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PATENTANSPRÜCHE
1. Elektronisches Thermometer zur Anzeige einer durch Extrapolation von Messwerten bestimmten Temperatur, welche Messwerte sich zufolge thermischer Zeitkonstanten eines Temperaturfühlers ändern, gekennzeichnet durch den Temperaturfühler (100) enthaltende Mittel (20) zur Messung der Temperatur, durch Mittel (30) zur Umwandlung der in einem ersten (tal) und in einem zweiten (t2), bestimmten Zeitpunkt ermittelten Temperaturmesswerte (T1, T2) in Signale, welche eine veränderliche, durch die Temperaturmesswerte bestimmte Impulsfrequenz haben, durch Zählmittel (34), welche auf die Signale gemäss einem durch die Gleichung
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dargestellten Algorithmus reagieren, in welcher Gleichung TF der extrapolierte Temperaturwert ist, T1 die im ersten Zeitpunkt (tal) gemessene Temperatur,
T2 die im zweiten Zeitpunkt (t2) gemessene Temperatur, At der Zeitunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt, T eine vom Temperaturfühler (100) abhängige Zeitkonstante und e die Basis des natürlichen Logarithmus, durch Mittel (50) zur visuellen digitalen Anzeige der Ergebnisse der Zählmittel (34), und durch Steuermittel (42,76, 80), welche mit den Umwandlungsmitteln (30) zu deren selektiven Freigabe im ersten und im zweiten Zeitpunkt sowie mit den Zählmitteln (34) zu deren Steuerung verbunden sind, um die Impulse der Signale mit veränderlicher Impulsfrequenz gemäss dem genannten Algorithmus zu zählen.
2. Thermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel einen Quarzoszillator (76), elektrisch mit dem Oszillator (76) verbundene Dekadenzähler (80) zum Zählen der durch den Oszillator (76) erzeugten Schwingungen und mehrere logische Verknüpfungselemente (42) umfassen, die mit den Zählmitteln (34) zur Erzeugung von Ausgangssignalen verbunden sind, nachdem eine bestimmte Impulszahl von den Dekadenzählern (80) gezählt wurde.
3. Thermometer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichriet durch Mittel (28), die mit den Temperaturmessmitteln (20) und den Umwandlungsmitteln (30) zur Erzeugung der veränderlichen Impulsfrequenz verbunden sind, derart, dass der extrapolierte Temperaturwert entweder in Fahrenheit- oder in Celsiuseinheiten angezeigt wird.
4. Thermometer nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Schaltungsmittel (52,62), die mit den Zählmitteln (34) und den Anzeigemitteln (50) verbunden sind, um selektiv die höchstwertige Ziffer der visuellen Anzeige unwirksam zu machen, wenn die Zählmittel (34) eine Zahl unter einer bestimmten Grösse enthalten.
5. Thermometer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine elektrische Stromquelle (86) und einen Netzschalter (38), der elektrisch mit der Stromquelle (86) und den logischen Verknüpfungselementen (42) verbunden ist, um die Stromquelle (86) nach dem Auftreten eines Signals der Verknüpfungselemente (42), z.B. des nach vierzig Impulsen erzeugten Signals, abzuschalten.
6. Thermometer nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Spannungsanzeigevorrichtung (68), die mit der Stromquelle (86) und den visuellen Anzeigemitteln (50) verbunden ist, um die Anzeige nach dem Auftreten eines bestimmten Spannungswertes zu beleuchten.
7. Thermometer nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch Mittel (88), die mit den logischen Verknüpfungselementen (42) und den Anzeigemitteln (50) verbunden sind, um die visuelle Anzeige nach dem Auftreten eines Signals der Verknüpfungselemente (42) unwirksam zu machen.
8. Thermometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Steuerung der veränderlichen Impulsfrequenz mehrere Stellwiderstände (122a,124a) umfassen, um die gemessene Temperatur entweder in Fahrenheit- oder Celsiuseinheiten anzugeben.
9. Thermometer nach einem der Ansprüche 2,3,5,7 und 8, gekennzeichnet durch einen Binärverteiler (78), der elektrisch zwischen den Quarzoszillator (76) und die Dekadenzähler (80) geschaltet ist, um das Oszillatorausgangssignal in ein im Sekundentakt auftretendes Impulssignal zu teilen.
10. Thermometer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsmittel einen Oszillator (30) umfassen, dessen Frequenz durch den Temperaturfühler (100) gesteuert wird, und dass die Steuermittel für die Anzeige in Fahrenheit- oder Celsiuseinheiten umschaltbare elektrische Elemente (112, 114, 122, 124, 122a, 124a) und Schaltmittel (116) umfassen, um die elektrischen Elemente alternativ mit dem Oszillator (30) zu koppeln, derart, dass der Oszillator (30) in alternativen Schwingungstypen schwingt, um eine Anzeige entweder in Fahrenheit- oder Celsiuseinheiten zu ermöglichen.
11. Thermometer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Messung von Temperaturen eine Sonde (20) umfassen, die den Temperaturfühler (100) enthält, und dass einige der umschaltbaren elektrischen Elemente (112, 114) sich in der Sonde (20) befinden.
12. Thermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel Mittel (42, 92, 94) zur Erzeugung mindestens eines Zeitsignals zur Verwendung für eine Funktion umfassen, die genaue Zeitmessung erfordert.
13. Thermometer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (42,92, 94) zur Erzeugung zumindest eines Zeitsignals nach mindestens einer vorbestimmten Zeitperiode ausgebildet sind.
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Thermometer zur Anzeige einer durch Extrapolation von Messwerten bestimmten Temperatur, welche Messwerte sich zufolge thermischer Zeitkonstanten eines Temperaturfühlers ändern.
Die Tendenz, physikalische Messvorrichtungen zu elektrifizieren, setzt sich neuerdings auch auf dem medizinischen Gebiet durch. Elektronische Zeitmesser zur Messung des Pulses, starke akustische Verstärker zum Abhören des fötalen Herzens und elektronische Temperaturmessvorrichtungen sind bereits weit verbreitet. Eine solche elektronische Temperaturmessvorrichtung, in der ein verhältnismässig billiger Thermistor und eine elektronische Vorhalt-Schaltung zur schnellen Messung der Temperatur eines Patienten enthalten ist, ist bereits vorgeschlagen worden.
Obwohl viele dieser bekannten Systeme digital arbeiten, erlauben ihre Komponenten und Schaltungselemente doch nicht gleichzeitig die oft wünschenswerten hohen Geschwindigkeiten und eine Miniaturisierung. Überwiegend ist es notwendig, diskrete Komponenten und diskrete logische Elemente beim Entwurf und der Herstellung dieser hochentwickelten medizinischen elektronischen Schaltungen zu verwenden. Aufgrund des zur Verfügung stehenden geringen Platzes ist es nicht immer möglich, die erwünschte Anzahl von Funktionen in eine einzige Anordnung einzuschliessen.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein elektronisches Thermometer der eingangs genannten Art zu schaffen, das unter Verwendung digitaler Techniken die Temperatur in kurzer Zeit messen kann und hierzu preiswerte Temperaturfühler und leicht erhältliche elektronische Bauelemente verwenden kann.
Erfindungsgemäss weist das elektronische Thermometer die
im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung können Mittel vorhanden sein, die mit den Temperaturmessmitteln und den Umwandlungsmitteln zur Erzeugung der veränderlichen Impulsfrequenz verbunden sind, derart, dass der extrapolierte Temperaturwert entweder in Fahrenheit- oder in Celsiuseinheiten angezeigt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine charakteristische Kruve des Ansprechens eines typischen Thermistor-Temperaturmessers auf die Temperatur, wobei die Temperatur über der Zeit aufgetragen ist,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Temperaturmessvorrichtung gemäss der Erfindung,
Fig. 3 ein schematisches Schaltbild eines Celsius/Fahren beit-Schalters, wie er in der Vorrichtung gemäss Fig. 2 verwendet wird und
Fig. 4 ein Schaltbild der in der Vorrichtung gemäss Fig. 2 verwendeten logischen Verknüpfungselemente.
Fig. 1 stellt eine typische Ansprechkurve eines im Handel erhältlichen Thermistor-Temperaturmessers dar. Auf der Ordinatenachse T ist die Temperatur und auf der Abszissenachse t die Zeit aufgetragen. Die eigentliche Ansprechkurve 10 ist im allgemeinen eine Exponentialkurve, obwohl sie nicht unbedingt eine exakte Exponentialkurve sein muss. Da es Aufgabe der Erfindung ist, die Verwendung von verhältnismässig preiswerten und leicht erhältlichen Thermistoren zu ermöglichen, werden diese Thermistoren naturgemäss nicht in der Lage sein, genaue Messungen über einen weiten Temperaturbereich vorzunehmen. Weil das Ansprechen des Thermistors nicht unter einen bestimmten Wert fallen kann, der als Schwellwert TR bezeichnet werden kann, wird der Schwellwert nie ganz die wahre Endtemperatur, TF, erreichen, sondern sich ihr nur nähern.
Nur zwei Messungen zu vorbestimmten Zeiten sind zur genauen und schnellen Vorhersage des Endwertes von TF erforderlich. Diese in zweckmässiger Weise plazierten Messungen sind als T1 bei t, und als T2 bei t2 gezeigt. Mit der Kenntnis der bestimmten Zeiten, zu denen die Messungen vorgenommen werden müssen, ist auch die Kenntnis des Zeitraumes At zwischen beiden Zeitpunkten erforderlich. Der Wert von At kann als Funktion der thermischen Ansprechkonstanten x des verwendeten Thermistors ausgedrückt werden. Dies geschieht nach der Gleichung At=X-ln2
Angenommen, die typische thermische Ansprechkonstante betrage 20, dann ergibt die Gleichung ein At von ungefähr 14 Sekunden. Diese Zeit ist kurz genug, um im vorliegenden Thermometer verwendet werden zu können.
Obwohl die Geschwindigkeit von grosser Bedeutung ist, ist es nicht immer vorteilhaft, die erste Messung zu kurz nach dem Einsetzen der Sonde in den Patienten vorzunehmen.
In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt. Die in den Körper des Patienten eingesetzte Thermistorsonde 20 erzeugt an ihren Ausgängen 22,24 und 26, die mit dem Celsius/Fahrenheit (C/ F)-Schalter 28 verbunden sind, eine entsprechende Widerstandsänderung. Der C/F-Schalter 28 ist elektrisch mit einem Temperatur/Frequenz-Analog/Digital-Wandler 30 verbunden, der im einzelnen in Fig. 3 dargestellt ist. Der A/D-Wandler 30 wandelt die von der Temperatur abhängige Analogspannung, die durch die Veränderung des Widerstands erzeugt wird, in ein Digitalsignal, das jetzt die Temperaturinformation besitzt, die als Impulsfrequenz ausgedrückt wird. Kernstück des A/D Wandlers 30 bildet ein Oszillator, dessen Schwingungsperiode durch den Widerstand des sich in der Sonde 20 befindlichen Thermistors gesteuert wird.
Das Digitalsignal, das jetzt die Temperaturinformation in seiner Impulsfrequenz enthält, wird über die Leitung 32 einem herkömmlichen Aufwärts/Abwärts Dekadenzähler 34 zugeführt. Der Dekadenzähler 34 wird durch ein Signal über die Leitung 36 von dem Netzschalter 38 jedesmal gelöscht oder zurückgesetzt, wenn die Vorrichtung verwendet werden soll, d.h. wenn der Netzschalter 38 betätigt wird. Die Arbeitsweise des Aufwärts/Abwärts-Dekadenzählers 34 wird durch ein Aufwärts/Abwärts-Steuersignal über die Leitung 40 gesteuert, das von einem logischen Verknüpfungselement 42 erzeugt wird. Das logische Verknüpfungselement 42 ist in seinen Einzelheiten in Fig. 4 dargestellt.
Da die Erfindung auf der obenstehenden Gleichung zur Erzeugung einer Annäherung der Temperatur beruht, muss die Zeit At zwischen den beiden Temperaturmessungen gesteuert werden. Der Temperatur/Frequenz-Wandler wird zu bestimmten Zeiten durch ein vom logischen Verknüpfungselement 42 erzeugtes und über die Leitung 44 geleitetes Signal freigegeben.
Die erhaltene Endtemperatur ist gleich zweimal der zweiten Temperaturmessung (T2) minus der ersten Temperaturmessung (kl). Da T1 zuerst erscheint, wird, um sie abzuziehen, der Zähler 34 zuerst durch einen Befehl auf Leitung 40 auf Abwärtszählen gesetzt. Das logische Verknüpfungselement 42 erzeugt dann ein Freigabesignal auf die Leitung 44, und T1 wird in den Zähler 34 über die Leitung 32 eingegeben. Um den doppelten Wert von T2 einzugeben und, da die Temperatur durch einen kontinuierlichen Impulsstrom wiedergegeben wird, ist es nur notwendig, das Signal über die Leitung 32 in den Zähler 34 für eine Zeit einzugeben, die doppelt so gross ist wie die Zeit, während der T1 eingegeben wurde. Ein Zeitraum von einer Sekunde für T1 und von zwei Sekunden für T2 ergibt befriedigende Ergebnisse.
Wenn daher das Signal über die Leitung 44 den Wandler 30 für einen Zeitraum von zwei Sekunden freigibt, -muss das Abwärtssteuersignal über die Leitung 40 dem Zähler 34 den Befehl geben, aufwärtszuzählen. Dann wird der Zähler 34 eine Anzahl von Impulsen erhalten, die doppelt so gross wie die zweite Temperaturmessung abzüglich der ersten Temperaturmessung ist.
Der Inhalt des Zählers 34 wird dann parallel einem herkömmlichen Zwischenspeicher 46 und einem Multiplexer 48 eingegeben. Der Multiplexer 48 dient dazu, den Stromverbrauch, der für den Betrieb der LED-Anzeige 50 benötigt wird, auf eine an sich bekannte Weise zu verringern. Nachdem der Zählerinhalt in einem herkömmlichen Dekoder 52 dekodiert wurde, wird er durch die LED-Anzeige 50 angezeigt. Ein Oszillator 54 und ein Ziffernwähler 56 dienen als Anzeigesteuergerät und sind mit dem Multiplexer 48 durch eine Leitung 58 verbunden. Zähler 34, Speicher 46, Multiplexer 48, Dekoder 52, Oszillator 54 und Ziffernwähler 56 sind im Handel als einfache integrierte, durch die gestrichelte Linie 60 gekennzeichnete Schaltung erhältlich.
Es ist bekannt, wie diese Funktionselemente verbunden werden, um Impulssignale aufzunehmen und die in den Impulssignalen enthaltene Information anzuzeigen.
Da das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung die Körpertemperatur eines Menschen messen und anzeigen soll, muss die Anzeige Zahlen anzeigen können, die grösser als neunundneunzig sind. Die Einhunderteranzeige muss jedoch nur eine Eins anzeigen und, da ein niedriger Stromverbrauch wichtig ist und es nicht nötig ist, eine Temperatur als 098,6 anzuzeigen, sieht man ein Mittel vor, das die Einhunderterstelle löscht, es sei denn, sie zeigt eine Eins an. Ein Grösser-als-Ein- * hundert-Anzeiger 62 ist mit dem höchstwertigen Ziffersignal mit der Leitung 64 von einem Dekoder 66 und mit der Leitung 58 des Ziffernwählers 56 verbunden.
Der Grösser-als-Einhundert-Anzeiger 62 wird durch ein logisches Verknüpfungsglied gebildet, das ein Freigabesignal auf der Leitung 66 erzeugt, um die Hunderterziffer nur dann freizugeben, wenn eine Eins ange zeigt werden muss und sie nicht freizugeben, um die Anzeige einer Null zu verhindern.
Zur Vermeidung falscher Anzeigen aufgrund zu niedriger Spannung ist ein Batterieanzeigegerät 68 vorgesehen. Das Batterieanzeigegerät 68 kann ein Gleichheitsprüfgerät sein, das die innere Vorspannung Vce einer Leitung 70 mit einem festen Spannungsabfall in einer Diode oder dergleichen vergleicht. Die Batterieanzeigevorrichtung hat auch einen Eingang, der mit dem Ausgang des Anzeigesteuergerätes über eine Leitung 72 verbunden ist und einen Ausgang 74, der mit allen Dezimalkommas in der LED-Anzeige 50 verbunden ist.
Wenn die Spannung in der Leitung 70 unter einen vorbestimmten Wert fällt, wird das Anzeigesteuergerät durch die Leitung 72, der Anzeiger 68 und der Ausgang 74 mit allen Dezimalkommas in der Anzeige 50 verbunden, die kontinuierlich beleuchtet werden und dadurch das Bedienungspersonal darauf aufmerksam machen, dass die Batteriespannung einen Minimalwert unterschritten hat.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es wünschenswert, dass die Messungsvorhersagefunktion innerhalb von dreissig Sekunden durchgeführt wird. Ausserdem ist es, wie oben erwähnt, notwendig, die genauen Zeiten zu kennen, zu denen die beiden Temperaturmessungen durchgeführt werden. Daher ist eine genaue Zeitgebervorrichtung erforderlich. Es ist ein quarzgesteuerter Oszillator oder Zeitgeber 76 vorgesehen, der über eine Leitung 77 ein Signal mit einer Frequenz von 2 097 152 Schwingungen pro Sekunde erzeugt. Dieses Signal wird dann einem 21-stufigen Binärverteiler 78 zugeführt und erzeugt dadurch eine genau 1,0 Sekunden lange Zeitgeberimpulsserie. Diese Impulsserie wird dann über eine Leitung 79 einer Gruppe von Dekadenzählern 80 zugeführt, die im einzelnen in Fig. 4 dargestellt sind.
Die Dekadenzähler 80 werden dann durch Mehrfachleitungen 82 verbunden und durch dasselbe Signal über die Leitung 36 freigegeben, das zum Freigeben des Zählers 34 verwendet wird. Der Zeitgeber 76, die Dekadenzähler 80 und das logische Verknüpfungselement 42 wirken zusammen, um die innere Zeitsteuerung zu schaffen, die notwendig ist, um den Temperatur/Frequenz-Analog/Digital Wandler 30 in die Lage zu versetzen, das Signal über die Leitung 32 zu erzeugen, das den vorhergesagten Temperaturwert enthält.
Das logische Verknüpfungselement 42, das im einzelnen in Fig. 4 dargestellt ist, erzeugt ausser dem Aufwärts/Abwärts Befehl über die Leitung 40 an den Zähler 34 auch den Abschaltbefehl, der über eine Leitung 84 dem Netzschalter 38 zugeführt wird. Dieser Befehl dient dazu, den Strom zur Schonung der Batterie 86 abzuschalten, nachdem ein bestimmter Zeitraum vergangen ist. Erfahrungsgemäss reichen vierzig Sekunden bis zum Abschalten des Stromes aus. Das logische Verknüpfungselement 42 wird auch zur Steuerung eines Anzeige An/Aus-Schalters 88 verwendet, der ein Freigabesignal über eine Leitung 90 erzeugt, die mit dem LED-Anzeige-Dekoder 52 verbunden ist. Dieses Freigabesignal dient dazu, einen Löschimpuls an den Dekoder 52 zu geben, so dass die Anzeige nicht den Anstieg der Temperatur, sondern nur die endgültige anzuzeigende Temperatur anzeigt.
Das logische Verknüpfungselement 42, die Dekadenzähler 80 und der quarzgesteuerte Zeitgeber 76 erzeugen auch Zeitsignale zu vorgewählten Intervallen. Z.B. kann über die Leitung 92 ein Signal erzeugt werden, nachdem 30 Sekunden vergangen sind, und ein weiteres Signal kann, nachdem 30 Sekunden vergangen sind über die Leitung 94 erzeugt werden. Diese Signale können mit Anzeigelampen oder Summern zur Verwendung beim Pulsmessen oder anderen Aufgaben, die genaues Zeitnehmen erfordern, verwendet werden.
In Fig. 3 werden die Sonde, Celsius-Fahrenheitschalter und Temperatur/Frequenz-Analog/Digital-Wandler genauer dargestellt. Die Sonde 20 enthält ein einziges Thermistorelement 100 und besitzt eine direkte Ausgangsleitung 22. Die andere Ausgangsleitung 110 des Thermistors ist mit zwei Stellwiderständen 112 und 114 verbunden, die zur Eichung des Thermistors 100 dienen. Es sind zwei Stellwiderstände erforderlich, da der Thermistor für zwei getrennte Temperaturskalen verwendet wird.
Der Celsius/Fahrenheit-Sehalter 28 besteht aus einem von Hand zu betätigenden dreipoligen Umschalter 116. Der A/D Wandler 30 ist ein Oszillator, dessen Oszillationsfrequenz von R und C abhängig ist. In diesem Fall wird der Widerstand verändert. Ein herkömmlicher Operationsverstärker 120 ist auf bekannte Weise so verbunden, dass er einen freischwingenden Multivibrator bildet, ausser dass die Thermistorsonde 20 in den Rückführungsweg eingesetzt ist. Daher verändert sich die Oszillationsfrequenz oder Impulsserie mit der von dem Thermistor 100 abgefühlten Temperatur. Da die Erfindung ein Signal erzeugt, das eine Impulszahl besitzt, die eine Temperatur in einer von zwei verschiedenen Skalen wiedergibt, muss der Verstärker 120 in zwei verschiedenen Frequenzen oszillieren.
Um dies zu erreichen, sind zusätzlich zu den beiden Stellwiderständen 112 und 114 in dem Rückführungsweg zwei getrennte Kondensatoren 122 und 124 durch den Schalter 116 mit dem Verstärker 120 verbunden. Der Wandler 30 in Fig. 2 wird freigesetzt, d.h.
der Operationsverstärker 120 wird durch ein Freigabesignal, das auf Leitung 44 erscheint, veranlasst zu oszillieren. Wie oben erwähnt, wird dieses Signal durch das logische Verknüpfungselement 42 erzeugt und schaltet den Oszillator zu einer bestimmten Zeit für eine Sekunde und später, wiederum zu einer vorbestimmten Zeit, für zwei Sekunden an. Der Ausgang des Oszillators wird durch einen herkömmlichen Verstärker 126 geführt, bevor er über die Leitung 32 dem Aufwärts/Abwärts Zähler 34 der Fig 2 zugeführt wird.
In Fig. 4 werden die Dekadenzähler und das logische Verknüpfungselement im einzelnen dargestellt. Das 2 097 152 Hz Signal wird über die Leitung 77 von dem quarzgesteuerten Zeitgeber 76 in Fig. 2 dem Binärverteiler 78 zugeführt, der im 1,0 Sekunden-Takt zählt, d.h. er erzeugt alle 1,0 Sekunden ein Signal über die Leitung 78. Dieses Signal wird einem Dekadenzähler 144 zugeführt, der jetzt in Ein-Sekunden-Intervallen zählt und alle zehn Sekunden ein Übertragungssignal über die Leitung 146 erzeugt. Das Zeitgebersignal wird dann dem letzten Dekadenzähler 148 zugeführt, der in zehn-Sekunden-Intervallen zählt. Die Dekadenzähler 144 und 148 und der Binärvertei ler 78 werden durch das Rücksetzsignal über die Leitung 36 von dem Netzschalter rückgesetzt.
Dieses Rücksetzsignal stammt jedoch von den Dekadenzählern, da, wie oben erwähnt, der Netzschalter nach 40 Sekunden abgeschaltet wird. Der Dekadenzäh ler 148 wird dann an der Ziffer-Vier-Abgriffstelle abgegriffen, und dieses Signal wird über eine Leitung 150 einem UND-Verknüpfungselement 152 zugeführt, das einen Teil des logischen Verknüpfungselementes bildet. Die zweite Eingabe zu dem UND-Verknüpfungselement 152 bildet die Vorspannung Vtc und, wenn beide Signale vorhanden sind, wird ein Signal auf Leitung 84 erzeugt, das dazu dient, den Netzschalter abzuschalten. Wie oben erwähnt, muss ein Freigabesignal an dem Temperatur/Frequenz-Wandler eine Sekunde lang nach dem Ablauf von 15 Sekunden und ebenso zwei Sekunden lang nach dem Ablauf von dreissig Sekunden vorhanden sein.
Diese Freigabesignale müssen in die Leitung 44 gelangen, die dem Temperatur/Frequenz-Wandler 30 in Fig. 2 zugeführt wird, und werden durch ein 1 UND-Verknüpfungselement 154 mit drei Eingängen erzeugt. Darüber hinaus sind drei UND-Verknüpfungselemente 156. 158 und 160 vorhanden. deren Ausgänge mit dem UND Verknüpfungselement 154 verbunden sind. Diese UND-Verknüpfungselemente 156, 158 und 160 besitzen als Eingänge die verschiedenen Ausgangsabgriffe von den Dekadenzählern 144 und 148. Diese Ausgangsabgriffe werden auf bekannte Weise gewählt, um ein Ausgangssignal über die Leitung 44 bei fünfzehn Sekunden, dreissig Sekunden und einunddreissig Sekun den zu erzeugen.
Es ist erforderlich, ein Freigabesignal bei einunddreissig Sekunden zu erzeugen, da das Freigabesignal zwei Sekunden lang vorhanden sein muss, nachdem dreissig Sekunden vergangen sind. Um die zusätzlichen Zeitsignale über die Leitungen 92 und 94 zu erzeugen, ist ein doppeltes Flip-Fiop 162 vorgesehen. Wie oben erwähnt, ist in der Leitung 92 ein Signal nach fünfzehn Sekunden vorhanden, was dadurch erreicht wird, dass eines der Flip-Flops mit einem Signal über die Leitung 164, das durch ein UND-Verknüpfungselement 166 erzeugt wurde, gesetzt wird. Dieses UND-Verknüpfungselement 166 ist mit den Dekadenzählern 144 und 146 so verbunden, dass es nach dem Ablauf von fünfzehn Sekunden ein Ausgangssignal erzeugt.
Ebenso wird die zweite Hälfte des doppelten Flip-Flop 162 direkt durch ein Signal von dem Dekadenzäh ler 148 gesetzt, der in Zehn-Sekunden-Intervallen zählt, nachdem dreissig Sekunden vergangen sind. Dieses Dreissig-Sekunden-Signal wird ebenso auf Leitung 40 dem Aufwärts/Abwärts Dekadenzähler 34 in Fig. 2 zugeführt und dient als das Aufwärts/Abwärts-Befehlssignal. Es soll für die zweite Temperaturmessung (T2) beim Erreichen von dreissig Sekunden abwärts zählen, wobei das Signal über die Leitung 40 dieses erforderliche Signal ist.
Die Einzelheiten des obigen Ausführungsbeispieles dienen nur als Beispiele. Es können jede Art von Thermistorsonden und verschiedene andere logische Elemente und Zähler verwendet werden.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1.Electronic thermometer for displaying a temperature determined by extrapolation of measured values, which measured values change as a result of thermal time constants of a temperature sensor, characterized by means (20) containing the temperature sensor (100) for measuring the temperature, by means (30) for converting the into a first (tal) and in a second (t2), determined point in time measured temperature values (T1, T2) in signals which have a variable pulse frequency determined by the measured temperature values, by counting means (34) which respond to the signals according to a equation
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the algorithm shown react in which equation TF is the extrapolated temperature value, T1 the temperature measured at the first point in time (tal),
T2 is the temperature measured in the second point in time (t2), At is the time difference between the first and second points in time, T is a time constant dependent on the temperature sensor (100) and e is the basis of the natural logarithm, by means (50) for the visual digital display of the results the counting means (34), and by control means (42, 76, 80), which are connected to the conversion means (30) for their selective release in the first and in the second point of time and with the counting means (34) for their control, in order to control the pulses count the signals with variable pulse frequency according to the algorithm mentioned.
2. Thermometer according to claim 1, characterized in that the control means comprise a quartz oscillator (76), electrically connected to the oscillator (76) decade counter (80) for counting the vibrations generated by the oscillator (76) and a plurality of logic logic elements (42) which are connected to the counting means (34) for generating output signals after a certain number of pulses has been counted by the decade counters (80).
3. Thermometer according to claim 1 or 2, gekennzeichriet by means (28) which are connected to the temperature measuring means (20) and the conversion means (30) for generating the variable pulse frequency, such that the extrapolated temperature value either in Fahrenheit or Celsius units is shown.
4. Thermometer according to claim 3, characterized by switching means (52,62) which are connected to the counting means (34) and the display means (50) to selectively disable the most significant digit of the visual display when the counting means (34) contain a number under a certain size.
5. Thermometer according to one of claims 2 to 4, characterized by an electrical current source (86) and a power switch (38) which is electrically connected to the current source (86) and the logic logic elements (42) to the current source (86) after the occurrence of a signal of the link elements (42), for example of the signal generated after forty pulses.
6. Thermometer according to claim 5, characterized by a voltage display device (68) which is connected to the current source (86) and the visual display means (50) to illuminate the display after the occurrence of a certain voltage value.
7. Thermometer according to one of claims 2 to 6, characterized by means (88), which are connected to the logic logic elements (42) and the display means (50) to the visual display after the occurrence of a signal of the logic elements (42) ineffective close.
8. Thermometer according to claim 3, characterized in that the means for controlling the variable pulse frequency comprise a plurality of variable resistors (122a, 124a) to indicate the measured temperature either in Fahrenheit or Celsius units.
9. Thermometer according to one of claims 2, 3, 5, 7 and 8, characterized by a binary distributor (78) which is electrically connected between the quartz oscillator (76) and the decade counter (80) in order to convert the oscillator output signal into a signal occurring every second Share pulse signal.
10. Thermometer according to claim 3 or 4, characterized in that the conversion means comprise an oscillator (30) whose frequency is controlled by the temperature sensor (100), and that the control means for the display in Fahrenheit or Celsius units switchable electrical elements (112 , 114, 122, 124, 122a, 124a) and switching means (116) to alternatively couple the electrical elements to the oscillator (30) such that the oscillator (30) vibrates in alternative vibration types to provide a display either in To enable Fahrenheit or Celsius units.
11. Thermometer according to claim 10, characterized in that the means for measuring temperatures comprise a probe (20) which contains the temperature sensor (100) and that some of the switchable electrical elements (112, 114) are in the probe (20 ) are located.
12. Thermometer according to one of claims 1 to 11, characterized in that the control means comprise means (42, 92, 94) for generating at least one time signal for use in a function which requires accurate time measurement.
13. Thermometer according to claim 12, characterized in that the means (42,92, 94) for generating at least one time signal are formed after at least a predetermined time period.
The invention relates to an electronic thermometer for displaying a temperature determined by extrapolation of measured values, which measured values change as a result of thermal time constants of a temperature sensor.
The tendency to electrify physical measuring devices has recently become established in the medical field. Electronic timers for measuring the pulse, powerful acoustic amplifiers for listening to the fetal heart and electronic temperature measuring devices are already widely used. Such an electronic temperature measuring device, which contains a relatively inexpensive thermistor and an electronic lead circuit for quickly measuring the temperature of a patient, has already been proposed.
Although many of these known systems work digitally, their components and circuit elements do not simultaneously allow the often desirable high speeds and miniaturization. It is predominantly necessary to use discrete components and discrete logic elements in the design and manufacture of these sophisticated medical electronic circuits. Due to the limited space available, it is not always possible to include the desired number of functions in a single arrangement.
The present invention has for its object to provide an electronic thermometer of the type mentioned, which can measure the temperature in a short time using digital techniques and for this purpose can use inexpensive temperature sensors and easily available electronic components.
According to the invention, the electronic thermometer has the
features stated in the characterizing part of patent claim 1.
In one embodiment of the invention, means can be provided which are connected to the temperature measuring means and the conversion means for generating the variable pulse frequency, such that the extrapolated temperature value is displayed either in Fahrenheit or Celsius units.
An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below. Show it
1 is a characteristic curve of the response of a typical thermistor temperature meter to the temperature, the temperature being plotted over time,
2 is a block diagram of a preferred embodiment of the temperature measuring device according to the invention,
Fig. 3 is a schematic diagram of a Celsius / driving beit switch, as used in the device according to FIG. 2 and
FIG. 4 is a circuit diagram of the logic logic elements used in the device according to FIG. 2.
1 shows a typical response curve of a commercially available thermistor temperature meter. The temperature is plotted on the ordinate axis T and the time on the abscissa axis t. The actual response curve 10 is generally an exponential curve, although it does not necessarily have to be an exact exponential curve. Since it is an object of the invention to enable the use of relatively inexpensive and readily available thermistors, these thermistors will naturally not be able to carry out precise measurements over a wide temperature range. Because the response of the thermistor cannot fall below a certain value, which can be referred to as the threshold value TR, the threshold value will never quite reach the true final temperature, TF, but will only approach it.
Only two measurements at predetermined times are required to accurately and quickly predict the final value of TF. These expediently placed measurements are shown as T1 at t and as T2 at t2. With the knowledge of the specific times at which the measurements have to be carried out, the knowledge of the time period At between the two times is also necessary. The value of At can be expressed as a function of the thermal response constant x of the thermistor used. This is done according to the equation At = X-In2
Assuming the typical thermal response constant is 20, the equation will give an At of approximately 14 seconds. This time is short enough to be used in the present thermometer.
Although speed is of the essence, it is not always beneficial to take the first measurement shortly after inserting the probe into the patient.
FIG. 2 shows a block diagram of a preferred exemplary embodiment of the invention. The thermistor probe 20 inserted into the patient's body generates a corresponding change in resistance at its outputs 22, 24 and 26, which are connected to the Celsius / Fahrenheit (C / F) switch 28. The C / F switch 28 is electrically connected to a temperature / frequency analog / digital converter 30, which is shown in detail in FIG. 3. The A / D converter 30 converts the temperature-dependent analog voltage generated by the change in resistance into a digital signal which now has the temperature information, which is expressed as the pulse frequency. The heart of the A / D converter 30 is an oscillator, the oscillation period of which is controlled by the resistance of the thermistor located in the probe 20.
The digital signal, which now contains the temperature information in its pulse frequency, is fed via line 32 to a conventional up / down decade counter 34. The decade counter 34 is cleared or reset by a signal on line 36 from the power switch 38 each time the device is to be used, i.e. when the power switch 38 is operated. The operation of the up / down decade counter 34 is controlled by an up / down control signal over line 40 generated by a logic gate 42. The logic logic element 42 is shown in detail in FIG. 4.
Since the invention is based on the above equation to produce an approximation of temperature, the time At between the two temperature measurements must be controlled. The temperature / frequency converter is released at certain times by a signal generated by the logic combination element 42 and passed via the line 44.
The final temperature obtained is twice the second temperature measurement (T2) minus the first temperature measurement (kl). Since T1 appears first, to subtract it, counter 34 is first set to count down by a command on line 40. Logic logic element 42 then generates an enable signal on line 44 and T1 is input to counter 34 via line 32. To enter twice the value of T2 and, since the temperature is represented by a continuous pulse current, it is only necessary to enter the signal via line 32 into the counter 34 for a time which is twice the time during which T1 was entered. A period of one second for T1 and two seconds for T2 gives satisfactory results.
Therefore, if the signal on line 44 enables transducer 30 for a period of two seconds, the down control signal on line 40 must command counter 34 to count up. Then the counter 34 receives a number of pulses which is twice the size of the second temperature measurement minus the first temperature measurement.
The content of the counter 34 is then input in parallel to a conventional buffer 46 and a multiplexer 48. The multiplexer 48 serves to reduce the power consumption which is required for the operation of the LED display 50 in a manner known per se. After the counter content has been decoded in a conventional decoder 52, it is indicated by the LED display 50. An oscillator 54 and a digit selector 56 serve as a display control device and are connected to the multiplexer 48 by a line 58. Counter 34, memory 46, multiplexer 48, decoder 52, oscillator 54 and digit selector 56 are commercially available as a simple integrated circuit identified by the broken line 60.
It is known how these functional elements are connected in order to receive pulse signals and to display the information contained in the pulse signals.
Because the preferred embodiment of the invention is intended to measure and display a person's body temperature, the display must be able to display numbers greater than ninety-nine. However, the one-hundred display only needs to show a one and, since low power consumption is important and it is not necessary to display a temperature as 098.6, a means is provided to delete the one-hundred digit unless it shows a one . A greater than one hundred indicator 62 is connected to the most significant digit signal with the line 64 from a decoder 66 and with the line 58 of the digit selector 56.
The greater-than-one hundred indicator 62 is formed by a logic gate that generates an enable signal on line 66 to enable the hundreds digit only when a one is required to be displayed and not to enable it to indicate a zero prevent.
A battery indicator 68 is provided to avoid false readings due to low voltage. The battery indicator 68 may be a tester that compares the internal bias Vce of a line 70 with a fixed voltage drop in a diode or the like. The battery indicator also has an input connected to the display controller output via line 72 and an output 74 connected to all decimal points in the LED display 50.
When the voltage on line 70 drops below a predetermined value, the display controller is connected through line 72, indicator 68, and output 74 to all decimal points in display 50 that are continuously illuminated, thereby alerting operators that the battery voltage has fallen below a minimum value.
In the preferred embodiment of the invention, it is desirable that the measurement prediction function be performed within thirty seconds. In addition, as mentioned above, it is necessary to know the exact times at which the two temperature measurements are carried out. Therefore, an accurate timing device is required. A quartz-controlled oscillator or timer 76 is provided, which generates a signal with a frequency of 2 097 152 oscillations per second via a line 77. This signal is then fed to a 21-stage binary distributor 78 and thereby generates a series of timer pulses that is exactly 1.0 seconds long. This pulse series is then fed via line 79 to a group of decade counters 80, which are shown in detail in FIG. 4.
The decade counters 80 are then connected by multiple lines 82 and enabled by the same signal on line 36 that is used to enable the counter 34. The timer 76, the decade counters 80, and the logic gate 42 cooperate to provide the internal timing necessary to enable the temperature / frequency analog-to-digital converter 30 to enable the signal on line 32 generate that contains the predicted temperature value.
In addition to the up / down command via line 40 to the counter 34, the logic combination element 42, which is shown in detail in FIG. 4, also generates the switch-off command which is fed to the mains switch 38 via a line 84. This command is used to turn off power to conserve battery 86 after a period of time has passed. Experience has shown that forty seconds are enough to switch off the power. Logic logic element 42 is also used to control a display on / off switch 88 which generates an enable signal over line 90 which is connected to LED display decoder 52. This enable signal is used to give an erase pulse to decoder 52 so that the display does not show the rise in temperature but only the final temperature to be displayed.
The logic logic element 42, the decade counter 80 and the quartz-controlled timer 76 also generate time signals at preselected intervals. E.g. For example, a signal may be generated on line 92 after 30 seconds have passed and another signal may be generated on line 94 after 30 seconds have passed. These signals can be used with indicator lights or buzzers for use in pulse measurement or other tasks that require accurate timing.
3 shows the probe, Celsius Fahrenheit switch and temperature / frequency analog / digital converter in more detail. The probe 20 contains a single thermistor element 100 and has a direct output line 22. The other output line 110 of the thermistor is connected to two variable resistors 112 and 114, which are used to calibrate the thermistor 100. Two variable resistors are required because the thermistor is used for two separate temperature scales.
The Celsius / Fahrenheit sensor 28 consists of a manually operated three-pole switch 116. The A / D converter 30 is an oscillator whose oscillation frequency is dependent on R and C. In this case the resistance is changed. A conventional operational amplifier 120 is connected in a known manner to form a free-swinging multivibrator, except that the thermistor probe 20 is inserted in the return path. Therefore, the oscillation frequency or series of pulses changes with the temperature sensed by the thermistor 100. Because the invention produces a signal having a pulse number that represents a temperature on one of two different scales, amplifier 120 must oscillate at two different frequencies.
To achieve this, in addition to the two variable resistors 112 and 114 in the return path, two separate capacitors 122 and 124 are connected to amplifier 120 by switch 116. The transducer 30 in Fig. 2 is released, i.e.
operational amplifier 120 is caused to oscillate by an enable signal appearing on line 44. As mentioned above, this signal is generated by logic gate 42 and turns on the oscillator at a certain time for one second and later, again at a predetermined time, for two seconds. The output of the oscillator is passed through a conventional amplifier 126 before being fed via line 32 to the up / down counter 34 of FIG.
In Fig. 4, the decade counter and the logical link element are shown in detail. The 2,097,152 Hz signal is fed via line 77 from the quartz-controlled timer 76 in Fig. 2 to the binary distributor 78 which counts in 1.0 second intervals, i.e. it generates a signal over line 78 every 1.0 seconds. This signal is fed to a decade counter 144 which now counts at one second intervals and generates a transmission signal over line 146 every ten seconds. The timer signal is then fed to the last decade counter 148, which counts at ten second intervals. The decade counters 144 and 148 and the binary distributor 78 are reset by the reset signal via line 36 from the power switch.
However, this reset signal comes from the decade counters because, as mentioned above, the power switch is turned off after 40 seconds. The decade counter 148 is then tapped at the four-digit tap, and this signal is fed via line 150 to an AND logic element 152, which forms part of the logic logic element. The second input to the AND gate 152 is the bias voltage Vtc and, if both signals are present, a signal is generated on line 84 which is used to turn off the power switch. As mentioned above, an enable signal must be present on the temperature / frequency converter for one second after 15 seconds has elapsed and also for two seconds after thirty seconds have elapsed.
These enable signals must enter line 44, which is fed to the temperature / frequency converter 30 in FIG. 2, and are generated by a 1-AND logic element 154 with three inputs. In addition, there are three AND logic elements 156, 158 and 160. whose outputs are connected to the AND logic element 154. These AND gates 156, 158 and 160 have as inputs the various output taps from decade counters 144 and 148. These output taps are selected in a known manner to produce an output signal on line 44 at fifteen seconds, thirty seconds and thirty-one seconds.
It is necessary to generate an enable signal at thirty-one seconds because the enable signal must be present for two seconds after thirty seconds have passed. In order to generate the additional time signals via lines 92 and 94, a double flip-flop 162 is provided. As mentioned above, a signal is present on line 92 after fifteen seconds, which is accomplished by setting one of the flip-flops with a signal on line 164 generated by an AND gate 166. This AND gate 166 is connected to the decade counters 144 and 146 so that it generates an output signal after fifteen seconds.
Likewise, the second half of the double flip-flop 162 is set directly by a signal from the decade counter 148 that counts at ten-second intervals after thirty seconds have passed. This thirty-second signal is also supplied on line 40 to the up / down decade counter 34 in Fig. 2 and serves as the up / down command signal. It should count down for the second temperature measurement (T2) when it reaches thirty seconds, the signal via line 40 being this required signal.
The details of the above embodiment serve only as examples. Any type of thermistor probe and various other logic elements and counters can be used.