Термоиндикатор для контроля температурных диапазонов среды хранения продукта
Полезная модель относится к измерительной технике и может использоваться при транспортировке и хранении термочувствительных препаратов в медицине, ветеринарии фармацевтике, пищевой и сельскохозяйственной промышленности. Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является расширение функциональных возможностей, увеличение методов измерения температуры и способов ее отображения, повышение надежности конструкции, увеличение стабильности и точности измерения в широком диапазоне температур, значительное увеличение диапазона контролируемых температур в зоне отрицательных температур, увеличение срока и ресурса работы, многократное использование с возможностью автоматического сохранения результатов контроля, полная автономность. 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.
Область техники
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.
Предшествующий уровень техники
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.
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.
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.
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.
Раскрытие полезной модели
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.
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.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена блок-схема устройства.
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.
Осуществление полезной модели
Работа устройства осуществляется следующим образом.
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.
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.
После активации термоиндикатора пользователю дается 15 минут на укладку прибора в контрольную точку контролируемой среды, затем через 15 минут начинается контроль температуры.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
