CN106687771A - 具有集成热通道的手持式测试仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种手持式测试仪，所述手持式测试仪包括具有向外表面的电热绝缘箱(“ETIC”)、具有设置在所述电绝缘箱内的热接触部分的测试仪电气部件(“TMEC”)、和至少一条热通道。所述热通道包括具有近侧接触表面的近侧接触部分、具有远侧表面的远侧接触部分、以及连接所述近侧接触部分和所述远侧接触部分的通道部分。所述热通道与所述ETIC集成在一起，使得所述热通道从所述向外表面延伸穿过所述ETIC，到达所述TMEC的所述热接触部分。所述延伸使得所述热通道的近侧接触表面在所述ETIC的外部，并且所述热通道的所述远侧表面与所述TMEC的所述热接触部分接触。所述热通道为导热性电绝缘通道。

Description

具有集成热通道的手持式测试仪
背景技术
技术领域
本发明整体涉及电子装置，具体地，涉及手持式测试仪以及相关方法。
相关领域的描述
医学领域中特别关注对流体样本中的分析物或流体样本的特性的测定(例如，检测和/或浓度测量)。例如，可期望测定体液诸如尿液、血液、血浆或间质液的样本中的葡萄糖、酮体、胆固醇、脂蛋白、三甘油酯、对乙酰氨基酚、血细胞比容和/或HbA1c的浓度。可使用采用例如视觉、光度或电化学测定技术的手持式测试仪以及相关分析测试条来实现此类测定。此类手持式测试仪包括各种电气部件，诸如温度传感器和微控制器。
附图说明
并入本文中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的目前优选实施方案，并且与上面给出的一般描述和下面给出的详细描述一起用于说明本发明的特征，其中：
图1为根据本发明实施方案的手持式测试仪的简化顶视图；
图2为图1的手持式测试仪的简化侧视图；
图3为沿图1的线A-A截取的图1的手持式测试仪的一部分的简化剖面图；
图4为图1的手持式测试仪的简化剖面(也沿着图1的线A-A)透视图；
图5A为图1的手持式测试仪的简化顶视图，该手持式测试仪经过拆卸，清楚地示出了手持式测试仪外壳内的印刷电路板(PCB)；
图5B为图5A的简化顶视图的一部分；
图5C为如图5A和图5B中所拆卸的图1的手持式测试仪的一部分的简化透视图；
图6A为缺少集成热通道的图1的手持式测试仪的简化顶视图；
图6B为缺少集成热通道的图1的手持式测试仪的一部分的简化顶视图；
图6C为缺少集成热通道的图1的手持式测试仪的一部分的简化透视图；
图7A为包括其集成热通道的图1的手持式测试仪的一部分的简化顶视图；
图7B为包括其集成热通道的图1的手持式测试仪的一部分的简化透视图；
图8为图1的手持式测试仪的一部分的简化剖面图，该手持式测试仪包括集成热通道、电子部件(即，热传感器)，该电子部件与例示性热传递电气示意模型一起设置在印刷电路板(PCB)上；
图9为温度Δ(dT)与时间(单位：秒)的对比曲线图，该图示出了本发明实施方案中所采用的热通道的有利方面；并且
图10为示出了采用根据本发明实施方案的手持式测试仪的方法中各阶段的流程图。
具体实施方式
应参考附图来阅读下面的详细说明，其中不同附图中类似的要素相同编号。未必按比例绘制的附图仅出于说明的目的描绘示例性实施方案，并且不旨在限制本发明的范围。具体实施方式以举例的方式而不是限制性方式示出本发明的原理。此具体实施方式将明确地使得本领域技术人员能够制备和使用本发明，并且描述了本发明的若干实施方案、适应型式、变型形式、替代形式和用途，包括目前据信是实施本发明的最佳方式。
如本文所用，针对任何数值或范围的术语“约”或“大约”表示允许某部件零件或多个部件的集合执行如本文所述的其指定用途的适合的尺寸公差。如本文所用，术语“箱体”和“外壳”是指外部覆盖物或壳体。
根据本发明实施方案的手持式测试仪(诸如被构造用于测定体液样本中的分析物的手持式测试仪)包括具有向外表面的电热绝缘箱、具有设置在电热绝缘箱内的热接触部分的测试仪电气部件(例如，温度传感器或微控制器)、和至少一条热通道。
热通道包括具有近侧接触表面的近侧接触部分、具有远侧表面的远侧接触部分、以及连接近侧接触部分和远侧接触部分的通道部分。热通道与电热绝缘箱集成在一起，使得热通道从向外表面延伸穿过电热绝缘箱，到达测试仪电气部件的热接触部分。该延伸使得热通道的近侧接触表面在电热绝缘塑料箱的外部，并且热通道的远侧表面与测试仪电气部件的热接触部分接触。另外，热通道为导热性电绝缘通道。
根据本发明实施方案的测试仪在以下方面是有力的：例如热通道可被构造成直接将环境热量传递到电热绝缘箱内的温度传感器。此类手持式测试仪中的热传感器的精确度与响应时间均有所提升。例如，如果手持式测试仪的常规热响应时间(即，将以可操作方式与给定变化环境温度保持平衡的手持式测试仪内的热传感器的响应时间)为30分钟，根据本发明实施方案的手持式测试仪的响应时间显著缩短，例如，小于15分钟。热通道也可被构造成直接将设置在电热绝缘箱内的功率相对高的一个或多个发热电气部件(例如，微控制器、液晶显示器(LCD)和USB部件)的热量传递到环境中，从而防止箱体内出现热量过度堆积。
图1为根据本发明实施方案的手持式测试仪100的简化顶视图。图2为手持式测试仪100的简化侧视图。图3为沿图1的线A-A截取的手持式测试仪100的一部分的简化剖面图。图4为手持式测试仪100的简化剖面(沿着图1的线A-A)透视图。
图5A为手持式测试仪100的简化顶视图，该手持式测试仪处于拆卸状态(即，一些部件没有示出)，清楚地示出了手持式测试仪100的外壳内的印刷电路板(PCB)。图5B为图5A的手持式测试仪100的简化顶视图的一部分。图5C为如图5A和图5B中所拆卸的手持式测试仪100的一部分的简化透视图。图6A为缺少集成热通道的图1的手持式测试仪的简化顶视图。图6B为缺少集成热通道的图1的手持式测试仪的一部分的简化顶视图。图6C为缺少集成热通道的图1的手持式测试仪的一部分的简化透视图。
图7A为包括其集成热通道的图1的手持式测试仪的一部分的简化顶视图。图7B为包括其集成热通道的图1的手持式测试仪的一部分的简化透视图。
图8为手持式测试仪100的一部分的简化剖面图，该手持式测试仪包括集成热通道、电子部件(即，热传感器)，该电子部件与剖面图的例示性热传递电气示意模型并肩设置在其印刷电路板(PCB)上。图9为温度Δ(dT)与时间(t，单位：秒)的对比曲线图，该图示出了本发明实施方案中所采用的热通道的有利方面。
参考图1至图7B，用于测定体液样本(即，全血样本)中的分析物(即，葡萄糖)的手持式测试仪100包括具有向外表面104的电热绝缘箱102、具有设置在电热绝缘箱102内的热接触部分108的测试仪电气部件106(即，温度传感器)、和热通道110。手持式测试仪100还包括显示器103和用户操作按钮105。在多个附图(诸如，图2、图6B和图7C)中，电热绝缘箱102的侧部作为透明侧部示出，以暴露出原本无法在附图中看见的特征结构和部件。然而，电热绝缘箱102的侧部通常而且不一定为非透明侧部。
在手持式测试仪100的实施方案中，热接触部分108被构造成印刷电路板111(也称作PCB 111)的表面上的焊盘，该表面上组装了多种电气部件，包括温度传感器106(也称作热传感器)。为了便于清楚描述，唯一附有标注的电气部件为温度传感器106。此类焊盘被构造成用作热通道110与电气部件之间的热界面以及传统的电气界面。将焊盘用作热界面从以下方面讲是有利的：此类焊盘基本上是温度传感器的内部温度的直接热熔体。此外，采用焊盘有效地将以另外方式存在的电气通路用于实现另外的且有利的有效热传递目的。一旦获悉本公开，本领域技术人员就将认识到，热接触点可以采用除了焊盘以外的其它合适形式，包括但不限于，PCB 111上的镀铜触点或其它铜层。
参考图3，具体地，热通道110包括具有近侧接触表面114的近侧接触部分112、具有远侧表面118的远侧接触部分116、以及连接近侧接触部分112和远侧接触部分116的基本上为圆柱形的通道部分120。一旦获悉本公开，本领域技术人员就将认识到，本发明实施方案中所采用的热通道的形状可以是任何合适的提供合适且有效的热传递功能的形状。此类形状包括但不限于合适的规则几何图形，诸如三角形、正方形、五角形等。此外，远侧接触部分116和/或远侧表面118可相对于具有例如蘑菇状(即，半球状)形状的热通道110的其余部分进行放大。热通道110的尺寸(包括剖面面积)可使用任何合适的热分析方法根据例如热通道材料的热导率、任何热接触电阻、待传递的热量、以及此类热传递时间进行预先确定。图8的左手侧示出了例示性简化热通道电气示意模型，可采用该模型来分析热通道的热性能。
热通道110与电热绝缘箱102集成在一起，使得热通道110从向外表面104延伸穿过电热绝缘箱102，到达测试仪电气部件106的热接触部分108，使得近侧接触表面114在电热绝缘箱102的外部，并且远侧表面118以可操作方式与测试仪电气部件106的热接触部分108发生热接触。
热通道110为导热性电绝缘通道，因此，可直接将电热绝缘箱102外部的周围环境中的热通过及时有利的方式传递到测试仪电气部件106的热接触部分。热通道110可具有，例如，1.0Wm/°K至20Wm/°K范围内的热导率、以及1兆欧米以上的电阻率。电气部件106可以是，例如，从Texas Instruments,Dallas Texas,USA以产品编号TMP112和LM61CIM3商购获得的热传感器。
电热绝缘箱102可以由任何合适的材料(包括，例如，塑料材料)形成。合适的塑料材料包括，例如，聚丙烯、聚苯乙烯与聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚甲醛(POM)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、玻璃增强型液晶聚合物(LCP)、以及它们的组合。选择电绝缘外壳的塑料材料，使得该材料与热通道110相容，例如，具有可操作性附着力。电热绝缘箱102可以具有，例如，小于0.1Wm/°K的热导率。
热通道110可以作为单独模塑的用夹子或卡扣固定到位的部件、或者通过共注塑工艺结合到标准塑料外壳中的部件进行制造。也可通过螺丝接合或热铆接以机械方式将热通道固定到PCB。热通道110设置在手持式测试仪100的上表面，并且以足够的距离与用户可能抓持手持式测试仪100的位置间隔开来，使用户身体无意间向热通道以及随后向热传感器传递的潜在热能最小化，从而避免感测温度的过度增加。
热通道110可以，例如，为掺杂了导热性(以及电绝缘性)微米粒子和/或纳米粒子的刚性热塑性塑料。合适的微米粒子和纳米粒子的示例为由导热性材料形成的微米粒子和纳米粒子，包括氧化铍、氧化铝、氧化锌、氮化铝、二氧化硅、玻璃、硅石、和石英。各种用以解释与预测通过掺杂具有导热性粒子的非导热性材料所获得的热特性的理论已经提出来。参见，例如，Zhang,G(2009)在Journal of Composite Materials期刊上的“A PercolationModel of Thermal Conductivity for Filled Polymer Composites”。
适用于热通道的一种示例性但非限制性材料可从Ovation Polymers以商品名称Nemcon H购得。据报道，该材料具有至多20W/mK的面内传导率和至多3.5W/mK的贯通面传导率。考虑到手持式测试仪的外壳所使用的标准热塑性塑料的热导率处于0.1W/mK级别，此类材料的热传递能力显著提高。
一旦获悉本公开，本领域技术人员就将认识到，手持式测试仪100可容易地被构造成作为使用测试条(例如，基于电化学的分析测试条)测定体液样本(例如，全血样本)中的分析物(例如，葡萄糖)的手持式测试仪进行操作。
可采用本发明实施方案所采用的热通道，例如，用以(i)将环境中的热量传递到手持式测试仪的电气部件，或者(ii)将手持式测试仪的电气部件的热量传递到环境中。后者的例示性示例是将手持式测试仪内的一部分PCB的热量(即，热能)通过热通道传递到外部环境中。可通过简化但例示性的方式如下模拟此类热传递的执行过程。
假设含有热能的可适用PCB部分具有30mm的直径和1mm的厚度。此外，假设PCB由铜组成(具有可忽略的热容量以及FR4材料)。假设外部环境为具有可忽略的热容量的空气。也假设热通道的远侧表面由于强制对流处于周围环境温度下。
然后PCB部分的体积可计算为：
r＝0.015
h＝0.001
体积＝π.r2.h＝7.06×10-7(m3)
假设FR4材料的质量为0.001307kg，温度升高到周围环境温度20℃以上，FR4热容量(忽略铜的热容量)为600J kg-1K-1。
FR4材料的质量(假设密度为1850kgm-3)＝0.001307(kg)为：
E＝c.m.ΔT＝15.6J
如下计算热通道的例示性的导热性塑料的能量传递量。假设热通道为基本上中空的圆柱体，由导热性塑料形成，具有6mm的外径，4mm的内径，5mm的高度，与PCB接触的面积(假设为完整界面)为：
假设传导性热传递的傅立叶定律(q)为：
k＝塑料的热导率(假设为5W/mK)
s＝厚度＝0.00
q＝kAdT/s5m
并且能量传递时间(t)为：
然后接下来依次降低1℃(注意，随着温差下降而降低的热导率可使用基本上零碎的集成算法进行计算)。此处设想RF4将其热量完整地传导至热通道。所得的电气部件之间的温差(比环境更高的温度)在图9中示出。
图10为示出了用于操作手持式测试仪(诸如，本文所述的手持式测试仪100以及根据本发明的其它手持式测试仪)的方法200中各阶段的流程图。
方法200在图10中的步骤210包括：将手持式测试仪暴露于环境中，使得手持式测试仪的电绝缘导热性热通道暴露于周围环境温度下，热通道与手持式测试仪的电热绝缘箱集成在一起，使得热通道延伸穿过电热绝缘箱，到达测试仪电气部件的热接触部分。
方法200也包括操作手持式测试仪，同时热通道在测试仪电气部件与环境之间传递热量(参见图10的步骤220)。
一旦获悉本公开，本领域技术人员就将认识到，可容易地对方法200进行改进，以结合根据本发明实施方案和本文所述的具有集成热通道的手持式测试仪的任何技术、有益效果、特征和特性。
虽然本文已示出和描述了本发明的优选实施方案，但对本领域的技术人员显而易见的是，此类实施方案仅作为举例提供。在不脱离本发明的情况下，本领域的技术人员可以设想出各种变型、更改和替代形式。应当理解，本文所述的本发明实施方案的多种另选形式可用于实施本发明。希望的是，以下权利要求限定本发明的范围，并覆盖在这些权利要求和它们的等同物的范围内的装置和方法。

Claims (30)

1.一种手持式测试仪，包括：
电热绝缘箱，所述电热绝缘箱具有：
向外表面；
具有设置在所述电绝缘箱内的热接触部分的至少一个测试仪电气部件；和
至少一条热通道，所述热通道包括：
具有近侧接触表面的近侧接触部分；
具有远侧表面的远侧接触部分，和
连接所述近侧接触部分和所述远侧接触部分的通道部分；
其中所述至少一条热通道与所述电热绝缘箱集成在一起，使得所述热通道从所述向外表面延伸穿过所述电热绝缘箱，到达所述测试仪电气部件的所述热接触部分，使得所述近侧接触表面在所述电热绝缘塑料箱的外部，并且所述远侧表面与所述测试仪电气部件的所述热接触部分接触；并且
其中所述热通道为导热性电绝缘通道。
2.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述手持式测试仪构造成用于测定体液样本中的分析物。
3.根据权利要求2所述的手持式测试仪，其中所述分析物为葡萄糖，并且所述体液样本为全血样本。
4.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述电热绝缘箱具有小于约0.1Wm/°K的热导率，并且所述热通道具有约1.0Wm/°K至20Wm°/K范围内的热导率。
5.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述电热绝缘箱具有约0.1W/°mK的热导率，并且所述热通道具有大于约3.5W/mK的热导率。
6.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述电热绝缘箱由塑料材料形成。
7.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述热通道的所述通道部分具有基本上圆柱形的构造。
8.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述通道部分具有放大的近侧表面。
9.根据权利要求8所述的手持式测试仪，其中所述放大的近侧表面为基本上半球状的形状。
10.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述通道部分具有棱柱构造。
11.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述热通道的所述远侧接触部分具有纹理化表面。
12.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述热通道由掺杂了导热性电绝缘粒子的刚性热塑性材料形成。
13.根据权利要求12所述的手持式测试仪，其中所述导热性电绝缘粒子是微米粒子和纳米粒子中的至少一者。
14.根据权利要求13所述的手持式测试仪，其中所述微米粒子和纳米粒子中的至少一者由氧化铍、氧化铝、氧化锌、氮化铝、二氧化硅等中的至少一者形成。
15.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述电热绝缘箱由塑料材料形成。
16.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述至少一个测试仪电气部件为温度传感器。
17.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述至少一个测试仪电气部件为微控制器。
18.根据权利要求1所述的手持式测试仪，还包括设置在所述电热绝缘箱内的印刷电路板(PCB)，并且
其中所述至少一个电气部件安装在所述PCB上，并且
其中所述热接触表面为与所述电气部件接触的焊盘和铜层中的至少一者。
19.一种用于操作手持式测试仪的方法，所述方法包括：
将手持式测试仪暴露于环境中，使得所述手持式测试仪的电绝缘导热性热通道暴露于周围环境温度下，所述热通道与所述手持式测试仪的电热绝缘箱集成在一起，使得所述热通道延伸穿过所述电热绝缘箱，到达测试仪电气部件的热接触部分；以及
操作所述手持式测试仪，同时所述热通道在所述测试仪电气部件与所述环境之间传递热量。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述电绝缘塑料箱构造为用于测定体液样本中的分析物的手持式测试仪的至少一部分。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述分析物为葡萄糖，并且所述体液样本为全血样本。
22.根据权利要求22所述的方法，其中所述电热绝缘箱具有小于约0.1Wm/°K的热导率，并且所述热通道具有约1.0Wm/°K至20Wm°/K范围内的热导率。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述电热绝缘箱具有约0.1W/mK的热导率，并且所述热通道具有大于约3.5W/mK的热导率。
24.根据权利要求19所述的方法，其中所述电热绝缘箱由塑料材料形成。
25.根据权利要求19所述的手持式测试仪，其中所述热通道具有基本上圆柱形构造的通道部分。
26.根据权利要求19所述的方法，其中所述热通道具有带有纹理化表面的远侧接触部分。
27.根据权利要求19所述的方法，其中所述热通道由掺杂了导热性电绝缘粒子的刚性热塑性材料形成。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述导热性电绝缘粒子是微米粒子和纳米粒子中的至少一者。
29.根据权利要求19所述的方法，其中所述电热绝缘箱由塑料材料形成。
30.根据权利要求19所述的方法，其中所述至少一个测试仪电气部件为温度传感器。
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