專利名稱：電子溫度測量儀及其探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種電子溫度測量儀及其探頭。
背景技術(shù)：
與普通的電子溫度計相比，預(yù)測式電子溫度計具有快速、安全和方便的優(yōu)勢，開始 廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。預(yù)測式電子溫度計一般包括探頭和外圍部件，探頭一般包括感溫頭、 探棒和手柄，外圍部件一般包括電纜、主機和顯示裝置。感溫頭一般包括薄壁中空的金屬頭及溫度傳感器。探棒起到安裝感溫頭和連接手 柄的作用，感溫頭安裝在探棒的一端，探棒的另一端與手柄連接。位于金屬頭內(nèi)的溫度傳感 器感應(yīng)人體熱量并產(chǎn)生電信號，電信號通過電纜傳遞到主機內(nèi)的電子處理單元，電子處理 單元接收信號并按預(yù)置的算法，預(yù)測出人體的真實溫度，并通過顯示裝置直觀顯示出來。與 普通電子溫度計相比，預(yù)測式電子溫度計的反應(yīng)時間減少，普通電子溫度計的反應(yīng)時間大 致為兩分鐘，預(yù)測式電子溫度計在溫度傳感器和人體熱平衡之前計算出人體溫度，一般在 20秒內(nèi)可以完成。目前，減少探頭反應(yīng)時間的一種方法是預(yù)加熱探頭技術(shù)。感溫頭內(nèi)加入加熱單元， 在特定算法的支持下，電子處理單元控制加熱元件的電流大小和時間頻率，加熱元件發(fā)熱 以加熱感溫頭，將感溫頭的溫度從室溫上升到接近人體的預(yù)定溫度，預(yù)加熱階段花費的時 間為預(yù)熱時間；預(yù)加熱結(jié)束后，探頭接觸人體，人體的熱量開始加熱感溫頭，在感溫頭和人 體達(dá)到熱平衡之前預(yù)測出體溫最終值，預(yù)測階段花費的時間稱為預(yù)測時間。預(yù)熱時間和預(yù) 測時間加起來成為探頭的反應(yīng)時間。采用預(yù)加熱技術(shù)，可以使得探頭總的反應(yīng)時間減少。減少探頭反應(yīng)時間的另外一種方法是對探頭采取主動熱隔離技術(shù)，即在與感溫頭 相連的結(jié)構(gòu)件上粘貼輔助的環(huán)境溫度傳感器和加熱元件，電子處理單元根據(jù)探頭內(nèi)的主要 溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器反饋回來的溫度差，控制加熱元件發(fā)熱，使得該結(jié)構(gòu)件的溫 度與感溫頭溫度相當(dāng)，因此熱量就不會流失到該結(jié)構(gòu)件，這樣在測量時，人體傳遞到感溫頭 的熱量會更多的加熱溫度傳感器，加快探頭的反應(yīng)速度和減少反應(yīng)時間。減少探頭反應(yīng)時間的又一種方式如專利號為US4，183，248的美國專利所揭示的 主動對感溫頭前后端實施熱平衡的技術(shù)，該結(jié)構(gòu)包括兩個溫度傳感器和一個加熱線圈，一 個溫度傳感器位于感溫頭的頂部，用以感測前端的溫度；另外一個溫度傳感器靠近感溫頭 和探棒的結(jié)合處，用以感測感溫頭后端的溫度，根據(jù)兩個溫度傳感器測得的溫度差異，控制 加熱線圈適當(dāng)?shù)陌l(fā)熱，加熱感溫頭的后部，使得感溫頭前、后端的溫度平衡，使感溫頭的熱 量不會從后端流向其他結(jié)構(gòu)件。雖然現(xiàn)有技術(shù)中提供了多種減少探頭反應(yīng)時間的探頭結(jié)構(gòu)，但是，仍然需要提供 一種結(jié)構(gòu)簡單且能夠有效減少探頭反應(yīng)時間的探頭及電子溫度測量儀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種結(jié)構(gòu)簡單且能夠有效減少探頭反應(yīng)時間的電子溫度測量儀及其探頭。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種電子溫度測量儀探頭，包括探 棒、具有半封閉腔體的感溫頭及用于阻斷所述感溫頭和探棒之間熱量傳遞的隔熱件，所述 腔體內(nèi)具有溫度傳感器元件，所述隔熱件連接所述感溫頭和所述探棒，且所述隔熱件將所 述感溫頭和 所述探棒隔開。所述隔熱件與感溫頭和探棒均為粘接固定。所述加熱元件和溫度傳感器元件均通 過導(dǎo)熱膠粘接在所述腔體內(nèi)。所述隔熱件由單一的絕熱材料組成，用于阻斷所述感溫頭和探棒之間熱量傳遞； 或者所述隔熱件包括多層材料，其中包括至少一層絕熱材料與至少一層高強度材料，且其 中所述絕熱材料層與感溫頭及探棒連接。所述感溫頭、隔熱件和探棒之間填充有絕熱材料，所述填充物導(dǎo)熱系數(shù)低，用于填 充所述感溫頭與隔熱件以及探棒之間形成的封閉或者半封閉的空間。一種電子溫度測量儀探頭，包括探棒、具有腔體的感溫頭，所述腔體內(nèi)包括用于感 應(yīng)溫度并將溫度轉(zhuǎn)變成信號進(jìn)行傳輸?shù)臏囟葌鞲衅髟?，所述腔體內(nèi)還包括用于加熱其他 物質(zhì)的加熱元件，所述感溫頭為熱的良導(dǎo)體，所述溫度傳感器和加熱元件位于感溫頭的內(nèi) 壁上，所述溫度傳感器元件和加熱元件的位置關(guān)系為當(dāng)加熱元件工作時，加熱感溫頭內(nèi) 壁，使之接近溫度傳感器元件溫度。所述感溫頭為軸線對稱的回轉(zhuǎn)體；所述溫度傳感器元件和加熱元件的位置關(guān)系 具體為所述溫度傳感器和加熱元件徑向相對；且，在所述感溫頭的展開平面上，當(dāng)所述溫 度傳感器位于所述展開平面的中軸線上時，所述溫度傳感器與加熱元件的距離為L2，所述 中軸線向探棒方向與感溫頭端面的交點與加熱元件的距離為Li，L2 = k*Ll，k的范圍為 0. 1 1。所述探頭還包括用于阻斷感溫頭和探棒之間熱量傳遞的隔熱件，所述隔熱件連接 感溫頭和探棒，且所述隔熱件將感溫頭和探棒隔開。所述感溫頭包括圓錐形頭部和圓柱形主體部，所述空腔包括相連通的設(shè)于頭部的 第一空腔和設(shè)于主體部的第二空腔，所述第二空腔延伸至所述主體部的端面，所述溫度傳 感器元件固定于所述第一空腔內(nèi)。一種電子溫度測量儀，包括探頭。本發(fā)明的有益效果是，通過設(shè)置隔熱件，能夠阻斷感溫頭和探棒之間的熱量傳遞， 不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且能使感溫頭的熱量盡量少的傳遞到探棒，降低了整個探頭的熱容，有效 減少了探頭的反應(yīng)時間。進(jìn)一步地，通過合理設(shè)置溫度傳感器和加熱元件在感溫頭上的位 置，可以進(jìn)一步減少探頭的預(yù)測時間，因而減少探頭總的反應(yīng)時間。


圖1是本實施方式電子溫度測量儀的立體圖；圖2是電子溫度測量儀的探頭的立體分解圖；圖3是顯示探棒、隔熱件及感溫頭組裝前的示意圖；圖4是探頭的剖視圖；圖5是顯示加熱元件和溫度傳感器元件位置關(guān)系得示意圖6是預(yù)熱算法的原理框圖。
具體實施例方式如圖1至圖6所示，本實施方式電子溫度測量儀包括主機1、探頭2、護(hù)套3及電纜4。主機1包括機殼11及置于機殼11內(nèi)的控制單元，機殼11上設(shè)有護(hù)套盒12和套管13， 護(hù)套3置于該護(hù)套盒12內(nèi)，探頭2可以插入該套管13內(nèi)。電纜4具有彈性而可以伸縮，該 電纜4的一端與主機連接，該電纜4的另一端與探頭2連接。電子溫度測量儀不使用時，探 頭2可以插入主機的套管13內(nèi)，方便保管；需要測量體溫時，先從護(hù)套盒12中選出一個護(hù) 套3套在探頭2上，然后將探頭2放在病人的被測量位置，該被測量位置如口腔、腋下或直 腸。本發(fā)明實施例以具有護(hù)套的探頭進(jìn)行說明，實際上，對于不使用護(hù)套的情形下也 可以應(yīng)用本發(fā)明的測量儀及探頭。探頭2包括感溫頭21、探棒22、手柄23、隔熱件24、加熱元件25及傳感器元件26。 感溫頭21是薄壁中空帽狀體，其由導(dǎo)熱性能良好的材料制成，如不銹鋼或銅合金等金屬材 料。感溫頭21包括一體連接的圓錐形頭部211及圓柱形主體部212，該頭部211和主體部 212均為繞軸線回轉(zhuǎn)形成的回轉(zhuǎn)體。頭部211具有第一空腔213，主體部212具有第二空腔 214，該第二空腔214 —直延伸到主體部212的端面(即感溫頭的端面)，第一空腔213和 第二空腔214連通，傳感器元件26用便于熱量傳遞的導(dǎo)熱膠粘接固定在第一空腔213內(nèi)， 加熱元件25用便于熱量傳遞的導(dǎo)熱膠粘接固定在第二空腔214內(nèi)。加熱元件25如加熱電 阻，傳感器元件26如熱敏電阻。探棒22為軸向貫穿的管狀體，探棒22的一端與手柄23連 接，第一線纜27和第二線纜28穿過探棒22內(nèi)部，第一線纜27連接電纜4和加熱元件25， 第二線纜28連接電纜4和溫度傳感器元件26。隔熱件24由低導(dǎo)熱系數(shù)的材料制成并具有 一定的強度，隔熱件24為軸向貫穿的管狀體，隔熱件在軸向上具有第一連接端241和第二 連接端242，第一連接端241粘接固定在感溫頭的第二空腔214內(nèi)，第二連接端242與探棒 22的另一端粘接固定，粘接固定所用的膠體由低導(dǎo)熱系數(shù)的材料制成，如環(huán)氧樹脂。本發(fā)明實施例以感溫頭具有薄壁中空結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行說明，實際上，是否為薄壁和 是否真空對本發(fā)明的有益效果的實現(xiàn)并無本質(zhì)影響。上述本發(fā)明實施例中對探頭構(gòu)成、形狀、結(jié)構(gòu)以及與各個部件的位置關(guān)系等技術(shù) 條件進(jìn)行了具體的說明，實際上，這些說明只是為了便于說明本發(fā)明而從一個實際產(chǎn)品的 例子的角度進(jìn)行的具體闡述，不能理解為本發(fā)明只能應(yīng)用在此種特定情況或?qū)Ρ景l(fā)明的限 定，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀這些說明后無需創(chuàng)造性勞動就可以將本發(fā)明應(yīng)用在具有其他 探頭的場合，這些應(yīng)用也應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。例如所述感溫頭21也可以是一個 圓柱體而不包括兩部分，或者所述圓錐形頭部也可以是其他形狀例如半球形、類似錐形、類 似半球形等；所述傳感器元件26或者加熱元件25也可以通過其他連接方式，例如機械緊配 合的方式固定在空腔內(nèi)；隔熱件24也可以不具有上述明顯的兩個連接端，而只是一個環(huán)狀 體，此時通過其兩個端面來與感溫頭和探棒連接，一般地，使用粘接的方式；隔熱件24也可 以只是絕熱性能好的粘接材料，其用于粘接感溫頭和探棒，并阻止感溫頭和探棒之間的熱 傳遞；隔熱件24也可以是非單一材料的構(gòu)件，可以是多層材料，例如其可以至少包括絕熱 性能好的材料與強度較好的材料的結(jié)合，感溫頭也可以為其它中空并能良好導(dǎo)熱的結(jié)構(gòu)；隔熱件與感溫頭和探棒可以通過緊配合或螺紋連接的方式固定。另外，本發(fā)明實施例中隔 熱件自身可形成一腔體，此腔體在上述實施例中為一空腔，在其他實施例中，隔熱件進(jìn)一步 包括在此腔體中填入的填充物，填充物具有一定的絕熱功能，用于填充隔熱件與感溫頭以 及探棒之間形成的封閉或者半封閉的空間，可以進(jìn)一步提高本發(fā)明的效果 測量人體溫度時，將探頭2從主機的套管13里拔出，套上護(hù)套3，開始預(yù)加熱探頭 2。加熱時，通過控制單元，給加熱元件施加一個不同占空比的方波電流，熱量從加熱元件25 處開始沿著感溫頭21在徑向和軸向上傳播，溫度傳感器元件26接受熱量被加熱，同時返給 控制單元一個溫度值，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)定值(如25. 5、28.5、30. 5攝氏度，或其他溫度值)時， 控制單元根據(jù)環(huán)境施加一個維持電流給加熱元件，使得探頭溫度維持在預(yù)定值，探頭的預(yù) 加熱完畢。預(yù)加熱完畢后，將套有護(hù)套12的探頭2放置在人體被測量部位，人體熱量傳導(dǎo)到 護(hù)套12，由于探頭的感溫頭21與護(hù)套12緊密接觸，因此護(hù)套12的熱量傳遞到感溫頭21 上，感溫頭21及其內(nèi)部的溫度傳感器元件26被加熱?？刂茊卧凑疹A(yù)定的采樣頻率(如 IOHz)，采樣記錄溫度傳感器元件26的溫度值，得到溫度傳感器元件26的實際溫度值，繪制 一條溫度曲線，根據(jù)預(yù)定的預(yù)測算法，在探頭和人體達(dá)到熱平衡之前，預(yù)測出人體的最終體
ilm ο預(yù)熱技術(shù)可以有效的減少探頭的反應(yīng)時間，與現(xiàn)有的預(yù)熱技術(shù)不同的是，本發(fā)明 通過合理布置的溫度傳感器和加熱元件的位置，達(dá)到均勻加熱探頭的效果，可以減少探頭 的預(yù)測時間，因而減少探頭總的反應(yīng)時間。由于一般情況下感溫頭為軸線對稱的回轉(zhuǎn)體，所 以下面以此為例進(jìn)行說明，溫度傳感器和加熱元件的設(shè)置方式為溫度傳感器和加熱元件 在感溫頭上，且其徑向相對(即溫度傳感器和加熱元件之間的連線與感溫頭的對稱軸有交 點)；進(jìn)一步地，在感溫頭的展開平面上，當(dāng)溫度傳感器位于所述展開平面的中軸線上時， 溫度傳感器與加熱元件的距離為L2，中軸線向探棒方向與感溫頭端面的交點與加熱元件的 距離為Li，L2 = k*Ll，一般地，k的范圍可以是0. 1 1。以下結(jié)合實例說明在感溫頭為一特定形狀的情況時，溫度傳感器和加熱元件的位
置設(shè)置方式。如圖4及圖5所示，溫度傳感器元件26置于感溫頭的圓錐形頭部211內(nèi)部，加熱 元件25置于感溫頭的圓柱形主體部212內(nèi)部，加熱元件25與溫度傳感器元件26徑向相對 且在感溫頭21的軸向上有一定的距離。感溫頭21是關(guān)于軸線對稱的回轉(zhuǎn)體，在感溫頭21 的展開平面上，溫度傳感器元件26位于該展開平面的中軸線上，溫度傳感器元件26與加熱 元件25的距離為L2，中軸線和感溫頭21端面的交點到加熱元件25的距離為Li，L2不大 于L1，L2 = k*Ll，k的范圍為0. 1 1。在某些情況下，該k值和控制單元的預(yù)加熱算法也 有關(guān)。上述設(shè)置方式對于單一形狀的感溫頭或者組合形狀的感溫頭都適用，單一形狀例如 圓錐形、近似圓錐形、半球形、近似半球形等，組合形狀一般為上述形狀之間的結(jié)合或者與 圓柱形、近似圓柱形等的結(jié)合；當(dāng)感溫頭是組合形狀時，溫度傳感器與加熱元件可以在任意 位置，只要能滿足上述設(shè)置方式?？刂茊卧ň哂醒訒r補償閉環(huán)PID預(yù)熱模塊，例如smith預(yù)測器的純延時補償 器。加熱元件25和溫度傳感器元件26的相對位置與該預(yù)熱模塊之間具有相關(guān)性，該預(yù)熱 模塊的預(yù)熱算法如圖5所示，其中
TO是感溫頭預(yù)熱的目標(biāo)溫度；Tt是感溫頭的實際溫度；Δ T是實際溫度和目標(biāo)溫度之差值； PID (s)是PID算法的傳遞函數(shù)；WIDE是PID算法獲得的加熱電流的方波占空比；Gp(S)e- τ s是電流通過加熱電阻產(chǎn)生溫度變化的傳遞函數(shù)，τ是延時時間；Gp (s) (Ι-e- τ s)是Smith預(yù)測器的傳遞函數(shù)。在程序中，Gp(S)根據(jù)PWM寬度和采樣所得的實際溫度值的關(guān)系來預(yù)測，延時效果 (Ι-e- τ s)用下面方法得到設(shè)η = τ *Fs，F(xiàn)s是采樣頻率，η即是純滯后折合采樣頻率后的數(shù)字周期。在控制單元的存儲模塊中專門設(shè)置η個單元用于存放歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)前采樣的溫度 值總是存放在第η個單元，這樣，從1號單元輸出的信號就是滯后了 η個采樣周期的信號。 預(yù)熱算法的各參數(shù)可以是根據(jù)有限次實驗獲得的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。加熱元件可以為加熱電阻，溫度傳感器元件可以為熱敏電阻；加熱元件也可以為 其它能夠接受電流而發(fā)熱的元件，溫度傳感器元件也可以為其它能夠采樣溫度信號并能反 饋溫度信號至主機控制單元的元件。通過以上對本發(fā)明實施例的說明可以看出，通過設(shè)置隔熱件，能夠阻斷感溫頭和 探棒之間的熱量傳遞，不僅結(jié)構(gòu)簡單，有效減少了探頭的反應(yīng)時間和預(yù)測時間，因而減少探 頭總的反應(yīng)時間。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種電子溫度測量儀探頭，其特征在于包括探棒、具有半封閉腔體的感溫頭及用于阻斷所述感溫頭和探棒之間熱量傳遞的隔熱件，所述腔體內(nèi)具有溫度傳感器元件，所述隔熱件連接所述感溫頭和所述探棒，且所述隔熱件將所述感溫頭和所述探棒隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫度測量儀探頭，其特征在于所述隔熱件與感溫頭和 探棒均為粘接固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫度測量儀探頭，其特征在于所述加熱元件和溫度傳 感器元件均通過導(dǎo)熱膠粘接在所述腔體內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫度測量儀探頭，其特征在于所述隔熱件由單一的絕 熱材料組成，用于阻斷所述感溫頭和探棒之間熱量傳遞；或所述隔熱件包括多層材料，其中包括至少一層絕熱材料與至少一層高強度材料，且其 中所述絕熱材料層與感溫頭及探棒連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫度測量儀探頭，其特征在于所述感溫頭、隔熱件和探 棒之間填充有絕熱材料，所述填充物導(dǎo)熱系數(shù)低，用于填充所述感溫頭與隔熱件以及探棒 之間形成的封閉或者半封閉的空間。
6.一種電子溫度測量儀探頭，其特征在于包括探棒、具有腔體的感溫頭，所述腔體內(nèi) 包括用于感應(yīng)溫度并將溫度轉(zhuǎn)變成信號進(jìn)行傳輸?shù)臏囟葌鞲衅髟銮惑w內(nèi)還包括用 于加熱其他物質(zhì)的加熱元件，所述感溫頭為熱的良導(dǎo)體，所述溫度傳感器和加熱元件位于 感溫頭的內(nèi)壁上，所述溫度傳感器元件和加熱元件的位置關(guān)系為當(dāng)加熱元件工作時，加熱 感溫頭內(nèi)壁，使之接近溫度傳感器元件溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子溫度測量儀探頭，其特征在于所述感溫頭為軸線對稱的回轉(zhuǎn)體；所述溫度傳感器元件和加熱元件的位置關(guān)系具體為所述溫度傳感器和加熱元件徑向相對；且，在所述感溫頭的展開平面上，當(dāng)所述溫度傳感器位于所述展開平面的中軸線上時， 所述溫度傳感器與加熱元件的距離為L2，所述中軸線向探棒方向與感溫頭端面的交點與加 熱元件的距離為Li，L2 = k*Ll，k的范圍為0. 1 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子溫度測量儀探頭，其特征在于所述k的范圍是0.5 1。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一項所述的電子溫度測量儀探頭，其特征在于所述探頭還 包括用于阻斷感溫頭和探棒之間熱量傳遞的隔熱件，所述隔熱件連接感溫頭和探棒，且所 述隔熱件將感溫頭和探棒隔開。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項所述的電子溫度測量儀探頭，其特征在于所述感溫頭 包括圓錐形頭部和圓柱形主體部，所述空腔包括相連通的設(shè)于頭部的第一空腔和設(shè)于主體 部的第二空腔，所述第二空腔延伸至所述主體部的端面，所述溫度傳感器元件固定于所述 第一空腔內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10任一項所述的電子溫度測量儀探頭，其特征在于還包括控 制單元，用于從所述溫度傳感器元件接收溫度信號，控制對所述加熱元件的加熱；所述控制單元包括延時補償閉環(huán)PID預(yù)熱模塊，用于控制對所述加熱元件的加熱。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子溫度測量儀探頭，其特征在于所述延時補償閉環(huán)PID 預(yù)熱模塊為smith預(yù)測器的純延時補償器。
13.一種電子溫度測量儀，其特征在于包括權(quán)利要求1至12中任意一項所述的探頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子溫度測量儀及其探頭，所述探頭包括探棒、具有半封閉腔體的感溫頭及用于阻斷所述感溫頭和探棒之間熱量傳遞的隔熱件，所述腔體內(nèi)具有溫度傳感器元件，所述隔熱件連接所述感溫頭和所述探棒，且所述隔熱件將所述感溫頭和所述探棒隔開。通過設(shè)置隔熱件，能夠阻斷感溫頭和探棒之間的熱量傳遞，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且能使感溫頭的熱量盡量少的傳遞到探棒，降低了整個探頭的熱容，有效減少了探頭的反應(yīng)時間。
文檔編號A61B5/01GK101943612SQ200910108618
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者張波, 彭善德 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司