CN101943612A - 电子温度测量仪及其探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子温度测量仪及其探头，所述探头包括探棒、具有半封闭腔体的感温头及用于阻断所述感温头和探棒之间热量传递的隔热件，所述腔体内具有温度传感器元件，所述隔热件连接所述感温头和所述探棒，且所述隔热件将所述感温头和所述探棒隔开。通过设置隔热件，能够阻断感温头和探棒之间的热量传递，不仅结构简单，而且能使感温头的热量尽量少的传递到探棒，降低了整个探头的热容，有效减少了探头的反应时间。

Description

电子温度测量仪及其探头

技术领域

本发明是关于一种电子温度测量仪及其探头。

背景技术

与普通的电子温度计相比，预测式电子温度计具有快速、安全和方便的优势，开始广泛应用于医疗领域。预测式电子温度计一般包括探头和***部件，探头一般包括感温头、探棒和手柄，***部件一般包括电缆、主机和显示装置。

感温头一般包括薄壁中空的金属头及温度传感器。探棒起到安装感温头和连接手柄的作用，感温头安装在探棒的一端，探棒的另一端与手柄连接。位于金属头内的温度传感器感应人体热量并产生电信号，电信号通过电缆传递到主机内的电子处理单元，电子处理单元接收信号并按预置的算法，预测出人体的真实温度，并通过显示装置直观显示出来。与普通电子温度计相比，预测式电子温度计的反应时间减少，普通电子温度计的反应时间大致为两分钟，预测式电子温度计在温度传感器和人体热平衡之前计算出人体温度，一般在20秒内可以完成。

目前，减少探头反应时间的一种方法是预加热探头技术。感温头内加入加热单元，在特定算法的支持下，电子处理单元控制加热元件的电流大小和时间频率，加热元件发热以加热感温头，将感温头的温度从室温上升到接近人体的预定温度，预加热阶段花费的时间为预热时间；预加热结束后，探头接触人体，人体的热量开始加热感温头，在感温头和人体达到热平衡之前预测出体温最终值，预测阶段花费的时间称为预测时间。预热时间和预测时间加起来成为探头的反应时间。采用预加热技术，可以使得探头总的反应时间减少。

减少探头反应时间的另外一种方法是对探头采取主动热隔离技术，即在与感温头相连的结构件上粘贴辅助的环境温度传感器和加热元件，电子处理单元根据探头内的主要温度传感器和环境温度传感器反馈回来的温度差，控制加热元件发热，使得该结构件的温度与感温头温度相当，因此热量就不会流失到该结构件，这样在测量时，人体传递到感温头的热量会更多的加热温度传感器，加快探头的反应速度和减少反应时间。

减少探头反应时间的又一种方式如专利号为US4,183,248的美国专利所揭示的主动对感温头前后端实施热平衡的技术，该结构包括两个温度传感器和一个加热线圈，一个温度传感器位于感温头的顶部，用以感测前端的温度；另外一个温度传感器靠近感温头和探棒的结合处，用以感测感温头后端的温度，根据两个温度传感器测得的温度差异，控制加热线圈适当的发热，加热感温头的后部，使得感温头前、后端的温度平衡，使感温头的热量不会从后端流向其他结构件。

虽然现有技术中提供了多种减少探头反应时间的探头结构，但是，仍然需要提供一种结构简单且能够有效减少探头反应时间的探头及电子温度测量仪。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单且能够有效减少探头反应时间的电子温度测量仪及其探头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电子温度测量仪探头，包括探棒、具有半封闭腔体的感温头及用于阻断所述感温头和探棒之间热量传递的隔热件，所述腔体内具有温度传感器元件，所述隔热件连接所述感温头和所述探棒，且所述隔热件将所述感温头和所述探棒隔开。

所述隔热件与感温头和探棒均为粘接固定。所述加热元件和温度传感器元件均通过导热胶粘接在所述腔体内。

所述隔热件由单一的绝热材料组成，用于阻断所述感温头和探棒之间热量传递；或者所述隔热件包括多层材料，其中包括至少一层绝热材料与至少一层高强度材料，且其中所述绝热材料层与感温头及探棒连接。

所述感温头、隔热件和探棒之间填充有绝热材料，所述填充物导热系数低，用于填充所述感温头与隔热件以及探棒之间形成的封闭或者半封闭的空间。

一种电子温度测量仪探头，包括探棒、具有腔体的感温头，所述腔体内包括用于感应温度并将温度转变成信号进行传输的温度传感器元件，所述腔体内还包括用于加热其他物质的加热元件，所述感温头为热的良导体，所述温度传感器和加热元件位于感温头的内壁上，所述温度传感器元件和加热元件的位置关系为：当加热元件工作时，加热感温头内壁，使之接近温度传感器元件温度。

所述感温头为轴线对称的回转体；所述温度传感器元件和加热元件的位置关系具体为：所述温度传感器和加热元件径向相对；且，在所述感温头的展开平面上，当所述温度传感器位于所述展开平面的中轴线上时，所述温度传感器与加热元件的距离为L2，所述中轴线向探棒方向与感温头端面的交点与加热元件的距离为L1，L2＝k*L1，k的范围为0.1～1。

所述探头还包括用于阻断感温头和探棒之间热量传递的隔热件，所述隔热件连接感温头和探棒，且所述隔热件将感温头和探棒隔开。

所述感温头包括圆锥形头部和圆柱形主体部，所述空腔包括相连通的设于头部的第一空腔和设于主体部的第二空腔，所述第二空腔延伸至所述主体部的端面，所述温度传感器元件固定于所述第一空腔内。

一种电子温度测量仪，包括探头。

本发明的有益效果是，通过设置隔热件，能够阻断感温头和探棒之间的热量传递，不仅结构简单，而且能使感温头的热量尽量少的传递到探棒，降低了整个探头的热容，有效减少了探头的反应时间。进一步地，通过合理设置温度传感器和加热元件在感温头上的位置，可以进一步减少探头的预测时间，因而减少探头总的反应时间。

附图说明

图1是本实施方式电子温度测量仪的立体图；

图2是电子温度测量仪的探头的立体分解图；

图3是显示探棒、隔热件及感温头组装前的示意图；

图4是探头的剖视图；

图5是显示加热元件和温度传感器元件位置关系得示意图；

图6是预热算法的原理框图。

具体实施方式

如图1至图6所示，本实施方式电子温度测量仪包括主机1、探头2、护套3及电缆4。主机1包括机壳11及置于机壳11内的控制单元，机壳11上设有护套盒12和套管13，护套3置于该护套盒12内，探头2可以***该套管13内。电缆4具有弹性而可以伸缩，该电缆4的一端与主机连接，该电缆4的另一端与探头2连接。电子温度测量仪不使用时，探头2可以***主机的套管13内，方便保管；需要测量体温时，先从护套盒12中选出一个护套3套在探头2上，然后将探头2放在病人的被测量位置，该被测量位置如口腔、腋下或直肠。

本发明实施例以具有护套的探头进行说明，实际上，对于不使用护套的情形下也可以应用本发明的测量仪及探头。

探头2包括感温头21、探棒22、手柄23、隔热件24、加热元件25及传感器元件26。感温头21是薄壁中空帽状体，其由导热性能良好的材料制成，如不锈钢或铜合金等金属材料。感温头21包括一体连接的圆锥形头部211及圆柱形主体部212，该头部211和主体部212均为绕轴线回转形成的回转体。头部211具有第一空腔213，主体部212具有第二空腔214，该第二空腔214一直延伸到主体部212的端面(即感温头的端面)，第一空腔213和第二空腔214连通，传感器元件26用便于热量传递的导热胶粘接固定在第一空腔213内，加热元件25用便于热量传递的导热胶粘接固定在第二空腔214内。加热元件25如加热电阻，传感器元件26如热敏电阻。探棒22为轴向贯穿的管状体，探棒22的一端与手柄23连接，第一线缆27和第二线缆28穿过探棒22内部，第一线缆27连接电缆4和加热元件25，第二线缆28连接电缆4和温度传感器元件26。隔热件24由低导热系数的材料制成并具有一定的强度，隔热件24为轴向贯穿的管状体，隔热件在轴向上具有第一连接端241和第二连接端242，第一连接端241粘接固定在感温头的第二空腔214内，第二连接端242与探棒22的另一端粘接固定，粘接固定所用的胶体由低导热系数的材料制成，如环氧树脂。

本发明实施例以感温头具有薄壁中空结构为例进行说明，实际上，是否为薄壁和是否真空对本发明的有益效果的实现并无本质影响。

上述本发明实施例中对探头构成、形状、结构以及与各个部件的位置关系等技术条件进行了具体的说明，实际上，这些说明只是为了便于说明本发明而从一个实际产品的例子的角度进行的具体阐述，不能理解为本发明只能应用在此种特定情况或对本发明的限定，本领域技术人员通过阅读这些说明后无需创造性劳动就可以将本发明应用在具有其他探头的场合，这些应用也应当属于本发明的保护范围。例如：所述感温头21也可以是一个圆柱体而不包括两部分，或者所述圆锥形头部也可以是其他形状例如半球形、类似锥形、类似半球形等；所述传感器元件26或者加热元件25也可以通过其他连接方式，例如机械紧配合的方式固定在空腔内；隔热件24也可以不具有上述明显的两个连接端，而只是一个环状体，此时通过其两个端面来与感温头和探棒连接，一般地，使用粘接的方式；隔热件24也可以只是绝热性能好的粘接材料，其用于粘接感温头和探棒，并阻止感温头和探棒之间的热传递；隔热件24也可以是非单一材料的构件，可以是多层材料，例如其可以至少包括绝热性能好的材料与强度较好的材料的结合，感温头也可以为其它中空并能良好导热的结构；隔热件与感温头和探棒可以通过紧配合或螺纹连接的方式固定。另外，本发明实施例中隔热件自身可形成一腔体，此腔体在上述实施例中为一空腔，在其他实施例中，隔热件进一步包括在此腔体中填入的填充物，填充物具有一定的绝热功能，用于填充隔热件与感温头以及探棒之间形成的封闭或者半封闭的空间，可以进一步提高本发明的效果。

测量人体温度时，将探头2从主机的套管13里拔出，套上护套3，开始预加热探头2。加热时，通过控制单元，给加热元件施加一个不同占空比的方波电流，热量从加热元件25处开始沿着感温头21在径向和轴向上传播，温度传感器元件26接受热量被加热，同时返给控制单元一个温度值，当温度达到预定值(如25.5、28.5、30.5摄氏度，或其他温度值)时，控制单元根据环境施加一个维持电流给加热元件，使得探头温度维持在预定值，探头的预加热完毕。

预加热完毕后，将套有护套12的探头2放置在人体被测量部位，人体热量传导到护套12，由于探头的感温头21与护套12紧密接触，因此护套12的热量传递到感温头21上，感温头21及其内部的温度传感器元件26被加热。控制单元按照预定的采样频率(如10Hz)，采样记录温度传感器元件26的温度值，得到温度传感器元件26的实际温度值，绘制一条温度曲线，根据预定的预测算法，在探头和人体达到热平衡之前，预测出人体的最终体温。

预热技术可以有效的减少探头的反应时间，与现有的预热技术不同的是，本发明通过合理布置的温度传感器和加热元件的位置，达到均匀加热探头的效果，可以减少探头的预测时间，因而减少探头总的反应时间。由于一般情况下感温头为轴线对称的回转体，所以下面以此为例进行说明，温度传感器和加热元件的设置方式为：温度传感器和加热元件在感温头上，且其径向相对(即温度传感器和加热元件之间的连线与感温头的对称轴有交点)；进一步地，在感温头的展开平面上，当温度传感器位于所述展开平面的中轴线上时，温度传感器与加热元件的距离为L2，中轴线向探棒方向与感温头端面的交点与加热元件的距离为L1，L2＝k*L1，一般地，k的范围可以是0.1～1。

以下结合实例说明在感温头为一特定形状的情况时，温度传感器和加热元件的位置设置方式。

如图4及图5所示，温度传感器元件26置于感温头的圆锥形头部211内部，加热元件25置于感温头的圆柱形主体部212内部，加热元件25与温度传感器元件26径向相对且在感温头21的轴向上有一定的距离。感温头21是关于轴线对称的回转体，在感温头21的展开平面上，温度传感器元件26位于该展开平面的中轴线上，温度传感器元件26与加热元件25的距离为L2，中轴线和感温头21端面的交点到加热元件25的距离为L1，L2不大于L1，L2＝k*L1，k的范围为0.1～1。在某些情况下，该k值和控制单元的预加热算法也有关。上述设置方式对于单一形状的感温头或者组合形状的感温头都适用，单一形状例如圆锥形、近似圆锥形、半球形、近似半球形等，组合形状一般为上述形状之间的结合或者与圆柱形、近似圆柱形等的结合；当感温头是组合形状时，温度传感器与加热元件可以在任意位置，只要能满足上述设置方式。

控制单元包括具有延时补偿闭环PID预热模块，例如：smith预测器的纯延时补偿器。加热元件25和温度传感器元件26的相对位置与该预热模块之间具有相关性，该预热模块的预热算法如图5所示，其中：

T0是感温头预热的目标温度；

T_t是感温头的实际温度；

ΔT是实际温度和目标温度之差值；

PID(s)是PID算法的传递函数；

WIDE是PID算法获得的加热电流的方波占空比；

Gp(s)e-τs是电流通过加热电阻产生温度变化的传递函数，τ是延时时间；

Gp(s)(1-e-τs)是Smith预测器的传递函数。

在程序中，Gp(s)根据PWM宽度和采样所得的实际温度值的关系来预测，延时效果(1-e-τs)用下面方法得到：

设n＝τ*Fs，Fs是采样频率，n即是纯滞后折合采样频率后的数字周期。

在控制单元的存储模块中专门设置n个单元用于存放历史数据，当前采样的温度值总是存放在第n个单元，这样，从1号单元输出的信号就是滞后了n个采样周期的信号。预热算法的各参数可以是根据有限次实验获得的经验数据。

加热元件可以为加热电阻，温度传感器元件可以为热敏电阻；加热元件也可以为其它能够接受电流而发热的元件，温度传感器元件也可以为其它能够采样温度信号并能反馈温度信号至主机控制单元的元件。

通过以上对本发明实施例的说明可以看出，通过设置隔热件，能够阻断感温头和探棒之间的热量传递，不仅结构简单，有效减少了探头的反应时间和预测时间，因而减少探头总的反应时间。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种电子温度测量仪探头，其特征在于：包括探棒、具有半封闭腔体的感温头及用于阻断所述感温头和探棒之间热量传递的隔热件，所述腔体内具有温度传感器元件，所述隔热件连接所述感温头和所述探棒，且所述隔热件将所述感温头和所述探棒隔开。

2.根据权利要求1所述的电子温度测量仪探头，其特征在于：所述隔热件与感温头和探棒均为粘接固定。

3.根据权利要求1所述的电子温度测量仪探头，其特征在于：所述加热元件和温度传感器元件均通过导热胶粘接在所述腔体内。

4.根据权利要求1所述的电子温度测量仪探头，其特征在于：所述隔热件由单一的绝热材料组成，用于阻断所述感温头和探棒之间热量传递；

或

所述隔热件包括多层材料，其中包括至少一层绝热材料与至少一层高强度材料，且其中所述绝热材料层与感温头及探棒连接。

5.根据权利要求1所述的电子温度测量仪探头，其特征在于：所述感温头、隔热件和探棒之间填充有绝热材料，所述填充物导热系数低，用于填充所述感温头与隔热件以及探棒之间形成的封闭或者半封闭的空间。

6.一种电子温度测量仪探头，其特征在于：包括探棒、具有腔体的感温头，所述腔体内包括用于感应温度并将温度转变成信号进行传输的温度传感器元件，所述腔体内还包括用于加热其他物质的加热元件，所述感温头为热的良导体，所述温度传感器和加热元件位于感温头的内壁上，所述温度传感器元件和加热元件的位置关系为：当加热元件工作时，加热感温头内壁，使之接近温度传感器元件温度。

7.根据权利要求6所述的电子温度测量仪探头，其特征在于：

所述感温头为轴线对称的回转体；

所述温度传感器元件和加热元件的位置关系具体为：

所述温度传感器和加热元件径向相对；

且，在所述感温头的展开平面上，当所述温度传感器位于所述展开平面的中轴线上时，所述温度传感器与加热元件的距离为L2，所述中轴线向探棒方向与感温头端面的交点与加热元件的距离为L1，L2＝k*L1，k的范围为0.1～1。

8.根据权利要求6所述的电子温度测量仪探头，其特征在于：

所述k的范围是0.5～1。

9.根据权利要求6至8任一项所述的电子温度测量仪探头，其特征在于：所述探头还包括用于阻断感温头和探棒之间热量传递的隔热件，所述隔热件连接感温头和探棒，且所述隔热件将感温头和探棒隔开。

10.根据权利要求1至9任一项所述的电子温度测量仪探头，其特征在于：所述感温头包括圆锥形头部和圆柱形主体部，所述空腔包括相连通的设于头部的第一空腔和设于主体部的第二空腔，所述第二空腔延伸至所述主体部的端面，所述温度传感器元件固定于所述第一空腔内。

11.根据权利要求1至10任一项所述的电子温度测量仪探头，其特征在于：还包括控制单元，用于从所述温度传感器元件接收温度信号，控制对所述加热元件的加热；

所述控制单元包括延时补偿闭环PID预热模块，用于控制对所述加热元件的加热。

12.根据权利要求11所述的电子温度测量仪探头，其特征在于：所述延时补偿闭环PID预热模块为smith预测器的纯延时补偿器。

13.一种电子温度测量仪，其特征在于：包括权利要求1至12中任意一项所述的探头。

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