DE3248034C2

DE3248034C2 - Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung

Info

Publication number: DE3248034C2
Application number: DE3248034A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 7301 Weil im Schönbuch Pross; Frank Dipl.-Ing. 7031 Altdorf Rochlitzer; Andreas H. 7036 Schönaich Schober
Original assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Current assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Priority date: 1982-12-24
Filing date: 1982-12-24
Publication date: 1985-10-03
Also published as: DE3248034A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung, insbesondere zur Messung der Körpertemperatur eines Patienten. Als Meßsonde wird ein Thermistor Rv verwendet, der an die Primärseite eines Übertragers T angeschlossen ist, dessen Sekundärwicklung Teil eines Parallelschwingkreises 2 ist. Die Änderung der Dämpfung des Parallelschwingkreises 2 in Abhängigkeit vom jeweiligen Widerstandswert des Thermistors Rv wird für die Bestimmung der zu messenden Temperatur mittels eines Prozessors 1 ausgewertet. Mit dieser Schaltungsanordnung ist auch eine Selbstkalibrierung möglich, wodurch eine hohe Meßgenauigkeit selbst bei sich ändernden klimatischen Bedingungen erhalten werden kann.

Description

und zur Anzeige gebracht werden.

Die im Prozessor in codierter Form abgespeicherten Werte für den Spannungs- oder Dämpfungsverlauf des als Meßsonde dienenden Thermistors ι ^präsentieren beispielsweise den theoretischen Spannungsverlauf, der ohne Fertigungstoleranzen und ohne störenden Nebeneinflüsse am Schwingkreis auftreten würde. Um dennoch eine hohe Meßgenauigkeit zu erhalten, ist weiterhin vorgesehen, daß auf der Primärseite des Übertragers eine Umschalteinrichtung angeordnet ist, über die wahlweise der Thermistor oder wenigstens ein Kalibrierwiderstand, der den einer bestimmten Temperatur zugeordneten Widerstands wert hat, der Primärwicklung vorzugsweise parallel geschaltet werden kann, und daß die durch die Kalibrierwiderstände hervorgerufenen Dämpfungen Referenzwerte darstellen, die im Prozessor zur Korrektur des abgespeicherten, theoretischen Spannungs- oder Dämpfungsverlaufes dienen. Die Korrektur der abgespeicherten Wertr kann so erfolgen, daß der durch die abgespeicherten Werte festgelegte Verlauf so verändert wird, daß er durch die Referenzwerte, welche sich bei Anlegen der primärseitigen Kalibrierwiderstände ergeben, hindurchgeht Hierzu können beispielsweise die Amplituden durch einen konstanten Offsetwert und der gesamte Verlauf durch Änderung der Steigung korrigiert werden.

Diese Umformatierung des abgespeicherten Spannungs- oder Dämpfungsverlaufes bewirkt quasi eine Verschiebung und Drehung des theoretischen Verlaufes, der an den Referenzpunkten mit den Referenzwerten übereinstimmt. Auf diese Weise lassen sich Fertigungstoleranzen im Bereich der der Meßsonde nachgeschalteten Meßanordnung weitgehend eliminieren. Durch ein getaktetes Umschalten zwischen den Kalibrierwiderständen und dem Thermistor lassen sich während des Betriebs auftretende Meßfehler, bedingt durch die Eigenerwärmung der Meßanordnung, weitgehend eliminieren, da auf diese Weise in kurzen Zeitabständen eine Korrektur der abgespeicherten Werte möglich ist

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, die eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeigt

Ein als Meßsonde dienender Thermistor R_y ist über einen ersten Umschalter S1 an die Primärwicklung eines Übertragers Γ angeschlossen. Über den Umschalter

51 und einen zweiten Umschalter S 2 kann wahlweise einer von zwei Kalibrierwiderständen R 1, R 2 anstelle des Thermistors R_v zur Primärwicklung des Übertragers T parallel geschaltet werden. Die Umschalter S1 und

52 werden über zwei zugehörige Relais RS1 und RS 2 betätigt, die ihrerseits über Steuerleitungen mit einem Prozessor 1 verbunden sind.

Die Sekundärwicklung des Übertragers T bildet zusammen mit einem Kondensator C einen Parallelschwingkreis 2, der über einen Widerstand R 3 von einem Signal mit konstanter Frequenz / angeregt wird. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein Rechtecksignal, welches von einem hier nicht dargestellten Quarzgenerator erzeugt wird.

Der Widerstand R 3 und der Parallelschwingkreis 2 bilden einen Spannungsteiler, bei dem die Dämpfung des Parallelschwingkreises 2 von dem jeweils an der Primärwicklung des Übertragers Γ anliegenden Widerstandes abhängt. Ist der Thermistor R_v der Primärwicklung parallel geschaltet, so wird die Dämpfung des Parallelschwingkreises 2 von der am Thermistor R_v anliegenden Temperatur beeinflußt. In Abhängigkeit von der Dämpfung des Parallelschwingkreises 2 ändert sich die an der Verbindungsleitung zwischen dem Widerstand R 3 und dem Parallelschwingkreis 2 auftretende Spannung. Die dort jeweils auftretende Spannung ist somit ein Maß für die Dämpfung des Schwingkreises 2 und damit auch ein Maß für die zu messende Temperatur des Thermistor R»

Diese Spannung wird über einen Einweggleichrichter 3 und einem Verstärker 4 dem Einganc eines integrierenden Analog-Digitalwandlers 5 zugeführt Der Analog-Digitalwandler 5 integriert das seinem Eingang zugeführte Signal und wandelt es mit möglichst hoher Auflösung in binärcodierte Signale um, die dem Prozessor zur Auswertung zugeführt werden. Mittels einer Anzeigevorrichtung 6 oder einer anderen Ausgabeeinheit werden dann die gemessenen Temperaturen zur Anzeige gebracht

Für den Thermistor R_v kann ein idealisierter bzw. theoretischer Widerstandsverlauf angegeben werden, mit dem der Widerstandsverlauf des tatsächlich verwendeten Thermistors möglichst genau übereinstimmen sollte. Dabei kann eine Toleranzgrenzc von ±0,1° C in der Praxis durchaus eingehalten werden. Unter Berücksichtigung des theoretischen Widerstandsverlaufs, der eine Funkeion der zu messenden Temperatur ist, läßt sich ein entsprechender theoretischer Verlauf der am Analog-Digitalwandler 5 anliegenden Spannung angeben. Die entsprechenden binärcodierten Spannungswerte und die jeweils zugehörigen Temperaturen werden in einem im Prozessor 1 vorhandenen Festwertspeieher gespeichert Die Meßanordnung kann nun dadurch kalibriert werden, daß nacheinander die beiden Kalibrierwiderstände R 1 und R 2 der Primärwicklung des Übertragers Γ parallelgeschaltet werden. Jeder der beiden Kalibrierwiderstände Ri, R 2 repräsentiert einen Widerstandswert, der zu einer bestimmten Temperatur gehört. Der Kalibrierwiderstand R i kann beispielsweise den Widerstandswert aufweisen, der dem Widerstandswert des Thermistors R_v bei 25,45° C entspricht. Entsprechend kann der Kalibrierwiderstand R2 den Widerstandswert repräsentieren, der dem Widerstandswert des Thermistors R_v bei 40° entspricht Der Prozessor 1 vergleicht die bei Anlegen der Kalibrierwiderstände gemessenen Spannungswerte mit den zugehörigen theoretischen Spannungswerter: und nimmt in Abhängigkeit von der Abweichung eine Umformatierung der abgespeicherten theoretischen Charakteristik vor. Die einzelnen theoretischen Spannungswerte werden dabei so verändert, daß der Verlauf dieser Spannungswerte durch die beiden Referenzwerte hindurchläuft, die bei Anlegen der Kalibrierwiderstände an den Übertrager T gemessen wurden.

Die Kalibrierung der Meßanordnung wird vom Prozessor 1 gesteuert und kann beispielsweise in Zeitabständen zwischen einer Sekunde und fünf Sekunden selbsttätig vorgenommen werden. Dadurch lassen sich auch kurzzeitige Störeinflüsse, beispielsweise während der Erwärmung der Schaltungsanordnung nach dem Einschalten, weitgehend eliminieren. Es lassen sich dadurch aber auch Fertigungstoleranzen des Übertragers rund der sekundärseitigen Meßanordnung so gut eliminieren, daß ohne zusätzlichen Abgleich eine Meßgenauigkeit von ± 0,04° C sichergestellt werden kann.

Der komplexe Spannungsteiler, bestehend aus dem Parallelschwingkreis 2 und dem als Speisewiderstand dienenden Widerstand R 3, kann so dimensioniert werden, daß zwischen den am Thermistor R_v auftretenden Temperaturen und der am Analog-Digitalwandler5 anstehenden Spannung ein nahezu linearer Zusammen-

hang über den interessierenden Temperaturmeßbereich besteht Der interessierende Temperaturbereich kann beispielsweise zwischen 0°C und 50° C liegen. Der Widerstand A3 kann beispielsweise einen Widerstandswert von 4,53 kn, der Kondensator C eine Kapazität von 390 nF und der Übertrager T auf der Primär- und Sekundärseite jeweils 340 Windungen haben.

Die Kombination aus Übertrager, Schwingkreis und integrierendem Analog-Digitalwandler beinhaltet, daß der Parallelschwingkreis 2 mit einem Rechtecksignal ίο gespeist werden kann. Durch den Parallelschwingkreis 2 und die anschließende Integration im Analog-Digitalwandler 5 werden Anteile ungeradzahliger harmonischer Schwingungen unterdrückt. Die wesentlich aufwendigere Bereitstellung eines sinusförinigen Signals ist daher nicht erforderlich. Außerdem stellt der Übertrager die galvanische Trennung zwischen dem die Meßsonde beinhaltenden Schaltungsteil und der übrigen Meßanordnung sicher.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

i 2 Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Patentansprüche: Temperaturmessung, wie sie im Oberbegriff des Paicnl-

1. Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung, anspruches 1 angegeben ist

insbesondere zur Messung der Körpertemperatur Für die Messung von Temperaturen ist es bekannt, eines Patienten, mit einem Übertrager, dessen eine 5 temperaturabhängige Widerstände, sogenannte Ther-Wicklung mit wenigstens einem als Meßsonde die- mistoren, zu verwenden. Die Thermistoren haben in Ahnenden Thermistor verbunden ist, dessen tempera- hängigkeit von ihrer Temperatur einen charakteristiturabhängiger Widerstandsverlauf zur Bestimmung sehen Widerstandsverlauf, der t; ermöglicht, daß jedem der Körpertemperatur verwendet wird, dadurch auftretenden Widerstandswert eine bestimmte Tempegekennzeichnet, 10 ratur zugeordnet werden kann. Für spezielle Anwendaß der Thermistor (R_v) an die Primärwicklung des dungsbereiche, insbesondere bei der Messung der Kör-Obertragers (7} angeschlossen ist, dessen Sekundär- pertemperatur von Patienten, müssen die als Meßsonwicklung zusammen mit einem Kondensator (C) ei- den dienenden Thermistoren aus Sicherheitsgründen nen Schwingkreis (2) bildet, von der Versorgungsspannung und der übrigen Meßandaß die vom Thermistorwiderstand abhängige Span- 15 Ordnung galvanisch getrennt sein. Um diese Forderung nung oder Dämpfung des Schwingkreises (2) gemes- zu erfüllen und um eine hohe Meßgenauigkeit zu erhalsen und zur Bestimmung der zu messenden Tempe- ten, waren bisher sehr aufwendige Schaltungsanordnunratur ausgewertet wird, gen notwendig. Um eine galvanische Trennung zwidaß wenigstens näherungsweise der von der Tempe- sehen Meßsonde und der übrigen Meßschaltung zu erratur des Thermistors (R_v) abhängige Verlauf der am 20 halten, kann beispielsweise eine Leuchtdiode zur Meßsi-Schwingkreis (2) auftretenden Spannung mit den zu- gnalübertragung verwendet werden. Eine derartige gehörigen Temperaturwerten abgespeichert ist, und Schaltung erfordert jedoch einen erheblichen Schaldaß die jeweils gemessene Spannung mit dem Span- tungsaufwand, um eine geforderte Meßgenauigkeit von nungsverlauf verglichen und der zugehörige Tempe- ±0,2° C zu erhalten. Aus der DE- OS 30 07 705 ist ein raturwert angezeigt wird. 25 Gerät zur Temperaturüberwachung rotierender Bautei-

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- Ie, zum Beispiel Läufer von Elektromotoren, bekannt durch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (2) als welches einen PTC-Widerstand verwendet, dessen Wi-Parallelschwingkreis ausgebildet ist und zusammen derstand sich bei einer bestimmten Temperatur in mehmit einem Widerstand (R 3) einen Spannungsteiler rere Zehnerpotenzen erhöht Diese schlagartige Widerbildet. 30 Standsänderung wird induktiv einem Grenzwertmelder

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da- zugeführt, der das Erreichen der Grenztemperatur sidurch gekennzeichnet, gnalisiert Eine hochgenaue Temperaturmessung, beidaß der Schwingkreis (2) über den Widerstand (R 3) spielsweise zur Bestimmung der Körpertemperatur eidurch ein Rechtecksignal konstanter Frequenz (F) nes Patienten, ist mit diesem bekannten Gerät nicht angeregt wird, 35 möglich.

daß die Spannung am Schwingkreis (2) abgegriffen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mög- und über einen Einweggleichrichter (3) einem inte- liehst einfache Schaltungsanordnung für eine genaue grierenden Analog-Digitalwandler (5) zugeführt Temperaturmessung über einen vorgegebenen Bereich wird, der ausgangsseitig die codierten Spannungs- zu schaffen, bei der die Meßsonde von der übrigen Meßwerte einem Prozessor (1) zuführt, und 40 anordnung galvanisch getrennt ist. daß der Prozessor (1) aus diesen Spannungswerten Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Andie zugehörige Temperatur bestimmt. spruch 1 angegebenen Merkmale erhalten. Der als

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, da- Meßsonde dienende Thermistor ist der Primärwicklung durch gekennzeichnet, daß der Prozessor (1) einen eines Übertragers parallel geschaltet und beeinflußt da-Festwertspeicher enthält, in welchem der zur jewei- 45 mit als temperaturabhängiger Dämpfungswiderstand ligen Meßsonde gehörende theoretische Spannungs- den sekundärseitigen Schwingkreis. Der vorzugsweise oder Dämpfungsverlauf und die zugehörigen Tem- mit konstanter Frequenz angeregte Schwingkreis erperaturwerte abgespeichert sind. fährt dadurch eine von der zu messenden Temperatur

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, da- abhängige Dämpfung, die zur Bestimmung der jeweils durch gekennzeichnet, 50 zu messenden Temperatur ausgewertet werden kann, daß auf der Primärseite des Übertragers (T) Um- Diese Auswertung kann auf unterschiedliche Arten erschalter (S 1, S 2) angeordnet sind, über die wahlwei- folgen.

se der Thermistor (R_v) oder wenigstens ein Kali- Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht brierwiderstand (Ri; R 2), der den einer bestimmten vor, daß der Schwingkreis als Parallelschwingkreis ausTemperatur zugeordneten Widerstandswert hat der 55 gebildet ist und zusammen mit einem Widerstand einen Primärwicklung parallelgeschaltet werden kann, und Spannungsteiler bildet. Bei dieser Ausführungsform daß die durch die Kalibrierwiderstände (R 1, R 2) wird der Schwingkreis über den Widerstand vorzugshervorgerufenen Dämpfungen Referenzwerte dar- weise mit einem Rechtecksignal angeregt. Die zwischen stellen, die im Prozessor (1) zur Korrektur des abge- Schwingkreis und Widerstand abgegriffene Spannung speicherten, theoretischen Spannungs- oder Dämp- 60 wird von einem integrierenden Analog-Digitalwandler fungsverlaufes dienen. und einem nachgeschalteten Prozessor ausgewertet.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, da- Zur Auswertung kann im Prozessor wenigstens nähedurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwi- rungsweise der von der Temperatur des Thermistors sehen den Kalibrierwiderständen (R 1, R 2) und dem abhängige Dämpfungsverlauf bzw. der Spannungsver-Thermistor (R^) über vom Prozessor (1) gesteuerte 65 lauf mit den zugehörigen Temperaturwerten abgespei-Umschalter (Sl, 52) in kurzen, variablen Zeitab- chert sein. Die jeweils gemessene Dämpfung bzw. Spanständen erfolgt. nung kann dann mit den abgespeicherten Werten vergli-

· chen und daraus die zugehörige Temperatur abgeleitet