9 и элементами 10 и 11 приборную часть 14. The thermal pen contains a ceramic base 1 with a stack of 2 resistive films at one end and contact pads 3 and 4 at the other, the same conductive holders 5 and 6 mirrored relative to each other, having gutters 7 and 8 at the ends of the groove corresponding to the overall dimensions of the sides of the ceramic base 1. The ceramic base is cantilevered and fixed in the grooves 7 and 8 of the opposite holders 5 and 6, which are connected to each other through an insulating gasket 9 by flat elements 10 and 11. Contact areas ki 3 and 4 are arranged at respective sides of the troughs and in contact with them through the conductive holders provide electrical connection of the resistive film package 2 with a source current of the device. The cantilever protruding part 12 of the base 1 forms a writing organ of a pen with a writing edge 13, and its opposite end with a gasket 9 and elements 10 and 11 of the instrument part 14.

Тепловое перо работает следующим образом. Thermal pen works as follows.

Приборная часть 14 теплового пера за счет соединения элементов 10 и 11 через изолирующую прокладку 9 образует жесткую конструкцию двухпроводного разъема, который при установке пера в прибор-самописец позволяет подвести электрический ток от источника питания прибора к пакету 2 резистивных пленок через взаимоизолированные токопроводящие держатели 5 и 6 и контактные площадки 3 и 4. Поступающий на пакет 2 резистивных пленок ток нагревает его, а последний обогревает пишущую кромку 13, вблизи которой он расположен. The instrument part 14 of the heat pen, by connecting the elements 10 and 11 through the insulating gasket 9, forms a rigid two-wire connector construction, which, when the pen is installed in the recorder, allows electric current from the device power supply to the packet of 2 resistive films through interconnected conductive holders 5 and 6 and pads 3 and 4. The current arriving at the resistive film package 2 heats it, and the latter heats the writing edge 13, near which it is located.

В процессе работы пакет резистивных пленок нагревается до температуры свыше 200^оС. Но, благодаря размещению контактных площадок на противоположном от пакета конце керамического основания на достаточно большом от него удалении, температурный градиент в зоне контактных площадок резко уменьшен. Кроме того, желоба выполняют функцию радиаторов. Поэтому температура в зоне контактных площадок не достигает температуры размягчения низкотемпературного припоя, что позволяет присоединение контактных площадок к желобам пайкой низкотемпературным припоем и обеспечивает по сравнению с прототипом значительное упрощение технологии изготовления и повышение надежности в эксплуатации.In operation, the pack of the resistive film is heated to a temperature above 200 ^C. However, by placing the pads on the package at the opposite end of the ceramic base at a sufficiently great distance from it, a temperature gradient in the contact pad area is reduced dramatically. In addition, the gutters function as radiators. Therefore, the temperature in the zone of the contact pads does not reach the softening temperature of the low-temperature solder, which allows the connection of the contact pads to the grooves by soldering with low-temperature solder and provides, in comparison with the prototype, a significant simplification of manufacturing technology and increased reliability in operation.

Использование двух токопроводящих держателей обеспечивает по сравнению с прототипом высокую крутильную жесткость, что повышает точность работы самописца благодаря исключению гистерезиса. The use of two conductive holders in comparison with the prototype provides high torsional rigidity, which increases the accuracy of the recorder due to the exclusion of hysteresis.

Предлагаемое тепловое перо разработано и передано в серийное производство электрокардиографа, испытания которого показали высокие технические характеристики в отношении надежности и точности. The proposed thermal pen has been developed and put into serial production of an electrocardiograph, tests of which have shown high technical characteristics in terms of reliability and accuracy.

Claims

Thermal pen for the recorder, which includes a conductive holder and a ceramic base with a heating element in the form of a package of resistive films with two contact pads, one of which is electrically connected to a conductive holder, characterized in that it contains a second conductive holder located mirror-like relative to the first, both the conductive holders are equipped with grooves for cantilever mounting of the ceramic base, there is an insulating gasket fixed between the instrument parts styami conductive holders ceramic base is fixed in cantilever fashion in the troughs between the conductor holders, the contact pads are placed at one end of the ceramic base, the second Electrical contact pad connected to said second conductive holder and the cantilevered end of the heated edge is heat stylus pen body.