一种数字式水银温度计的制作方法

本实用新型涉及电子测量仪器领域，特别是涉及一种数字式水银温度计。

背景技术：

温度测量在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用，而且随着科学技术的发展对温度测量的精度要求愈来愈高，准确测量控制温度变得至关重要。随着电子测量仪表技术的不断发展，温度计也在呈现多样性的发展。

目前广泛使用的数字式温度计大多采用半导体器件(利用半导体器件对温度的敏感性)、电阻材料(利用不同温度下电阻材料具有不同的电阻系数)、热电偶(利用两种结合在一起的不同金属材料在不同温度下所产生的不同热电势)的原理来测量温度。这类温度计虽具有测量温度快、便于转换成电量和数字量以及易于与计算机和其它设备连接等优点，但由于这类温度计自身受温度影响比较大，所以同时也存在长期稳定性较差、测量绝对温度值精度较低和难于标定绝对温度值等不足，尤其是在一些温度测量范围大、精度要求较高或有着特殊要求及特殊规定的行业和部门中问题更突出。

因此，本领域亟需一种测温精度高、长期稳定性好的数字式温度计。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种数字式水银温度计，以解决上述现有技术存在的问题，可以提供一种测温精度高、长期稳定性好的数字式温度计。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种数字式水银温度计，包括壳体、红外测距装置、水银玻璃管、显示屏、控制器和电源，所述红外测距装置、所述水银玻璃管、所述控制器和所述电源均固定设置于所述壳体的内部，所述显示屏固定设置于所述壳体的外表面，所述电源与所述控制器、所述显示屏电连接，所述水银玻璃管用于盛放水银，所述红外测距装置位于所述水银玻璃管的上方，所述红外测距装置、所述显示屏与所述控制器信号连接，所述水银玻璃管内部有活塞，所述活塞与所述水银玻璃管滑动连接，所述活塞位于所述水银的上面且所述活塞能够将所述水银封闭于所述水银玻璃管内，所述红外测距装置用于探测所述活塞的高度值，并传输给所述控制器，所述控制器能够将所述高度值转换成温度值，并将所述温度值传输给显示屏，所述显示屏用于显示所述温度值。

优选地，所述红外测距装置包括发射端、接收端和控制板，所述控制板与所述发射端和所述接收端电连接，所述控制板还与所述控制器电连接，所述发射端用于发射红外线，所述接收端用于接收所述红外线，所述控制板用于将所述红外线数值转换成高度值并传输给所述控制器。

优选地，所述显示屏为液晶显示屏。

优选地，所述控制器为单片机。

优选地，所述壳体上设有电源开关和充电口，所述电源开关、所述充电口均与所述电源电连接。

优选地，所述壳体上设有无线传输装置，所述无线传输装置用于将所述温度值传输给外部显示装置。

优选地，所述无线传输装置为蓝牙无线传输装置。

本实用新型相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本实用新型提供的数字式水银温度计，包括红外测距装置、水银玻璃管、显示屏、控制器和电源，水银玻璃管用于盛放水银，红外测距装置位于水银玻璃管的上方，红外测距装置、显示屏与控制器信号连接，水银玻璃管内部有活塞，活塞与水银玻璃管滑动连接，红外测距装置用于探测活塞的高度值，并传输给控制器，控制器能够将高度值转换成温度值，并将温度值传输给显示屏，通过采用红外测距装置，提高了活塞的高度值的精确度，进而提高了测温精度，通过采用水银热胀冷缩的物理特性，提高了温度计的长期稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中数字式水银温度计的结构示意图；

图2为本实用新型中红外测距装置采用的相位式红外光电测距法的原理图；

图3为本实用新型中控制器的系统图；

图中：1-红外测距装置、2-水银玻璃管、3-显示屏、4-控制器、5-电源、6-活塞、7-水银、8-电源开关、9-充电口、10-无线传输装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种数字式水银温度计，以解决现有技术存在的问题。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供一种数字式水银温度计，如图1所示，包括壳体、红外测距装置1、水银玻璃管2、显示屏3、控制器4和电源5，红外测距装置1、水银玻璃管2、控制器4和电源5均固定设置于壳体的内部，显示屏3固定设置于壳体的外表面，电源5与控制器4、显示屏3电连接，水银玻璃管2用于盛放水银7，红外测距装置1位于水银玻璃管2的上方，红外测距装置1、显示屏3与控制器4信号连接，水银玻璃管2内部有活塞6，活塞6与水银玻璃管2滑动连接，活塞6位于水银7的上面且活塞6能够将水银7封闭于水银玻璃管2内，红外测距装置1用于探测活塞6的高度值，并传输给控制器4，控制器4能够将高度值转换成温度值，并将温度值传输给显示屏3，显示屏3用于显示温度值。

本实用新型提供的数字式水银温度计，在具体应用过程中，水银玻璃管2内的水银7具有热胀冷缩的物理特性，当温度变化时，水银7的液面会出现上升或下降，水银7上面的活塞6会随着水银液面的变化也会出现上升和下降，红外测距装置1能够将探测到的活塞6的高度值传输给控制器4，控制器4会根据转换算式t1＝t0+δt＝t0+(d0-d1)/(l-d0)β，将活塞6的高度值换算成温度值，显示屏3显示该温度值，由于红外测距装置1的测距精度、测量距离范围大，所以控制器4将高度值转换成温度值时的精度也会随之提高，再有，与现有的温度计相比，现有的采用热电偶、热电阻或半导体材料的温度计会由于温度的变化影响自身的特性，进而影响对温度的测量，本装置中采用了水银7的热胀冷缩的物理特性，不会随温度的变化影响到自身的特性，提高了温度计的长期稳定性。

在本实施例中，将红外测距装置1与活塞6之间的距离d确定之后，根据：

v0＝s(l-d0)(1)

其中，v0表示初始时刻温度为t0℃时水银7的体积，s表示水银温度计水银柱的横截面积，l表示水银温度计的长度，d0表示初始时刻红外测距装置1与活塞6间的距离。

若当前温度发生改变，由于水银7热胀冷缩导致活塞6位置变化，红外测距装置1测得当前红外测距装置1与活塞6之间的距离为d1，则当前时刻水银7体积v1为：

v1＝s(l-d1)(2)

根据式(1)与式(2)可以求得水银7体积的变化量δv：

δv＝v1-v0＝s(l-d1)-s(l-d0)＝s(d0-d1)(3)

根据物质热膨胀理论中物质温度变化与其体积关系可知，当前水银温度的变化量δt为：

δt＝δv/v0β＝s(d0-d1)/v0β＝(d0-d1)/(l-d0)β(4)

其中β为物质的热膨胀系数，一般取水银的热膨胀系数β＝1.82×10^-4(℃^-1)，根据式(1)至式(4)可知当前温度t1为：

t1＝t0+δt＝t0+(d0-d1)/(l-d0)β(5)

在本实施例中，红外测距装置1包括发射端、接收端和控制板，控制板与发射端和接收端电连接，控制板还与控制器4电连接，发射端用于发射红外线，接收端用于接收红外线，控制板用于将红外线数值转换成高度值并传输给控制器4。

在优选的实施例中，红外测距装置1采用相位式红外光电测距法来测量活塞6的高度值。相位式红外光电测距通常由砷化镓发光二极管为载波源，中心波长一般在0.72-0.94μm,发出的红外线强度随注入的电信号强弱而变化。通过测量连续的调制光波在待测距离上往返后产生的相位移动量，来间接测定调制波传播的时间t从而求得被测距离d，如图2所示，在a点安置相位式红外测距，b点是可以反射红外线的水银液面上面的活塞。由a点测距仪发出连续的频率固定的调制信号(一般是调幅信号)沿着待测距离传播到b点，由b点的活塞再返回到a点(图中把往返距离展开后为a‘点)。则图中所示的相位移φ，即代表调制波往返传播的距离2d。

由图2测距原理示意图可知

即：

在(7)式中，2π为一个周期的相位变化，n为相位移φ中的2π的整个周期数，δφ为不足整周期的相位移的尾数，δn为不足整周期的比例数(δn＝δφ/2π＜1)，λ为调制波长。由物理学可知λ＝c/2f，其中，c为调制波的传播速度，f为调制波频率。

在本实施例中，为了提高温度计的显示质量，显示屏3为液晶显示屏，在优选的实施例中，显示屏3为12864液晶显示屏。

在本实施例中，为了提高控制器4的控制能力，控制器4为单片机，在优选的实施例中，控制器4为at89c51单片机，如图3所示。

在本实施例中，外壳上设有电源开关8和充电口9，电源开关8、充电口9均与电源5电连接，电源开关8的设置使数字式水银温度计的开启和闭合更加方便，电源5给数字式水银温度计提供了电能，当电源不足时，可以采用充电口9对电源5充电，实现了电源5的循环利用。

在本实施例中，为了实现将测得的温度值传输给外部的显示装置，壳体上设有无线传输装置10，无线传输装置10用于将温度值传输给外部显示装置，外部显示装置可以是手机或计算机类显示装置。

在本实施例中，为了提高无线传输的性能，无线传输装置10为蓝牙无线传输装置，在优选的实施例中，蓝牙无线传输装置采用hc05蓝牙装置。

本实用新型应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。