一種極端臺址環境下使用的數字壓力表的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種極端臺址環境下使用的數字壓力表，包括表殼以及位于表殼內的電路板以及與所述電路板相連的電池，其特征在于：還包括一設置在所述表殼外部的用于吸熱和保溫的保溫隔熱罩和一用于控制所述電路板溫度的加熱控制裝置；所述的保溫隔熱罩包括雙層真空玻璃、吸熱層和保溫層，所述的吸熱層位于所述雙層真空玻璃內測，所述的保溫層位于所述雙層真空玻璃的外側；所述的加熱控制裝置包括串聯有散熱電阻的加熱回路、保溫蓋板以及控制所述加熱回路通斷的控制器本發明外形全密封式結構，保溫性能好，能耗低，使用壽命長，防水、防爆、防腐蝕，適合野外極端條件下工作，信息化程度高，便于遠程監控管理。
【專利說明】一種極端臺址環境下使用的數字壓力表
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種極端臺址環境下使用的數字壓力表裝置，具體涉及的是一種為保證數字電壓表在低溫且無人值守的條件下正常工作而設計的既具有保溫功能又具有無線傳輸功能以及自動報警功能的數字壓力表裝置。
【背景技術】
[0002]南極考察對研究氣候變化、生態系統、全球環境有重要意義，同時南極也是研究空間物理和宇宙學的良好場所，因而對南極的考察活動越來越頻繁。但是，南極地區常年處于高原極寒、低氣壓、缺氧等惡劣的環境條件。據推算，南極內陸地區海拔4000?4100m高度上8月平均氣溫大約要低到-77 V?-85 °C，出現-100 1:左右的極端最低氣溫是有可能的。此類地區低溫的極端環境也為開展科考工作帶來了很大的技術挑戰，其中遇到的一個重要技術挑戰就是儀器測量設備的防凍、保溫問題。
[0003]無論是南極考察活動還是在南極的日常生活中，都需要用到數顯壓力表。而數顯電壓力表在低溫環境中易失靈，其原因大致有三個:一是數顯壓力表中電路板的各種原件(如線圈、電容等)在低溫環境中易硬化，導致壓力表原件功能失效，此外壓力表從冷環境進入室內溫暖的環境后，可能會發生結露現象，電路板表面的小水珠會腐蝕元器件，甚至會造成短路；二是環境溫度低，電壓表內介質無法流動，熱量通過熱傳導方式散失，造成壓力表內介質凍結而失靈；三是由于壓力表面板不嚴密，空氣流通量大，加速壓力表內介質的熱量散失，從而造成壓力表凍結。低溫環境下，為防止壓力表被凍，通常采用毛氈等保溫材料進行包裹，這樣做雖然有一定的保溫效果，但是由于壓力表表面被覆蓋，無法及時查看，已經成為一種安全隱患。南極自然環境十分惡劣，許多科學考察站無法做到有人員長期值守，而對壓力的監測是實時需要的，同時，壓力表的電池使用壽命有限，需要人工更換。
【發明內容】
[0004]本發明所需要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供了一種極端臺址環境下使用的數字壓力表，該測壓表具有良好的保溫功能，可在低溫環境中正常工作，且延長了壓力表電池的使用壽命。
[0005]技術方案
為解決數字壓力表在低溫條件下工作存在的技術問題，本發明采用的技術方案是:一種數字壓力表，包括表殼、位于表殼內的電路板以及與所述電路板相連的電池，其特征在于:還包括一設置在所述表殼外部的用于吸熱和保溫的保溫隔熱罩和一用于控制所述電路板溫度的加熱控制裝置；所述的保溫隔熱罩包括雙層真空玻璃、吸熱層和保溫層，所述的吸熱層位于所述雙層真空玻璃內測，所述的保溫層位于所述雙層真空玻璃的外側；所述的加熱控制裝置包括串聯有散熱電阻的加熱回路、保溫蓋板以及控制所述加熱回路通斷的控制器；所述的散熱電阻設置在所述的電路板上，在電路板的上下表面分別設置所述的保溫蓋板，在電路板與保溫蓋板之間填充著按皮亞諾曲線布置的相變材料；所述的控制器包括感溫包、毛細管、膜盒、彈簧以及杠桿，所述的膜盒一端通過毛細管與所述的感溫包相連，膜盒的另一端與所述杠桿中部連接，在杠桿的中部還連接有所述的彈簧，杠桿的上端設置有使所述加熱回路通斷的接觸點。
[0006]所述的電池為鋰電池。
[0007]所述的吸熱層由半液態的機油拌炭黑或氧化鐵黑制成；所述的保溫層是導熱系數不大于0.12ff/(m ? K)的保溫材料制成的透明薄膜。
[0008]所述的透明為PET薄膜。
[0009]所述相變材料的凝固溫度為10°C~30°C的相變材料。 [0010]本發明數字壓力表，不僅包括表殼以及表殼內電路板以及相應顯示等構造，更是在壓力表本身基礎上增設了保溫隔熱罩和加熱控制控制裝置等，具體增加的內容包括雙層真空玻璃、吸熱層、絕熱材料保溫層、電路板保溫部分、溫度控制部分以及無線電傳輸部分。其中壓力表采用大容量鋰電池供電，可長時間連續使用；雙層真空玻璃由雙層玻璃抽真空后裹在電壓表外側構成，雙層真空玻璃內側附著的吸熱材料能進一步提高吸熱量；絕熱材料保溫層由透明保溫材料包裹在真空玻璃隔熱層外側構成，大大減少能量的散失；電路板密封在上、下保溫蓋板中，電路板上布有散熱電阻，保溫蓋板中填充相變材料，當電路板環境溫度偏低時，溫度控制部分的控制器自動接通電源，散熱電阻工作，溫度升高，相變材料被加熱并轉變成液態，當電路板溫度升高到一定值時，控制器自動斷開，溫度下降，此時，相變材料凝固放熱，當電路板環境溫度下降到一定值時，控制器再次接通，以此循環，從而保證電路板工作環境溫度；所述的無線傳輸部分將壓力表所測壓力信號數據通過接口傳輸給遠程支撐平臺上，供研究人員讀取，并通過計算機進行數據處理，并畫出壓力-時間特性曲線，可設定額定壓力值，當偏離額定值時自動報警。
[0011]與現有技術相比，本發明具有的有益效果是:
1、壓力表采用大容量鋰電池供電，可長時間連續使用，外形全密封式結構，防水、防爆、防腐蝕，適合野外全天候條件下工作。
[0012]2、真空玻璃是由雙層玻璃之間抽真空并密封封裝在數字電壓表外面構成。太陽光照射到玻璃上時，由于玻璃對波長小于3.0ym的輻射能的穿透比很大，從而大部分太陽能可以射到電壓表內部，而電壓表由于溫度比較低，其輻射能絕大部分位于波長大于3.0ym的紅外范圍，玻璃對波長大于3.0iim的輻射能的穿透比很小，從而阻止了輻射能向電壓表外界的散失，進而起到保溫作用。
[0013]3、吸熱材料附著在雙層平板玻璃內側，不覆蓋電壓表表面以便正常讀數。吸熱材料是由半液態的深色材料制成，如機油拌炭黑或氧化鐵黑制成，具有吸熱、導熱作用。
[0014]4、絕熱材料保溫層是導熱系數不大于0.12ff/(m.K)的保溫材料構成，為給太陽能電池板留有充分的曝光面，需選用透明的保溫材料，如PET薄膜。
[0015]5、電路板保溫部分包括電路板上焊有的散熱電阻以及密封填充在保溫蓋板中的相變材料，當電路板環境溫度偏低時，加熱回路接通，電阻產生熱量，相變材料被加熱轉變成液態，電路板環境溫度逐漸升高，上升至一定值時，加熱回路自動斷開，溫度開始下降，相變材料凝固放熱，保證電路板正常工作所需溫度，同時也延緩了加熱回路再次接通的時間，延長了電池的壽命。電路板放在上、下平板玻璃板和側面玻璃板形成的保溫腔內，保溫墻的側面玻璃板預留電線接出口。[0016]6、溫度控制器包括溫包、毛細管、膜盒、彈簧等。開始杠桿一端的接觸點閉合，溫度上升至設定的溫度時，溫包中的濕飽和蒸汽受熱膨脹，壓力增大，通過毛細管的傳壓，膜盒也脹大，從而推動杠桿克服彈簧的拉力產生的力矩逆時針轉動，開關觸點斷開，電源不給電路板上的散熱電阻供電，直到又降至設定溫度時，感溫包氣體收縮，壓力降低，在彈簧的作用力下開關置于閉合的位置，散熱電阻工作。以此反復動作，達到控制溫度的目的，從而保證電路板的工作環境溫度在所需范圍內。
[0017]7、無線傳輸部分將電壓表所測壓力信號經無線傳輸部分傳輸到遠程支撐平臺上，供研究人員讀取，并通過計算機進行數據處理，并畫出壓力-時間特性曲線，設定額定壓力值，當偏離額定值時自動報警，信息化程度高，便于遠程監控管理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1本發明數字壓力表設計方案示意圖；
圖2是本發明加熱控制裝置構造原理圖；
圖3本發明的保溫隔熱罩的剖面示意圖；
圖4本發明電路板的保溫結構示意圖；
圖5本發明電路板保溫蓋板中相變材料的填充示意圖；
圖6本發明電路板環境溫度控制結構示意圖。
[0019]其中:1、表殼，2、保溫隔熱罩，3、加熱控制裝置，21、吸熱層，22、雙層真空玻璃，23、保溫層，4、保溫蓋板，5、散熱電阻，6、端頭，7、相變材料，8、接觸點，9、工作端口，10、指示燈；
11、膜盒，12、毛細管，13、感溫包。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖進行更進一步的詳細說明:
圖1、圖2給出了本發明的結構示意圖，一種在極端臺址環境下使用的數字壓力表，由包括壓力表表殼1、保溫隔熱罩2、加熱控制裝置3以及無線電傳輸部分等組成。其中保溫隔熱罩2包括:由吸熱材料涂層構成的吸熱層21、雙層真空玻璃22、絕熱材料構成的保溫層23等主要部分組成，見圖3。雙層玻璃之間抽真空并密封形成雙層真空玻璃2包裹在電壓表表殼的表面；吸熱層I均勻的附著在雙層真空玻璃2內側(壓力表正面不涂吸熱材料以保證透明度從而正常讀數)，吸熱層由半液態的深色材料制成，具有吸熱、導熱作用，進一步提高吸熱量；在雙層真空玻璃2外側包裹上透明的絕熱材料保溫層3，具有優良保溫性能的絕熱材料能大大減少能量的散失。
[0021]圖4給出了本發明電路板的保溫結構示意圖，電路板放置在上、下兩片玻璃支撐的保溫蓋板4組成的保溫腔內，電路板上焊接上若干散熱電阻5，將端頭6接在溫度控制部分工作端口上；上、下保溫蓋板內密封裝有按皮亞諾曲線填充的相變材料7，選擇凝固溫度在10°C?30°C相變材料，優選在20°C上下5°C的范圍內。電路板環境溫度偏低時，溫度控制部分閉合，散熱電阻群產生熱量使環境溫度升高，相變材料被加熱液化，當電路板環境溫度達到一定值時，溫度控制部分自動斷開，電路板環境溫度開始下降，相變材料凝固放熱，以減緩電路板環境溫度的下降速度，從而延長了電池的使用壽命。保溫腔的側面玻璃板預留電線接出口，并用填縫材料密封，以此保證電路板環境溫度保持在所需范圍內。電路板上還裝有無線傳輸部分，將壓力表所測壓力信號數據通過接口傳輸給遠程支撐平臺上，供研究人員讀取，并通過計算機進行數據處理，并畫出壓力-時間特性曲線，設定額定壓力值，當偏離額定值時自動報警。
[0022]圖5本給出了發明電路板保溫蓋板中相變材料的填充示意圖。將刻有皮亞諾曲線的蓋板密封裝在電路板上、下的兩塊保溫蓋板上，選擇相變溫度在20°C左右的相變材料填充在如圖所示的陰影部分。皮亞諾曲線能均勻的填滿正方形，增大了相變材料與熱源的接觸面，相變材料能得到均勻的加熱，使相變材料的液化蓄熱能力得到了充分的利用。
[0023]圖6給出了本發明路板環境溫度控制結構示意圖，包括接觸點8、工作端口 9、指示燈10、膜盒11、毛細管12、感溫包13。感溫包13中裝有氣液共存的濕飽和蒸汽，一般為制冷劑，因為其沸點比較低，受熱后容易氣化膨脹。膜盒11是用特殊材料做成的，極具彈性。開始時，杠桿一端的接觸點8閉合，散熱電阻工作，電路板環境溫度上升，升至設定值時，感溫包13中的濕飽和蒸汽受熱膨脹，壓力增大，通過毛細管的傳壓，膜盒也脹大，從而推動杠桿克服彈簧的拉力產生的力矩逆時針轉動，開關觸點斷開，電源不給電路板上的散熱電阻供電，電路板環境溫度下降，降至設定的溫度時，感溫包氣體收縮，壓力降低，在彈簧的作用力下開關置于閉合的位置，散熱電阻工作。以此反復動作，達到控制溫度的目的，從而保證電路板的工作環境溫度。
【權利要求】
1.一種極端臺址環境下使用的數字壓力表，包括表殼、位于表殼內的電路板以及與所述電路板相連的電池，其特征在于:還包括一設置在所述表殼外部的用于吸熱和保溫的保溫隔熱罩和一用于控制所述電路板溫度的加熱控制裝置；所述的保溫隔熱罩包括雙層真空玻璃、吸熱層和保溫層，所述的吸熱層位于所述雙層真空玻璃內測，所述的保溫層位于所述雙層真空玻璃的外側；所述的加熱控制裝置包括串聯有散熱電阻的加熱回路、保溫蓋板以及控制所述加熱回路通斷的控制器；所述的散熱電阻設置在所述的電路板上，在電路板的上下表面分別設置所述的保溫蓋板，在電路板與保溫蓋板之間填充著按皮亞諾曲線布置的相變材料；所述的控制器包括感溫包、毛細管、膜盒、彈簧以及杠桿，所述的膜盒一端通過毛細管與所述的感溫包相連，膜盒的另一端與所述杠桿中部連接，在杠桿的中部還連接有所述的彈簧，杠桿的上端設置有使所述加熱回路通斷的接觸點。
2.根據權利要求1所述的字壓力表，其特征在于:所述的吸熱層由半液態的機油拌炭黑或氧化鐵黑制成；所述的保溫層是導熱系數不大于0.12ff/(m.K)的保溫材料制成的透明薄膜。
3.根據權利要求2所述的字壓力表，其特征在于:所述的透明為PET薄膜。
4.根據權利要求1所述的字壓力表，其特征在于:所述相變材料的凝固溫度為10°C?30°C的相變材料。
5.根據權利要求1所述的字壓力表，其特征在于:所述的電池為鋰電池。
【文檔編號】G01L19/06GK103616125SQ201310699709
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2013年12月19日
【發明者】陳永平, 趙沐雯, 張程賓, 吳蘇晨 申請人:東南大學