Тепловое перо для регистратора

 

Использование: запись информации на теплочувствительном носителе записи, например для регистраторов электрокардиографов. Сущность изобретения: тепловое перо включает в себя токопроводящий держатель и керамическое основание с нагревательным элементом в виде пакета резистивных пленок с двумя контактными площадками, одна из которых электрически соединена с токопроводящим держателем, и второй токопроводящий держатель, зеркально расположенный относительно первого. Оба токопроводящих держателя оснащены желобами для консольного крепления керамического основания. Токопроводящие держатели соединены приборными частями через изолирующую прокладку. Керамическое основание консольно закреплено в желобах между токопроводящими держателями. Контактные площадки размещены на одном конце керамического основания, при этом вторая керамическая площадка электрически соединена с вторым токопроводящим держателем и нагреваемая кромка консольного конца керамического основания является пишущим органом теплового пера. 2 ил.

Изобретение относится к регистрирующим измерительным приборам и может быть использовано, в частности, для регистраторов с записью информации на теплочувствительной бумаге, например для регистраторов электрокардиографов.

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.

Известны также тепловые перья, имеющие точечные нагревательные элементы, выделяющие тепло на основе использования обратного эффекта Пельтье.

Общим недостатком тепловых перьев, пишущих горячей точкой, является низкий КПД и сложность регистрирующего прибора, обусловленная применением таких перьев.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Целью изобретения является обеспечение технологических возможностей промышленного изготовления, повышение надежности, точности и КПД при эксплуатации теплового пера.

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.

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.

Отсутствие гибких соединительных элементов обеспечивает крутильную жесткость пера и исключает появление гистерезиса записи, что также повышает точность регистрации записи.

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.

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.

За счет признаков, характеризующих конструктивные особенности технического решения по изобретению, полностью решаются проблемы, сформулированные в цели изобретения.

Совокупность признаков, характеризующих техническое решение по изобретению, на настоящее время не известна, поэтому техническое решение отвечает требованиям критерия "новизны".

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".

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".

На фиг. 1 показано схематически тепловое перо; на фиг. 2 тепловое перо, общий вид.

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.

Тепловое перо работает следующим образом.

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.

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.

Использование двух токопроводящих держателей обеспечивает по сравнению с прототипом высокую крутильную жесткость, что повышает точность работы самописца благодаря исключению гистерезиса.

Предлагаемое тепловое перо разработано и передано в серийное производство электрокардиографа, испытания которого показали высокие технические характеристики в отношении надежности и точности.

Формула изобретения

Тепловое перо для регистратора, включающее в себя токопроводящий держатель и керамическое основание с нагревательным элементом в виде пакета резистивных пленок с двумя контактными площадками, одна из которых электрически соединена с токопроводящим держателем, отличающееся тем, что оно 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 эллектрически соединена с вторым токопроводящим держателем и нагреваемая кромка консольного конца является пишущим органом теплового пера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2