RU131156U1 - THERMAL INDICATOR FOR MONITORING THE TEMPERATURE RANGE OF THE PRODUCT STORAGE - Google Patents

Abstract

1. Термоиндикатор для контроля температурных диапазонов среды продукта, характеризующийся тем, что он содержит размещенный на печатной плате жидкокристаллический индикатор, выполненный с возможностью цифрографического отображения информации, микроконтроллер с внешним кварцевым резонатором, датчик температуры, источник питания и устройство активации, при этом на печатной плате дополнительно сформирован модуль печатной платы, на котором распложены датчик температуры и аналого-цифровой преобразователь, а жидкокристаллический индикатор выполнен на жидких кристаллах с пролонгированным временем релаксации.2. Термоиндикатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидких кристаллов использованы смектические жидкие кристаллы с длительным временем релаксации, составляющим от 6 до 8 с.1. A thermal indicator for controlling the temperature ranges of the product medium, characterized in that it contains a liquid crystal indicator placed on a printed circuit board, configured to digitally display information, a microcontroller with an external quartz resonator, a temperature sensor, a power source and an activation device, while on the printed circuit board additionally, a printed circuit board module is formed, on which a temperature sensor and an analog-to-digital converter are located, and a liquid crystal indicator is made on liquid crystals with a prolonged relaxation time. Thermal indicator according to claim 1, characterized in that smectic liquid crystals with a long relaxation time of 6 to 8 s are used as liquid crystals.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к измерительной технике и может использоваться в холодильном оборудовании для транспортировки и хранения термолабильных препаратов в морозильных и холодильных камерах, холодильниках различного типа, в термоконтейнерах и авторефрежираторах, в медицине для контроля температурных условий хранения и транспортировки иммунобиологических препаратов, биологических материалов, в том числе крови и ее компонентов на фармацевтических предприятиях и фармацевтических складах, в лечебно-профилактических организациях, поликлиниках, аптеках, фельдшерско-акушерских пунктах, Центрах гигиены и эпидемиологии, школах и детских садах, организациях и учреждениях, и в пищевой промышленности для контроля условий хранения продуктов питания, а также в ветеринарии при транспортировке и хранении термочувствительных препаратов.The utility model relates to measuring equipment and can be used in refrigeration equipment for transportation and storage of thermolabile preparations in freezers and refrigerators, refrigerators of various types, in thermal containers and auto-refrigerators, in medicine for monitoring the temperature conditions of storage and transportation of immunobiological preparations, biological materials, including the number of blood and its components in pharmaceutical enterprises and pharmaceutical warehouses, in medical organizations, polyclinics, pharmacies, feldsher-midwife centers, Hygiene and Epidemiology Centers, schools and kindergartens, organizations and institutions, and in the food industry to monitor the conditions of food storage, as well as in veterinary medicine during transportation and storage of heat-sensitive preparations.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Из уровня техники известен термоиндикатор электронный для контроля условий хранения и транспортировки вакцин, биологических материалов и продуктов, раскрытый в патенте на полезную модель RU 108609, опубликованном 20.09.2011, который содержит печатную плату с термодатчиком и микропроцессором, источник электрической энергии, подключенный к печатной плате проводящими электрическую энергию контактами, светодиоды, подключенные к печатной плате и работающие в импульсном режиме, и устройство запуска работы термоиндикатора, при этом все вышеизложенное помещено и закреплено в герметичном пластиковом корпусе с прозрачной крышкой.An electronic thermal indicator is known from the prior art for monitoring the storage and transportation conditions of vaccines, biological materials and products, disclosed in the utility model patent RU 108609, published on September 20, 2011, which contains a printed circuit board with a temperature sensor and a microprocessor, an electrical energy source connected to the printed circuit board contacts conducting electrical energy, LEDs connected to a printed circuit board and operating in a pulsed mode, and a thermal indicator start-up device, while all of the above It is placed and fixed in a sealed plastic case with a transparent cover.

Такой термоиндикатор обеспечивает достаточно высокую точность многоканальных измерений в широком интервале температур, за исключением значительных отрицательных температур. Однако он имеет недостаточно высокие функциональные возможности, в частности, не позволяет эффективно анализировать результаты контроля состояния объектов с повышенной чувствительностью к температурным изменениям внешней среды, особенно в зоне значительных отрицательных температур, например, донорской крови, органов, лекарственных средств и вакцин, а также наличие только светового отображения информации и отсутствие возможности ее цифрографического отображения, обуславливает достаточно низкий уровень информативности. Алгоритм работы этого термоиндикатора таков, что всегда существует возможность сброса неблагоприятных результатов контроля (фальсификация результатов контроля), а также отсутствует возможность автоматического запоминания возникающих нарушений при проведении многоканальных измерений.Such a thermal indicator provides a sufficiently high accuracy of multichannel measurements in a wide temperature range, with the exception of significant negative temperatures. However, it has insufficiently high functional capabilities, in particular, it does not allow to effectively analyze the results of monitoring the state of objects with increased sensitivity to temperature changes in the environment, especially in the zone of significant negative temperatures, for example, donor blood, organs, drugs and vaccines, as well as the presence of only light display of information and the lack of the possibility of its digital display, causes a fairly low level of information. The operation algorithm of this thermal indicator is such that there is always the possibility of dumping unfavorable control results (falsification of control results), and there is also no possibility of automatically memorizing arising violations during multi-channel measurements.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленной полезной модели является термоиндикатор, раскрытый в патенте US 6,326,892, опубликованном 04.12.2001. Данное устройство содержит размещенный на печатной плате жидкокристаллический индикатор, микроконтроллер с внешним кварцевым резонатором, датчик температуры, источник питания и устройство активации.The closest set of essential features to the claimed utility model is the thermal indicator disclosed in US patent 6,326,892, published 04.12.2001. This device contains a liquid crystal display placed on a printed circuit board, a microcontroller with an external quartz resonator, a temperature sensor, a power source, and an activation device.

Указанное выше устройство позволяет измерять температуру периодически с равными интервалами, например, жидких и сыпучих веществ. Однако оно характеризуется наличием только светового отображения информации, что обуславливает низкий уровень информативности, и, кроме того, имеет недостаточную стабильность и точность измерения в широком диапазоне температур. В результате наличия особой воздушной герметичности корпуса, обеспечивающей теплоизоляцию, данный термоиндикатор имеет значительную временную инерцию температурных измерений и значительный температурный лаг в конкретный момент времени между результатом измерения и реальной температурой среды, что не позволяет использовать его в случаях возникновения резкого дифференциала температур, для дешифрации результатов измерения требуется обязательное прерывание контроля, т.е. извлечение из контролируемой среды, и использование дополнительного периферийного оборудования, программного обеспечения и вычислительной техники, что не позволяет позиционировать его как автономное устройство.The above device allows you to measure the temperature periodically at equal intervals, for example, liquid and granular substances. However, it is characterized by the presence of only a light display of information, which leads to a low level of information content, and, in addition, has insufficient stability and accuracy in a wide temperature range. As a result of the special air tightness of the case, which provides thermal insulation, this thermal indicator has a significant temporary inertia of temperature measurements and a significant temperature lag at a specific point in time between the measurement result and the actual temperature of the medium, which does not allow using it in cases of a sharp temperature differential to decrypt the results measurements require mandatory interruption of control, i.e. extraction from a controlled environment, and the use of additional peripheral equipment, software and computer technology, which does not allow it to be positioned as a stand-alone device.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является расширение функциональных возможностей термоиндикатора для контроля температурных диапазонов среды продукта с точки зрения термометрии, т.е. увеличение методов измерения температуры и способов ее отображения за счет использования цифрографической схемы отображения информации, повышение надежности конструкции, увеличение стабильности и точности измерения в широком диапазоне температур, которая не зависит от внешних факторов изменения напряжения источника питания и температуры контролируемой среды, значительное увеличение диапазона контролируемых температур в зоне отрицательных температур за счет выполнения жидкокристаллического индикатора на жидких кристаллах с пролонгированным временем релаксации, увеличение срока и ресурса работы за счет уменьшения частоты обращения цифрографической схемы к источнику питания для поддержания работоспособности, в том числе, для визуализации отображаемой информации без изменения частоты опроса температуры измеряемой среды, многократное использование с возможностью автоматического сохранения результатов контроля циклов контроля с возникшими нарушениями до окончания работы модели (невозможно фальсифицировать результат контроля), полная автономность.The technical result to which the claimed utility model is aimed is to expand the functionality of the thermal indicator for monitoring the temperature ranges of the product medium from the point of view of thermometry, i.e. an increase in methods for measuring temperature and methods for displaying it through the use of a digital-graphic information display scheme, increasing the reliability of the design, increasing the stability and accuracy of measurements in a wide temperature range, which does not depend on external factors of changes in the voltage of the power source and temperature of the controlled environment, a significant increase in the range of controlled temperatures in the zone of negative temperatures due to the performance of a liquid crystal indicator on liquid crystals with with an increased relaxation time, an increase in the duration and resource of work by reducing the frequency of circulation of the digital circuit to the power source to maintain operability, including for visualizing the displayed information without changing the frequency of polling the temperature of the measured medium, multiple use with the ability to automatically save the results of monitoring control cycles with violations that occurred before the end of the model (it is impossible to falsify the control result), complete autonomy.

Указанный технический результат достигается тем, что термоиндикатор для контроля температурных диапазонов среды продукта содержит размещенный на печатной плате жидкокристаллический индикатор, выполненный с возможностью цифрографического отображения информации, микроконтроллер с внешним кварцевым резонатором, датчик температуры, источник питания и устройство активации, на печатной плате дополнительно сформирован модуль печатной платы, на котором распложены датчик температуры и аналого-цифровой преобразователь, а жидкокристаллический индикатор выполнен на жидких кристаллах с пролонгированным временем релаксации. При этом в качестве жидких кристаллов использованы смектические жидкие кристаллы с длительным временем релаксации, составляющим от 6 до 8 сек.The indicated technical result is achieved in that the thermal indicator for monitoring the temperature ranges of the product medium contains a liquid crystal display arranged on a printed circuit board, capable of digitally displaying information, a microcontroller with an external quartz resonator, a temperature sensor, a power source and an activation device, an additional module is formed on the printed circuit board a printed circuit board on which a temperature sensor and an analog-to-digital converter are located, and a liquid crystal The indicator is made on liquid crystals with a prolonged relaxation time. In this case, smectic liquid crystals with a long relaxation time of 6 to 8 seconds were used as liquid crystals.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена блок-схема устройства.The essence of the utility model is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a block diagram of a device.

Термоиндикатор содержит размещенный на печатной плате 1 жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) 2, микроконтроллер 3 с внешним кварцевым резонатором 4, датчик температуры 5, источник питания 6, устройство активации 7. Термоиндикатор дополнительно снабжен модулем 9 печатной платы с размещенными на нем аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 8 и датчиком температуры 5. Кроме того, жидкокристаллический индикатор 2 выполнен на жидких кристаллах с пролонгированным временем релаксации.The thermal indicator contains a liquid crystal indicator (LCD) 2 located on the circuit board 1, a microcontroller 3 with an external quartz resonator 4, a temperature sensor 5, a power supply 6, an activation device 7. The thermal indicator is additionally equipped with a module 9 of the printed circuit board with an analog-to-digital converter ( ADC) 8 and a temperature sensor 5. In addition, the liquid crystal indicator 2 is made on liquid crystals with a prolonged relaxation time.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

Измерение температуры осуществляется датчиком с линейной зависимостью от температуры, юстированным на фирме-изготовителе, которая оцифровывается внутри самого же датчика. Поскольку датчик и аналого-цифровой преобразователь размещены на одном модуле печатной платы в максимальной близости друг от друга, то измерение температуры и оцифровка осуществляются в одном температурном режиме, что уравнивает воздействие внешних факторов на оба элемента схемы, обуславливает минимизацию наводок от внешних полей и вариаций напряжения питания. Это позволяет обеспечить точность измерений с минимальной погрешностью зависимости выходных оцифрованных результатов измерений датчика от контролируемой температуры, в результате чего уменьшаются помехи и обеспечивается увеличенная разрешающая способность.Temperature measurement is carried out by a sensor with a linear temperature dependence, aligned at the manufacturer, which is digitized inside the sensor itself. Since the sensor and the analog-to-digital converter are located on the same module of the printed circuit board as close as possible to each other, the temperature measurement and digitization are carried out in the same temperature mode, which equalizes the influence of external factors on both elements of the circuit, and minimizes interference from external fields and voltage variations nutrition. This allows to ensure the accuracy of measurements with a minimum error of the dependence of the output digitized measurement results of the sensor on the controlled temperature, resulting in reduced interference and provides increased resolution.

Измерение в термоиндикаторе происходит путем прямого считывания в микроконтроллер показаний из микросхемы датчика температуры, расположенном на одной монтажной поверхности с АЦП, а именно на модуле печатной платы, по определенному протоколу.Measurement in the thermal indicator is carried out by directly reading the readings from the microcircuit of the temperature sensor located on the same mounting surface with the ADC, namely on the PCB module, according to a specific protocol.

После активации термоиндикатора пользователю дается 15 минут на укладку прибора в контрольную точку контролируемой среды, затем через 15 минут начинается контроль температуры.After activating the thermal indicator, the user is given 15 minutes to lay the device at the control point of the controlled environment, then after 15 minutes the temperature control begins.

В процессе контроля микроконтроллер считывает показания из датчика температуры и АЦП, расположенных на модуле печатной платы, и согласно таблице диапазонов и времени пребывания в каждом из этих диапазонов, расписанной в протоколе с определенной частотой считывания производится инкремент счетчика попадания в конкретный диапазон.In the process of control, the microcontroller reads the readings from the temperature sensor and the ADC located on the PCB module, and according to the table of ranges and the residence time in each of these ranges, which is described in the protocol with a specific reading frequency, the increment counter is added to the specified range.

Поскольку «разбраковка» текущей считанной температуры происходит один раз в строго определенный интервал времени, то всегда микроконтроллер «знает», сколько времени прибор находился в любом из диапазонов температуры и сохраняет информацию по каждому из диапазонов одновременно, обеспечивая тем самым многоканальность измерений.Since the “scattering” of the current read temperature occurs once in a strictly defined time interval, the microcontroller always “knows” how long the device was in any of the temperature ranges and stores information for each of the ranges at the same time, thereby ensuring multichannel measurements.

Исходя из знаний времени нахождения, и лимитов на нахождение в каждом конкретном температурном диапазоне, микроконтроллер высчитывает комплексную величину: «температурно-временные интервалы» неблагоприятного (запорогового) воздействия окружающей среды на препараты и, при наступлении критического значения какого-либо, или нескольких одновременно, температурно-временного интервала, заданного протоколом, фиксирует момент нарушения условий сохранения препаратов. Таким образом, происходит распределение по температурным интервалам, заданным протоколом, текущей считываемой температуры один раз в строго определенный интервал времени и, исходя из знаний времени нахождения и лимитов на нахождение в каждом конкретном диапазоне, микроконтроллер вычисляет, произошло нарушение хранения продукта или продукт хранился в нормальных температурных условиях.Based on the knowledge of the time spent, and the limits for staying in each specific temperature range, the microcontroller calculates the complex value: the “temperature-time intervals” of the adverse (threshold) environmental impact on the drugs and, when a critical value of one or several occurs at the same time, temperature-time interval specified by the protocol, fixes the moment of violation of the conditions of preservation of drugs. Thus, the temperature is read out at the temperature intervals specified by the protocol, once the temperature is read out once in a strictly defined time interval and, based on the knowledge of the time spent and the limits for being in each specific range, the microcontroller calculates whether there was a violation of product storage or the product was stored in normal temperature conditions.

Нарушение хранения отображается посредством включения микроконтроллером соответствующего сегмента на ЖКИ. Данный сегмент остается активированным даже при изменении температуры, в том числе, если она попадает в предусмотренный для хранения или любой другой диапазон температуры. Тот факт, что сегмент, показывающий нарушение, не исчезает, а остается «навсегда включенным», обеспечивает защиту от фальсификации результата контроля. При соответствующем изменении протокола и цифрографической схемы отображения информации устройство позволяет контролировать, считывать и отображать конкретное значение текущей температуры в реальном масштабе времени и самого времени, что расширяет функциональные возможности прибора.Violation of storage is displayed by switching on the corresponding segment on the LCD by the microcontroller. This segment remains activated even when the temperature changes, including if it falls into the storage range or any other temperature range. The fact that the segment showing the violation does not disappear, but remains “permanently turned on”, provides protection against falsification of the control result. With a corresponding change in the protocol and digital display scheme of information display, the device allows you to control, read and display a specific value of the current temperature in real time and in time, which extends the functionality of the device.

Кварцевый резонатор обеспечивает точное время обращения (интервалы обращения) микроконтроллера за данными в микросхему датчика температуры. Термоиндикатор находится в сложных климатических условиях с нелинейно меняющейся температурой, поэтому микроконтроллер не может собственными силами обеспечить должную точность хода времени внутри себя, а кварцевый резонатор позволяет стабилизировать все временные диаграммы работы микроконтроллера. Это стандартный и самый дешевый способ стабилизации временной диаграммы микроконтроллера с помощью кварцевого генератора, расположенного в одной микросхеме с ядром микроконтроллера, а кварцевый генератор микроконтроллера использует внешний резонатор через специально предназначенные для этого выводы.A quartz resonator provides accurate time (circulation intervals) of the microcontroller for data in the temperature sensor chip. The thermal indicator is located in difficult climatic conditions with a non-linear temperature, therefore, the microcontroller cannot provide the proper accuracy of the time course on its own, and the quartz resonator allows you to stabilize all the timing diagrams of the microcontroller. This is the standard and cheapest way to stabilize the microcontroller’s timing diagram using a crystal oscillator located in the same chip as the microcontroller’s core, and the microcontroller’s crystal oscillator uses an external resonator through pins specially designed for this purpose.

Термоиндикатор в процессе работы выдает информацию на ЖКИ в режимах «активации» или «просмотра статистики». Измерение в термоиндикаторе происходит путем прямого считывания в микроконтроллер показаний из микросхемы датчика температуры и АЦП по определенному протоколу, которые подключены к источнику питания (литиевой батарее), причем датчик температуры и АЦП находятся на модуле печатной платы, что приводит к уменьшению помех и обеспечению нужной разрешающей способности, минимизирует наводки от внешних полей и вариаций напряжения питания при одном температурном режиме, позволяет на фирме-изготовителе точно откалибровать (с заданной погрешностью) зависимость выходных оцифрованных результатов измерений.The thermal indicator in the course of work provides information on the LCD in the “activation” or “viewing statistics” modes. Measurement in the thermal indicator is carried out by directly reading to the microcontroller the readings from the microcircuit of the temperature sensor and ADC according to a certain protocol, which are connected to a power source (lithium battery), and the temperature sensor and ADC are located on the module of the printed circuit board, which reduces interference and provides the necessary resolution ability, minimizes pickups from external fields and variations in supply voltage at one temperature mode, allows the manufacturer to accurately calibrate (with a given error Tew) dependence digitized output measurement results.

ЖКИ содержит жидкие кристаллы с пролонгированным временем релаксации, увеличенным на несколько порядков. В режиме активации это позволяет обновлять индикатор реже, чем один раз в секунду, и, следовательно, держать микроконтролер в состоянии «сон», при этом он потребляет ничтожное количество энергии, что позволяет хранить его на складе неактивированным значительное время, более того, после активации позволяет работать еще длительное время, используя при этом одну литиевую батарею. В результате фактически совокупность времени хранения и работы прибора сопоставима со временем активной фазы жизни самой литиевой батареи.The LCD contains liquid crystals with a prolonged relaxation time increased by several orders of magnitude. In activation mode, this allows you to update the indicator less than once per second, and therefore, keep the microcontroller in a “sleep” state, while it consumes an insignificant amount of energy, which allows you to keep it inactive for a considerable amount of time, moreover, after activation allows you to work for a long time, while using one lithium battery. As a result, in fact, the aggregate of the storage and operation time of the device is comparable with the active phase of the lithium battery itself.

Термоиндикатор до использования и после работы исключат возможность внесения изменений в результаты контроля. Запуск термоиндикатора может осуществляться устройством запуска, в качестве которого могут быть использованы либо кнопка, либо фотодатчик.The thermal indicator before use and after work will exclude the possibility of making changes to the control results. The start of the thermal indicator can be carried out by a start device, which can be used either a button or a photo sensor.

Увеличение срока работы термоиндикатора и расширение контроля в зону значительных отрицательных температур контролируемого температурного диапазона для контроля температурных условий хранения продукта обеспечивается тем, что используется ЖКИ, содержащий жидкие кристаллы, способные сохранять активное состояние в течение длительного промежутка времени без дополнительной энергетической подпитки. Это дает возможность использовать источник питания длительное время, фактически - время активной фазы жизни самого источника питания, что приводит к существенной экономии запаса электроэнергии, в том числе и в зоне значительных отрицательных температур, когда мощность источника питания падает и не позволяет обеспечить нормальный режим работы обычных ЖКИ с минимизированным до долей секунды временем релаксации кристаллов.An increase in the operating life of the thermal indicator and the extension of control to the zone of significant negative temperatures of the controlled temperature range for controlling the temperature conditions of product storage is ensured by the use of an LCD containing liquid crystals capable of maintaining an active state for a long period of time without additional energy supply. This makes it possible to use the power source for a long time, in fact, the time of the active phase of the life of the power source itself, which leads to significant savings in the supply of electricity, including in the zone of significant negative temperatures, when the power of the power source drops and does not allow for normal operation of conventional LCD with crystal relaxation time minimized to fractions of a second.

Устройство позволяет визуально контролировать и отображать температурные условия хранения препаратов, в том числе и в зоне значительных отрицательных температур; анализировать результаты контроля при выходе за установленные предельные значения заданных протоколом параметров и принимать управленческие решения в отношении тех или иных хранимых препаратов в зависимости от их природы изготовления; отображать результаты измерений с привязкой как к температурным и временным интервалам (комплексно температурно-временным) так и к конкретным температурам и временам, причем в реальном масштабе времени без извлечения прибора из контролируемой среды.The device allows you to visually control and display the temperature conditions of storage of drugs, including in the zone of significant negative temperatures; analyze the results of control when exceeding the established limit values of the parameters specified by the protocol and make management decisions in relation to certain stored preparations, depending on their nature of manufacture; display measurement results with reference to both temperature and time intervals (complex temperature-time) and to specific temperatures and times, and in real time without removing the device from the controlled environment.

Claims (2)

1. Термоиндикатор для контроля температурных диапазонов среды продукта, характеризующийся тем, что он содержит размещенный на печатной плате жидкокристаллический индикатор, выполненный с возможностью цифрографического отображения информации, микроконтроллер с внешним кварцевым резонатором, датчик температуры, источник питания и устройство активации, при этом на печатной плате дополнительно сформирован модуль печатной платы, на котором распложены датчик температуры и аналого-цифровой преобразователь, а жидкокристаллический индикатор выполнен на жидких кристаллах с пролонгированным временем релаксации.1. A temperature indicator for monitoring the temperature ranges of the product medium, characterized in that it contains a liquid crystal display arranged on a printed circuit board, capable of digitally displaying information, a microcontroller with an external quartz resonator, a temperature sensor, a power source and an activation device, while on the printed circuit board an additional PCB module is formed on which a temperature sensor and an analog-to-digital converter are located, and a liquid crystal display op is formed on the liquid crystal sustained relaxation time. 2. Термоиндикатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидких кристаллов использованы смектические жидкие кристаллы с длительным временем релаксации, составляющим от 6 до 8 с.

2. The thermal indicator according to claim 1, characterized in that smectic liquid crystals with a long relaxation time of 6 to 8 s are used as liquid crystals.

Images