DE29904637U1 - Meßfühler für Mittelohrthermometer - Google Patents

Description

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Meßfühler für Mittelohrthermometer

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Meßfühler für ein Mittelohrthermometer und insbesondere auf einen Meßfühler, der einen Wellenleiter und einen Sensor umfaßt, um die Meßgenauigkeit durch Ausgleichen der Wärmedurchdringung des Sensors zu verbessern.

Ein Mittelohrthermometer zeigt im allgemeinen die Ohrtemperatur an durch Erfassen der vom Trommelfell im Gehörgang abgestrahlten Infrarotstrahlungsintensität. Um eine stabile und genaue Messung zu erreichen, müssen die optischen und thermischen Funktionen so beschaffen sein, daß eine effektive Leitung der von einer Soll-Wärmequelle (d. h. dem Trommelfell) abgestrahlten Infrarotstrahlung zum Sensor sowie eine geeignete Trennung oder Führung für die Wärmeleitung aufgrund des Kontakts mit dem Gehörgang durch den Fühler ermöglicht wird. Eine Schnittansicht in Fig. 4a der beigefügten Zeichnungen zeigt eine Fühlerkonfiguration des Standes der Technik, bei der der Fühler 16 ein Metallelement 19 umfaßt, das mit einem Wellenleiter 20 ausgestattet ist, der in einem Gehäuse 17 angeordnet ist. Hohlräume 19b und 19c auf einer Rückseitenbasis 19d des Metallelements 19 nehmen jeweils einen Infrarotsensor 13a und einem Temperatursensor 3b auf, die beide mit einer Dichtungsmasse 22 und 23 fixiert sind. Das Metallelement 19 ist aus einem gut wärmeleitfahigen Material wie z. B. Aluminium gefertigt. Der Wellenleiter 20 ist ein innen mit Gold plattiertes Kupferrohr. Im allgemeinen besitzen somit sowohl der Infrarotsensor 3 a als auch der Wellenleiter 20 die gleiche Temperatur, die aufgrund des Metallabschnitts 19 vom Sensor 3b erfaßt wird, während die vom zu messenden Objekt (Trommelfell) emittierte Infrarotstrahlung über den Wellenleiter 20 auf eine thermophile Komponente im Sensor 3a übertragen wird, um ein Strahlungsthermalpotentialausgangssignal zu erzeugen, das der Eigentemperatur des Sensors 3a entspricht. Durch Verarbeiten der Signale vom Sensor 3a und der Signale vom Strahlungsthermalpotential wird die Temperatur des zu messenden Objekts erhalten. Bei der Messung muß der

Fühler jedoch in den äußeren Gehörgang eindringen, so daß die Wärme im Gehörgang durch einen Ohrstecker 28 und ein Gehäuse 17-leicht in das Metallelement 19 und den Wellenleiter 20 eindringen kann. Wenn die Temperatur des Wellenleiters 20 nicht stabil ist, was zu irgendeiner trapezförmigen Änderung oder einer anderen Differenz der Temperatur, die der Sensor 3b aufweist, führt, ist die gemessene Temperatur nicht stabil, oder sogar ungenau. Unter verschiedenen Umgebungstemperaturen, wenn die Zeitspanne, die der Fühler im äußeren Gehörkanal verbleibt, oder bei Änderungen der Häufigkeit der kontinuierlichen Messungen kann die gemessene Temperatur möglicherweise instabil oder ungenau sein, aufgrund von Änderungen der Temperatur unter den Elementen des Fühlers, die aus einem Quereinfluß der Wärmeübertragung zwischen dem äußeren Gehörgang und dem Fühler resultiert.

Die Schnittansicht in Fig. 4b zeigt einen weiteren Typ des Standes der Technik, bei dem eine Wärmeabgabehülse 30 jeweils zwischen einem Gehäuse 12 und einem Kunststoffuhler vorgesehen ist. Die Wärmeabgabehülse 30 umfaßt einen Abgabeabschnitt 32 und einen Wärmeleiterabschnitt 34 am Vorderende des Fühlers 2. Der Wärmeleiterabschnitt 34 berührt die Innenseite des Fühlers 2, so daß die Wärme vom Vorderende 26 des Fühlers an den Leiterabschnitt 34 für die Abgabe weitergegeben werden kann. Ein Metallblock 32 ist an der Basis der Hülse 30 vorgesehen und wird verwendet, um einen Wellenleiter 60 und einen Infrarotsensor 40 zu verbinden, so daß alle drei Elemente (62, 30 und 60) ungefähr die gleiche Temperatur aufweisen. Ein Sensor 68, der am Infrarotsensor 40 haftet, mißt das Signal. Zwischen der Hülse 30 und dem Fühler 2, dem Wellenleiter 60 und dem Metallblock 62 sind zum Isolieren Luftpolster 38, 64 und 66 separat ausgebildet. In der Praxis fließt jedoch aufgrund der Konvektion der Luft in den Luftpolstern 64 die Wärme am Vorderende 26 des Fühlers 2 immer noch zum Wellenleiter 60 und führt zu inkonsistenten trapezförmigen Änderungen und Fehlern in der Temperaturberechnung.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des obenerwähnten Standes der Technik zu beseitigen und einen verbesserten Fühler für ein Mittelohrthermometer zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Fühler für ein Mittelohrthermometer, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen gerichtet.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ohrthermometerfühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A eine Schnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 2B eine Schnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht, die die Wärmeleitung mittels des Fühlers und eine Funktion eines Sensors der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4A die bereits erwähnte Schnittansicht eines Mittelohrthermometerfühlers des Standes der Technik; und

Fig. 4B die bereits erwähnte Schnittansicht eines weiteren Mittelohrthermometerfühlers des Standes der Technik.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein Fühler 1 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Wellenleiter und eine Sensorbaueinheit 4, die in einer konischen Hülle 11 mit einem offenen Ende 10 mit einer Schraube 15 oder einer anderen Einrichtung befestigt ist. Die Baueinheit enthält ein Innenrohr 5, das verwendet wird, um die Infrarotstrahlung 45 von einem äußeren Ende 51 des Innenrohrs 5 zu einem Sensor 9 zu leiten; wobei ein inneres Ende 52 des Innenrohrs 5 mit einem Fenster 90 am Sensor 9 verbunden ist und das Innenrohr 5 mit einem Isolationsmaterial 6 bedeckt ist, das seinerseits mit einem wärmeleitenden Rohr 7 bedeckt ist, so daß das äußere Ende 51 des Innenrohrs 5 thermisch isoliert ist. Der Hauptabschnitt des Sensors 9 ist jedoch über eine Metallbasis

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71 thermisch verbunden, wobei ein Schutzfilm 8 mittels eines elastischen Klemmrings 86 ein äußeres Ende 70 des wärmeleitenden Rohrs 7 abdeckt, wobei eine gewisse Beabstandung zum äußeren Ende 51 des Innenrohrs 5 erhalten bleibt, um die Wärmeleitung zu reduzieren. Ferner sind vier Stifte 91, 92, 93 und 94 mit einer Anzeigevorrichtung verbunden, wobei nicht gezeigte Bedienungstasten am Sensor 9 vorgesehen sind, um Temperatursignale an eine Schaltungsplatine 100 für die Verarbeitung auszugeben, um eine Messung zu erhalten. Die Hülle 11 ist aus Kunststoffmaterial gefertigt, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Das Innenrohr 5 ist mit Gold plattiert, um seine Infrarotstrahlungsrate zu reduzieren. Das Isolationsmaterial 6 ist in Form eines Plastikrohrs ausgebildet, das ebenfalls eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, wobei sowohl seine inneren als auch äußeren Oberflächen vorzugsweise Teilvorsprünge für eine bessere Kontaktfläche mit dem Innenrohr 5 und dem wärmeleitenden Rohr 7 aufweisen, um die Isolationsergebnisse zu verbessern. Die bevorzugte Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung wird später mit Bezug auf die Fig. 2A und 2B genauer beschrieben. Das wärmeleitende Rohr 7 ist vorzugsweise aus Kupfer mit mit Gold plattierter Oberfläche hergestellt, um seine Infrarotstrahlungsrate zu reduzieren und seine Wärmeleitfähigkeit für die Metallbasis 71 zu verbessern, die in Baueinheit mit dem wärmeleitenden Rohr 7 aus hochleitfähigem Metall wie z. B. Aluminium ausgeführt sein kann. Der Schutzfilm mit einer Dicke von 0,01—0,03 mm kann aus PE oder PP hergestellt sein, was eine gute Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung ergibt. Die am Innenrohr 5 befestigte Sensorbasis 72 ist ebenfalls aus gut wärmeleitfähigem Metall wie z. B. Aluminium oder Kupfer hergestellt und wird verwendet, um den Sensor 9 in einer Form aufzunehmen, die zu derjenigen des wärmeleitenden Rohrs 7 paßt, damit die Temperatur des letzteren auf den Hauptabschnitt des Sensors 9 übertragen werden kann, wie später mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben wird. Eine Basis 90 des Sensors 9 wird mittels eines Verriegelungsrings 95 fest gegen die Sensorbasis 72 gedrückt, wobei die gesamte Baueinheit 4 des Wellenleiters und des Sensors mittels einer Schraube 14 in der Hülle 11 befestigt ist.

Die Fig. 2A und 2B zeigen Schnittansichten längs der Linien 2-2 in Fig. 1, die die ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen des Isolationsmaterials 6 zeigen. Die Fig. 2A zeigt den Schutzfilm 8, der zwischen der Hülle 11 und dem wärmeleitenden Rohr 7 angeordnet ist (er weist eine geraffte Form

auf, da Folienmaterialien verwendet werden, um das wärmeleitende Rohr 7 abzudecken). Das Isolationsmaterial 6 in runder Röhrenform, das aus Kunststoffmaterial hergestellt ist, ist zwischen dem wärmeleitenden Rohr 7 und dem Innenohr 5 vorgesehen. Die Abmessungen des Isolationsmaterials 6 sind so beschaffen, daß sie eine gewisse Beabstandung zwischen dem wärmeleitenden Rohr 7 und dem Innenrohr 5 aufrechterhalten, während mehrere Vorsprünge 61 jeweils an den inneren und äußeren Wänden Isolationsmaterials 6 ausgebildet sind, um mehrere schmale Luftpolster 62 zwischen dem wärmeleitenden Rohr 7 und dem Innenrohr 5 zu erzeugen. Der Zweck der Luftpolster 62 ist, die Wärmekonvektion einzuschränken und somit das Eindringen von Wärme vom wärmeleitenden Rohr 7 zum Innenrohr 5 zu reduzieren. Obwohl eine Reduktion der Kontaktfläche des Isolationsmaterials 6 mit dem wärmeleitenden Rohr 7 und dem Innenrohr 5 sowie eine Aufteilung in mehrere Luftpolster vorgenommen wird, kann das Isolationsmaterial 6 trotzdem eine andere geeignete Form erhalten, einschließlich einer Form, bei der sowohl sein Innendurchmesser als auch sein Außendurchmesser jeweils fest mit dem Innenrohr 5 bzw. dem wärmeleitenden Rohr 7 in Eingriff sind, so daß kein Luftzwischenraum bleibt.

Die Fig. 3 zeigt die Wärmeleitung und die Sensorfunktion des Fühlers 1 der vorliegenden Erfindung. In der Praxis ist der Fühler 1 mit einem Rohrsteckelement 3 abgedeckt, der das Eindringen von Infrarotstrahlung erlaubt und in den äußeren Gehörgang 44 eingeführt wird. Das Ohrsteckelement 3 soll verhindern, daß der Fühler 1 durch Ablagerungen verunreinigt wird, die im Gehörgang zu finden sind. Die vom Trommelfell 440 im Gehörgang emittierte Infrarotstrahlung 45 kann zu einem heißen Punkt eines im Sensor 9 vorgesehen Thermoelements 96 geleitet werden, während die Potentialsignale, die entsprechend an einem Basisabschnitt 97 einer kalten Verbindung, die mit der Basis 90 verbunden ist, erzeugt werden, an den Stiften 93 und 94 ausgegeben werden. Andererseits ist die Temperatur 46 des Gehörgangs 44 üblicherweise höher als diejenige des Fühlers 1. Daher kann die Temperatur 46 durch das Ohrsteckelement 3 und die Hülle 11 geleitet werden, was zu einem Temperaturanstieg der Luft 110 in der Hülle 11 und des Schutzfilms 8 führt, bevor eine kleine Wärmemenge auf das wärmeleitende Rohr 7, das Isolationsmaterial 6 und das Innenrohr 5 übertragen wird. Wie z. B. in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Position näher am äußeren Ende 51 des Innenrohrs 5 vergleichsweise anfälli-

ger fur eine Aufnahme der Wärme, so daß diese Strahlungswärme 510 auch vom Sensor 9 aufgenommen werden kann und auch die Spannungsausgangssignale an den Stiften 83 und 94 ansteigen kann. In der Praxis werden jedoch die Wärmeströme 700 und 710, die zum wärmeleitenden Rohr 7 und dessen Metallbasis 71 geleitet werden sollen, zur Sensorbasis 72 geleitet, woraufhin die Wärme durch den Hauptabschnitt des Sensors 9 und dessen Basis 99 strömt, wie der Wärmestrom 720 zeigt, so daß die Temperatur des Basisabschnitts 97 der kalten Verbindung ansteigt. Ein solcher Temperaturanstieg bewirkt, daß der Widerstand eines Temperatursensorelements 98, das am Basisabschnitt 97 der kalten Verbindung angeordnet ist, geändert wird, und somit von der angeschlossenen Schaltung 100 (wie in Fig. 1 gezeigt) gelesen werden kann, um die von den Stiften 93 und 94 herausgeführten Widerstandssignale aufzunehmen. Der Temperaturanstieg am Basisabschnitt der kalten Verbindung reduziert die Differenz zwischen der heißen Verbindung des Thermoelements 96 (Infrarotstrahlungswärme) und der kalten Verbindung, so daß ferner die Ausgangspotentialsignale an den Stiften 93 und 94 verringert werden. In der vorliegenden Erfindung bleibt die Summe aus dem lokalen Temperaturanstieg am Innenrohr 5, der der vom Sensor 9 aufgenommenen Strahlungswärmetemperatur TrI entspricht, und der inhärenten Temperatur TbI des Sensors zu diesem Zeitpunkt konstant mit der Summe aus Tr2, der vom Sensor 9 nach einem weiteren Temperaturanstieg aufgrund des Kontakts zu einem weiteren Zeitpunkt aufgenommenen Strahlungswärmetemperatur, und Tb2, der inhärenten Temperatur des Sensors zu diesem weiteren Zeitpunkt. Die konstante Beziehung wird ausgedrückt durch die Formel TrI+TbI =Tr2+ Tb2. Das heißt, unter normalen Gebrauchsbedingungen, wenn der Fühler 1 wiederholt mehrere Male innerhalb einer gegebenen Periode verwendet wird (wie z. B. mehrere Dutzend Sekunden oder in mehreren Minuten), kann der Einfluß auf den Sensorausgang seitens der Wärmeaufnahme sowohl des Innenrohrs als auch des Hauptabschnitts des Sensors 9 ausgeglichen gehalten werden, um somit die Genauigkeit und Stabilität der Temperaturmessung zu verbessern. Zu diesem Zweck ist die Sensorbasis 72 aus gut wärmeleitendem Metall wie z. B. Aluminium oder Kupfer gefertigt und in das Innenrohr 5 integriert, während der Sensor 9 so aufgenommen ist, daß das innere Ende 52 des Innenrohrs 5 gegen das Infrarotfenster 9 am Sensor stößt. Die Form der Sensorbasis 72 paßt sowohl zum wärmeleitenden Rohr 7 als auch zum Sensor 9, so daß die Temperatur am wärmeleitenden Rohr 7 zum

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Hauptabschnitt des Sensors 9 geleitet werden kann und anschließend vom inneren Ende 52 des Innenrohrs 5 zurück zum äußeren Ende 51 geleitet werden kann, wie der dargestellte Wärmestrom 721 zeigt, so daß das Erreichen des Gleichgewichtszustands der Temperatur zwischen dem Innenrohr 5 und dem Hauptabschnitt des Sensors 9 gefordert wird, um eine stabile Messung zu garantieren.

In der Praxis kann das Ziel der letztendlich ausgeglichenen Wärmeleitung erreicht werden durch Anpassen und Anordnen der Materialien und der Größe der Kontaktfläche zwischen den Elementen der vorliegenden Erfindung. Die Sensorbasis 72 kann weggelassen werden, sobald die relevanten Wärmeleitungseigenschaften bestätigt worden sind, d. h. die Metallbasis 71 wird direkt verwendet, um den Sensor 9 aufzunehmen. Sowohl das wärmeleitende Rohr 7 als auch dessen Metallbasis 71 können in einem Stück aus dem gleichen Material gefertigt sein. Ferner ist das Material für den Verriegelungsring 95 nicht auf Kunststoff, Gummi oder Metall beschränkt, da der Sensor 9 einfach mittels einer Schnalle oder eines Klebers befestigt werden kann.

Claims (3)

Schutzansprüche

1. Fühler (1) für Mittelohrthermometer, mit einer Baueinheit (4) aus

einem Wellenleiter und einem Sensor (9), die innerhalb einer konischen Hülle (11) mit einem offenen Ende befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (4) enthält:

ein Innenrohr (5), das verwendet wird, um die in das äußere Ende des Innenrohrs (5) gelangende externe Infrarotstrahlung zu einem Sensor (9) zu führen, wobei dessen inneres Ende mit einem Fenster (90) des Hauptabschnitts des Sensors (9) verbunden ist;

ein Isolationsmaterial (6), das die Außenseite des Innenrohrs (5) bedeckt;

ein wärmeleitendes Rohr (7), das das Äußere des Isolationsmaterials (6) bedeckt, so daß wenigstens das äußere Ende des Innenrohrs (5) thermisch isoliert wird, wobei jedoch die thermische Verbindung zum Hauptabschnitt des Sensors (9) erhalten bleibt; und

einen Schutzfilm (8), der für Infrarotstrahlung durchlässig ist und das äußere Ende des wärmeleitenden Rohrs (7) bedeckt, während eine gewisse Beabstandung zum äußeren Ende des Innenrohrs (5) erhalten bleibt; wobei

der Sensor (9) zwei Typen von Ausgangssignalen erzeugt, die jeweils die Infrarotstrahlungswärmetemperatur und die Temperatur des Hauptabschnitts des Sensors (9) wie aufgenommen widerspiegeln, wobei die Signale anschließend mittels eines Prozessors in einen Strahlungstemperaturwert und einen Temperaturwert des Hauptabschnitts des Sensors (9) umgesetzt werden;

der Einfluß der Temperatur des Gehörgangs auf das Innenrohr (5), sobald der Fühler (1) zum Messen in einen Gehörgang eingeführt wird, reduziert wird, während die vom wärmeleitenden Rohr (7) aufgenommene Wärme geeignet zum Hauptabschnitt des Sensors (7) geleitet wird, um somit den Einfluß auf das Sensorausgangssignal sowohl durch die Wärmeaufnahme seitens des Innenrohrs (5) als auch des Hauptabschnitts des Sensors (9) auszugleichen, d. h. die Summe des Strahlungstemperaturwerts und diejenige

des Hauptabschnitts des Sensors (9) bleibt innerhalb einer gegebenen Periode konstant, um die Meßgenauigkeit zu verbessern.

2. Fühler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

das wärmeleitende Rohr (7) wenigstens über ein weiteres Metallelement mit dem Hauptabschnitt des Sensors (9) thermisch verbunden ist.

3. Fühler nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß

das Metallelement mit dem inneren Ende des Innenrohrs (5) thermisch verbunden ist.