Устройство для измерения температуры наружного воздуха

Авторы патента:

Тимофеев Сергей Геннадьевич (RU)

Шарафиев Рашит Гимадетдинович (RU)

Воронин Андрей Владимирович (RU)

Гимранов Рашад Карибуллович (RU)

Кантюков Рафкат Абдулхаевич (RU)

G01K2013/024 - Измерение температуры; измерение количества тепла; термочувствительные элементы, не отнесенные к другим классам ( измерение температурных колебаний с целью компенсации их влияния на измерение других переменных величин или для компенсации ошибок в показаниях приборов для измерения температуры, см. G01D или подклассы, к которым отнесены эти переменные величины; радиационная пирометрия G01J; определение физических или химических свойств материалов с использованием тепловых средств G01N 25/00; составные термочувствительные элементы, например биметаллические G12B 1/02)

G01K13/028 - Термометры специального назначения

G01K13/02 - для измерения температуры движущихся жидких и газообразных веществ или сыпучих материалов

G01K1/022 - Элементы конструкции термометров, не приспособленные специально для особых типов термометров (схемы для уменьшения тепловой инерции G01K 7/42)

G01K1/02 - специальные приспособления для индикаторных и регистрирующих устройств, например для дистанционной индикации

Владельцы патента RU 2661544:

Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" (RU)

Устройство для измерения температуры наружного воздуха относится к контрольно-измерительной технике и служит для измерения температуры наружного воздуха и отображения ее текущего значения на экране компьютера. Предложено устройство для измерения температуры наружного воздуха, содержащее последовательно соединенные цифровой термометр, адаптер и компьютер. Адаптер содержит последовательно соединенные микроконтроллер, изолятор интерфейса, преобразователь интерфейса и изолятор питания, выход которого соединен с входом питания микроконтроллера. Причем цифровой термометр соединен с микроконтроллером посредством шины данных - однопроводного интерфейса 1-Wire. Выход микроконтроллера соединен с входом изолятора интерфейса посредством шины UART. Выход изолятора интерфейса соединен с входом преобразователя интерфейса также посредством шины UART, а другой вход преобразователя интерфейса, вход изолятора питания соединены с входом USB-порта компьютера. Компьютер снабжен принтером. Технический результат - обеспечение устойчивой работы устройства совместно с цифровым термометром при длине соединительного кабеля более 10 метров, за счет применения адаптера с изолятором интерфейса, обеспечивающего гальваническую изоляцию цифрового термометра и компьютера. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Известна система контроля перегрева приборов, которая содержит датчики температуры, установленные в выбранных точках приборов, базовый электронный модуль и регистратор, датчики температуры выполнены в виде цифровых термометров, базовый электронный модуль содержит процессор, микросхему согласования и источник питания, а регистратор содержит ЭВМ и принтер, при этом цифровые термометры шиной «данные» подсоединены к входу процессора, выход которого через микросхему согласования подсоединен к СОМ-порту ЭВМ, а выход ЭВМ соединен с принтером. Цифровые термометры выполнены на микросхеме типа DS18S20, имеющей температурный диапазон от -55°C до +125°C. Программа ЭВМ позволяет произвести окончательную обработку полученных данных, самоконтроль работоспособности системы, ведение «Журнала температуры», графическое отображение результатов, вывод полученных результатов на экран ЭВМ и принтер (Патент на полезную модель РФ №44817, опубл. 27.03.2005 г.) - [1].

Известно устройство для измерения температуры, выбранное в качестве прототипа к предлагаемому устройству для измерения температуры наружного воздуха, которое содержит последовательно соединенные цифровой термометр DS18B20, имеющий интерфейс 1-Wire, адаптер для подключения цифрового термометра к СОМ-порту компьютера (интерфейс RS-232). Программа для компьютера считывает показания температуры с цифрового термометра, выводит на экран компьютера текущее значение температуры и график ее изменения за последние несколько минут, задает допустимые интервалы температуры для сигнализации и выдает звуковой сигнал тревоги при выходе температуры из разрешенного интервала (Д. Фролов. Компьютерный термометр с датчиком DS18B20. Журнал «Радио» №9, 2004 г.) - [2]. Копия статьи прилагается к материалам, подаваемым в заявке.

Недостатком устройства по прототипу является ограничение длины соединительного кабеля между цифровым термометром и адаптером до 10 метров. Дальнейшее увеличение длины кабеля приводит к уменьшению помехоустойчивости устройства и его отказу. Для правильного измерения температуры наружного воздуха цифровой термометр должен быть установлен с теневой стороны здания на определенной высоте над землей и на некотором расстоянии от здания. При условии, когда цифровой термометр размещается с одной стороны здания, а адаптер и компьютер размещаются в помещении с противоположной стороны здания, длина соединительного кабеля между цифровым термометром и адаптером может потребоваться более 10 метров.

Решаемой технической задачей (техническим результатом) предлагаемого устройства для измерения температуры наружного воздуха является обеспечение устойчивой работы устройства совместно с цифровым термометром при длине соединительного кабеля более 10 метров, за счет применения адаптера с изолятором интерфейса, обеспечивающего гальваническую изоляцию цифрового термометра и компьютера.

Технический результат в устройстве для измерения температуры наружного воздуха, содержащем последовательно соединенные цифровой термометр, адаптер и компьютер, достигается тем, что адаптер содержит последовательно соединенные микроконтроллер, изолятор интерфейса, преобразователь интерфейса и изолятор питания, выход которого соединен с входом питания микроконтроллера, причем цифровой термометр соединен с микроконтроллером посредством шины данных - однопроводного интерфейса 1-Wire, выход микроконтроллера соединен с входом изолятора интерфейса посредством шины UART, выход изолятора интерфейса соединен с входом преобразователя интерфейса также посредством шины UART, другой вход преобразователя интерфейса, вход изолятора питания соединены с входом USB-порта компьютера. Компьютер может быть снабжен принтером.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения температуры наружного воздуха.

На фиг. 2 представлена принципиальная электрическая схема конкретной реализации адаптера с подключением к нему цифрового термометра.

На фиг. 3 приведен алгоритм работы микроконтроллера.

На фиг. 4 приведен алгоритм работы компьютера.

На фиг. 5 представлен вид окна программы компьютера с отображением текущей температуры и времени.

На фиг. 6 представлен фрагмент из файла архива компьютера с часовыми данными температуры.

На фиг. 7 приведен вид суточного графика температуры при выводе его на экран монитора компьютера или на принтер.

На фиг. 8 приведен вид месячного графика температуры при выводе его на экран монитора компьютера или на принтер.

Устройство для измерения температуры наружного воздуха, блок-схема которого приведена на фиг. 1, содержит последовательно соединенные цифровой термометр 1, адаптер 2 и компьютер 3. Адаптер 2 содержит последовательно соединенные микроконтроллер 4, изолятор интерфейса 5, преобразователь интерфейса 6 и изолятор питания 7, выход которого соединен с входом питания микроконтроллера 4, причем цифровой термометр 1 соединен с микроконтроллером 4 посредством шины данных - однопроводного интерфейса 1-Wire, выход микроконтроллера 4 соединен с входом изолятора интерфейса 5 посредством шины UART, выход изолятора интерфейса 5 соединен с входом преобразователя интерфейса 6 также посредством шины UART, другой вход преобразователя интерфейса 6, вход изолятора питания 7 соединены с входом USB-порта компьютера 3. Компьютер 3 снабжен принтером 8. Компьютер 3 включает системный блок, монитор, клавиатуру и мышь.

В качестве цифрового термометра 1 может быть применена микросхема DS18B20 или DS18S20 фирмы Dallas Semiconductor (США). Термометр откалиброван на заводе и обеспечивает измерение температуры в диапазоне -55…+125°C с дискретностью 0,5°. Общее питание устройства обеспечивается от компьютера 3 через USB-порт, что показано на фиг. 1, 2. а компьютер 3 питается от электросети, что на чертеже не показано.

Рассмотрим предлагаемое устройство для измерения температуры наружного воздуха в работе.

Предварительно в микроконтроллер 4 загружают программу согласно алгоритма, приведенного на фиг. 3. Включают предлагаемое устройство. В компьютер 3 загружают программу согласно алгоритма, приведенного на фиг. 4.

Считывание значения измеренной температуры, а также передача команды начала преобразования производится с помощью 1-проводного интерфейса 1-Wire фирмы DALLAS микроконтроллером 4. В качестве микроконтроллера 4 применен микроконтроллер ATMega8 фирмы ATMEL (США). Микроконтроллер 4 согласно алгоритма (фиг. 3) периодически, один раз в секунду, производит опрос цифрового термометра 1 и на основе полученного значения температуры формирует пакет цифровых данных для его передачи в шину UART. Пакет данных состоит из 6-и байт и имеет следующую структуру: байт начала пакета (заголовок), имеющий значение 0x3A, 2-байтовое значение текущей температуры, 2-х байтовое инверсное значение температуры и байт окончания пакета - значение 0x0D.

Данные с выхода UART микроконтроллера 4 поступают на изолятор интерфейса 5, который обеспечивает гальваническую развязку микроконтроллера 4 и цифрового термометра 1 от преобразователя интерфейса 6 и компьютера 3. Применением изолятора интерфейса 5 достигается увеличение помехоустойчивости, увеличение стабильности и исключение сбоев в работе устройства, при этом кабель, соединяющий цифровой термометр 1 с микроконтроллером 4, может достигать длины до 100 м. В качестве изолятора интерфейса 5 может быть применен транзисторный оптрон 6N136 фирмы Fairchild (США). Питание микроконтроллера 4 изолировано от питания компьютера 4 с помощью изолятора питания 7, выполненного на основе компактного DC-DC преобразователя типа AM1D-0505SH30 фирмы AIMTEC (Канада).

С выхода изолятора интерфейса 5 данные поступают на преобразователь интерфейса 6. В качестве преобразователя интерфейса 6 применена микросхема СР2101 фирмы Silicon Labs. Микросхема имеет простую схему включения с минимальным количеством дополнительных элементов и обеспечивает преобразование сигнала интерфейса UART в стандартный компьютерный интерфейс USB со скоростью передачи данных до 12 Мбит/с.

Пакеты данных с преобразователя интерфейса 6 циклически с интервалом в одну секунду поступают в USB-порт компьютера 3.

Компьютерная программа с алгоритмом, приведенным на (фиг. 4), обеспечивает прием и отображение текущей температуры наружного воздуха и текущего времени на экране монитора компьютера 3 (фиг. 5), сохранение часовых значений температуры в файлах архива компьютера 3 (фиг. 6), вывод по запросу оператора суточных (фиг. 7) и месячных (фиг. 8) отчетов температуры в виде графиков на экран монитора или на принтер 8, вычисление минимальной, средней и максимальной температуры за любые прошедшие сутки или месяц (фиг. 7, 8).

По сравнению с прототипом, предлагаемое устройство для измерения температуры наружного воздуха обеспечивает получение технического результата - обеспечивает устойчивую работу устройства совместно с цифровым термометром при длине соединительного кабеля более 10 метров, за счет применения адаптера с изолятором интерфейса, обеспечивающего гальваническую изоляцию цифрового термометра и компьютера.

Дополнительным преимуществом устройства для измерения температуры наружного воздуха по сравнению с прототипом является то, что в качестве интерфейса для связи адаптера с компьютером применен интерфейс USB, а не RS-232. В современных компьютерах интерфейс RS-232 как правило отсутствует. Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет сохранять часовые значения температуры в файлах архива компьютера, выводить по запросу оператора суточные и месячные отчеты температуры в виде графиков на экран монитора или на принтер, вычислять минимальную, среднюю и максимальную температуру за любые прошедшие сутки или месяц. Данные о температуре из файлов архива могут быть переданы с компьютера на другие устройства.

1. Устройство для измерения температуры наружного воздуха, содержащее последовательно соединенные цифровой термометр, адаптер и компьютер, отличающееся тем, что адаптер содержит последовательно соединенные микроконтроллер, изолятор интерфейса, преобразователь интерфейса и изолятор питания, выход которого соединен с входом питания микроконтроллера, причем цифровой термометр соединен с микроконтроллером посредством шины данных - однопроводного интерфейса 1-Wire, выход микроконтроллера соединен с входом изолятора интерфейса посредством шины UART, выход изолятора интерфейса соединен с входом преобразователя интерфейса также посредством шины UART, другой вход преобразователя интерфейса и вход изолятора питания соединены с входом USB-порта компьютера.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что компьютер снабжен принтером.

В изобретении раскрыт способ мониторинга и измерения толщины стенки ванны алюминиевого электролизера, который позволяет постоянно и непрерывно отслеживать температуру кожуха электролизера, выполняя при этом отбор проб и анализ электролита для получения температуры ликвидуса электролита.

Термометрическая коса (термокоса) // 2660753

Изобретение относится к области измерения температуры посредством термометрических электрических датчиков и предназначено для одновременного измерения и регистрации значений температуры грунтов в нескольких точках объекта в зависимости от его конструкции, в частности в термометрических скважинах любого типа в полевых условиях, проведения стационарных и лабораторных исследований температурного режима талых, мерзлых, охлажденных и промерзающих/оттаивающих грунтов, организации сети для мониторинга теплового режима грунтов с большим количеством точек наблюдения, в том числе в пожаро-, взрывоопасных и агрессивных средах.

Способ оценки эффективности противотурбулентной присадки // 2659754

Изобретение относится к области гидродинамики жидкостей, в частности к способам оценки эффективности гидродинамического сопротивления углеводородных жидкостей, и может быть использовано при создании гидродинамических стендов для изучения углеводородных жидкостей и испытания присадок к ним, снижающих гидродинамическое сопротивление.

Дифференциальная система измерения температуры газов газотурбинного двигателя // 2659612

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения быстропротекающих высокотемпературных процессов в газодинамике и построения систем автоматического регулирования температуры газов газотурбинного двигателя.

Способ формирования температурной карты местности // 2657331

Изобретение относится к способам формирования температурной карты местности путем регистрации электромагнитного излучения, испущенного находящимися на местности объектами.

Способ экспериментального определения неравномерности полей температур газового потока теплоизолированного трубопровода высокого давления и датчик температуры // 2657319

Изобретение относится к области термометрии и направлено на исследование различных теплозащитных и эрозионно стойких материалов, обеспечивающих защиту трубопроводов высокого давления, работающих на продуктах сгорания, имеющих высокую температуру от 1000°С.

Многозонный термопреобразователь // 2655734

Изобретение относится к области газовой динамики и может быть использовано для измерения поля температуры газового потока, движущегося с большой скоростью, в частности, в газотурбинных установках и в стендовых системах.

Определитель температуры провода контактной сети и воздушных линий электропередачи // 2653934

Изобретение относится к линиям электроснабжения. Определитель температуры провода контактной сети и воздушных линий электропередачи содержит датчик тока, датчик скорости ветра, датчик температуры окружающей среды, первый и второй функциональные преобразователи, блок вычисления перегрева, первый и второй сумматоры, источник стабилизированного напряжения, первый, второй, третий и четвертый задатчики постоянных параметров коэффициента теплоотдачи конвенцией, задатчик периметра провода, задатчик степени черноты поверхности провода и исполнительный орган, а также датчик направления ветра, датчик относительной влажности воздуха, первое, второе и третье программируемые многофункциональные средства, первый и второй переключатели с управляемым входом, первый, второй и третий пороговые элементы, первый и второй умножители, схему совпадения, задатчики массы, удельной теплоемкости, сопротивления единицы длины провода, задатчик температурного коэффициента сопротивления провода и блок масштабного коэффициента тока.

Способ определения температуры торможения газового потока // 2651626

Изобретение относится к области технической физики, а именно к способам определения температуры торможения газового потока, и может быть использовано при длительном локальном измерение полной температуры набегающего потока в элементах газотурбинных двигателей, например в переходных каналах, на выходе из камеры сгорания, с числом Маха от 0.1 до 0.7 набегающего потока и температурой, превышающей 2000K.

Универсальная микросистема на основе карбида кремния // 2649071

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости и температуры раскаленных газовых потоков, включая пламена.

Способ мониторинга и измерения толщины стенки ванны алюминиевого электролизера // 2661078

Термометрическая коса (термокоса) // 2660753

Устройство для измерения вертикального профиля температуры среды // 2658552

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано в метеорологии для исследования вертикального распределения температуры почвы или грунта. Устройство содержит зонд в виде вертикальной цепочки цифровых температурных сенсоров, имеющих протокол связи 1-WIRE, соединенных между собой параллельно и имеющих уникальные логические номера; кабельный ввод, через который выходит кабель, соединяющий сенсоры с контроллером-логгером для считывания информации.

Устройство для дистанционного контроля влажности и температуры почвы // 2655944

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в составе системы контроля состояния почвы на агрономическом объекте. Устройство для дистанционного контроля влажности и температуры почвы включает блок питания, блок обработки данных и подключенные к нему датчики параметров окружающей среды и передающий блок.

Устройство для индукции управляемой гипотермии головного мозга // 2653794

Группа изобретений относится к медицине. Устройство для индукции управляемой гипотермии головного мозга субъекта содержит два криоаппликатора, средство охлаждения хладоносителя, гидравлическую систему, средства регистрации температуры по меньшей мере одного участка тела субъекта и средство управления.

Расчетное устройство и система расчетных устройств // 2653598

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения температуры обмотки статора электрической вращающейся машины, охлаждаемой охлаждающим маслом.

Способ измерения температуры и показателей термической инерции оболочек контактного датчика температуры и устройство для его осуществления // 2653165

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в океанографии. Заявлен способ измерения температуры и показателей термической инерции оболочек контактного датчика температуры.

Измерительное устройство температуры поверхности трубопроводов с установочным устройством // 2652661

Группа изобретений предназначена для непрерывного измерения и регистрации температуры наружной поверхности трубопроводов с большой точностью и быстрой заменой датчиков температуры аттестованными датчиками, транспортирующих рабочие жидкие среды или сырье и другие различные текучие агенты.

Устройство для измерения температуры резца естественной термопарой // 2650827

Изобретение относится к области измерения температур, в частности, измерения температуры резания при точении. Исследование процессов резания предполагает измерение и фиксирование различных явлений, протекающих в технологической системе.

Способ определения содержания воды в нефтесодержащих эмульсиях и отложениях // 2650079

Изобретение относится к способам определения содержания (концентрации) воды в нефтесодержащих эмульсиях и отложениях, в отработанных нефтепродуктах и других нефтесодержащих отходах (нефтешламах), а также в почвах и грунтах с мест розлива нефтепродуктов или территорий с высоким уровнем загрязнения углеводородами по другой причине.

Датчиковое устройство и измерительное устройство для определения температуры выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания // 2660760

Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Датчиковое устройство (10) для определения температуры выхлопных газов двигателя (100) внутреннего сгорания содержит тепловой элемент (20), который генерирует сигнал температуры и содержит датчиковую часть (22) для расположения в потоке (AG) выхлопных газов двигателя (100).