CN110837264A - 一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统，属于医用电热垫的技术领域，包括至少两个用于为电热垫不同区域加热的加热元件、用于检测加热区域的温度的温度检测单元、用于调节加热元件的加热效率的功率调节单元以及用于根据各加热区域的温度检测值输出功率调节信号以改变加热元件的加热效率的反馈调节单元；通过多个加热元件对电热垫不同区域进行加热，提高了加热效率，也使电热垫表面的温度均匀性较好。

Description

一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统

技术领域

本发明涉及医用电热垫的技术领域，尤其是涉及一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统。

背景技术

医用电热垫是一种常见的医疗器械，其一般用于在手术中或病员在急救、转运等过程中预防病员低体温。

现有的医用电热垫一般采用单个加热元件对整个电热垫进行加热，采用多个温度传感器对电热垫不同位置的温度进行监控。然而，在具体加热过程中，由于采用单个加热元件对整个电热垫进行加热，加热元件为电热垫每个位置提供的加热功率是一致的，但电热垫不同区域的加热效果可能是不同的，故这种加热方式会导致电热垫不同区域表现出的温度不同，使电热垫表面的温度不均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统，该系统使电热垫表面温度均匀。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统，包括：

加热元件，至少设置有两个，用于为电热垫不同的加热区域加热，不同加热区域之间相互独立；

温度检测单元，与加热元件一一对应设置，用于检测对应加热区域的温度以输出温度检测信号；

反馈调节单元，用于输入目标温度，耦接所述温度检测单元接收所述温度检测信号以响应于温度检测信号与目标温度的大小关系输出功率调节信号；

功率调节单元，与加热元件一一对应设置，用于调节加热元件的功率，耦接所述反馈调节单元接收所述功率调节信号以响应于功率调节信号调节对应加热元件的功率以使对应区域的温度值稳定于目标温度。

通过采用上述技术方案，采用多个加热元件对电热垫不同区域进行加热，电热垫的每个区域均包括独立的温度的检测、反馈、调节加热元件效率的结构，从而使电热垫每个加热区域均能够根据加热效果来调节加热效率，以将电热垫各个区域的温度均稳定于目标温度，使电热垫表面的温度均匀；同时，采用多个加热元件进行加热，使电热垫总体的加热效率成倍的提高，有利于电热垫快速升温。

本发明进一步设置为：所述加热元件设置为碳纤维加热片，所有碳纤维加热垫的加热面积覆盖整个电热垫的面积且不同碳纤维加热垫的加热面积不重叠。

通过采用上述技术方案，采用碳纤维加热片进行加热，加热效率高且单个加热片的加热区域加热效果较为均匀，碳纤维加热片本身较为轻便，也使电热垫较为轻便。

本发明进一步设置为：所述电热垫还包括覆盖包裹于所述碳纤维加热片外厚度均匀的海绵层和包裹于所述填充层外的仿真皮质层。

通过采用上述技术方案，海绵层的设置不仅使电热垫较为柔软，而且会使加热元件的热量不会直接与于电热垫上的人体接触，增加了电热垫的舒适度；加热元件导热至电热垫表面需要一个过程，使热量不会直接传导至电热垫表面，进一步提高了电热垫表面的温度均匀性；同时，海绵层、仿真皮质层的设置使电热垫的整体性较好，电热垫外表面设置为仿真皮质层使电热垫防水、结实耐用且便于清理。

本发明进一步设置为：还包括与加热元件一一对应设置的若干过热保护单元，当对应加热区域的温度大于对应热保护单元温度设定值时，所述热保护单元触发保护功能以使对应加热元件停止工作。

通过采用上述技术方案，过热保护元件的设置能够避免因加热区域温度过高发生烫伤的可能。

本发明进一步设置为：所述过热保护元件设置为热断路保护器，所述热断路保护器之间相互串联，所述热断路保护器串联的电路两端均耦接所述反馈调节单元，所述反馈调节单元响应于任一热保护断路器断开使所有加热元件停止工作。

通过采用上述技术方案，热断路保护器之间相互串联，单个热断路保护器因某一加热区域温度过高断开时，热断路保护器串联的电路断路，以触发所有热断路保护器的保护功能，使所有加热元件停止工作，增加了电热垫的安全性。

本发明进一步设置为：所述温度检测单元设置为热敏电阻温度传感器。

通过采用上述技术方案，采用热敏电阻温度传感器采集温度，简单准确且成本较低。

本发明进一步设置为：还包括用于为整个系统供电的供电模块，所述供电模块包括：

电源适配器，用于与市电网连接以为整个控制系统供电；

蓄电池，用于存储电能以为整个控制系统供电；

电能选择单元，耦接所述电源适配器和蓄电池，以选择用电源适配器或蓄电池为整个系统供电。

通过采用上述技术方案，控制系统可与市电网相连以实现供电，也可采用蓄电池为控制系统供电，供电选择多样，应用较为灵活；同时，蓄电池的设置方便了电热垫的移动式供电。

本发明的另一个目的是提供一种医用电热垫外表面温度控制方法，该方法能够通过检测、控制电热垫内部的温度来估算电热垫外表面的温度，从而实现通过控制电热垫内部的温度来实现对电热垫外部温度的控制。

一种医用电热垫外表面温度控制方法，该方法包括以下步骤：

根据经验值预先设定初始温差、稳态温差和电热垫外表面目标温度；

当加热元件开始升温时，开始检测电热垫内部实时温度；

通过检测到的电热垫内部实时温度估算电热垫外表面实时温度；电热垫外表面实时温度等于电热垫内部实时温度减去初始温差；

当电热垫内部温度稳定于第一内部目标温度后，使加热元件停止工作；所述第一内部目标温度等于电热垫外表面目标温度加上初始温差；

当电热垫内部温度下降至第二内部目标温度时开始，电热垫外部实时温度等于电热垫内部实时温度减去稳态温差；所述第二内部目标温度等于电热垫外表面目标温度加上稳态温差；

通过将电热垫内部实时温度控制于第二内部目标温度以使电热垫外部实时温度控制于电热垫外表面目标温度。

通过采用上述技术方案，于电热垫升温的各个阶段估算电热垫外部温度，从而通过控制电热垫内部温度来控制电热垫外部温度，实现了对电热垫外部温度的控制，有利于电热垫外表面温度稳定、均匀。

一种医用加热装置，该装置为具有上述温度控制系统的装置或应用上述温度控制方法的装置。

通过采用上述技术方案，使用该装置能够为病患提供稳定、均匀的温度环境。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

本发明提供了一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统、一种医用电热垫外表面温度控制方法以及一种医用加热装置，从而为病患提供一种稳定、均匀的温度环境。

附图说明

图1是本发明实施例一的系统结构示意图；

图2是本发明实施例二的方法流程示意图。

图中，1、反馈调节单元；2、加热元件；3、功率调节单元；4、温度检测单元；5、过热保护元件；6、电能选择单元；7、电源适配器；8、蓄电池。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

参照图1，一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统，包括至少两个用于为电热垫不同区域加热的加热元件2、用于检测加热区域的温度的温度检测单元4、用于调节加热元件2的加热效率的功率调节单元3以及用于根据各加热区域的温度检测值输出功率调节信号以改变加热元件2的加热效率的反馈调节单元1；通过多个加热元件2对电热垫不同区域进行加热，提高了加热效率，也使电热垫表面的温度均匀性较好。

加热元件2设置为碳纤维加热片。在本实施例中，电热垫设置为矩形，电热垫沿长边分为三个形状一致的矩形加热区域，每个加热区域均设置有一碳纤维加热片，由于加工工艺限制，相邻碳纤维加热片之间留有间隙，该间隙的宽度小于2cm。碳纤维加热片外包裹设置有一层海绵层，海绵层外包裹设置有一层TPU防真皮面料；加热垫厚度设置为15mm。三个碳纤维加热片的连接线伸至电热垫一侧同一点并伸出，以与电源或其他控制模块连接。

采用碳纤维加热片对电热垫进行加热，由于碳纤维加热片密度低，故使电热垫整体较为轻便；碳纤维加热片比性能高、非氧化环境下耐超高温，有利于提高电热垫的加热效率上限；碳纤维加热片无蠕变，使电热垫稳定性较好，不易形变；碳纤维加热片耐疲劳性好，能够满足长时间加热工作的需要；碳纤维加热片热膨胀系数小、耐腐蚀性好、X射线透过性好，使电热垫能够满足医疗各个环境使用需要且使用寿命较长。

在碳纤维加热片外依次包裹设置有海绵层和TPU仿真皮面料层，由于碳纤维加热片的加热温度传导至电热垫外部需要一定的时间，故有利于加热温度传导至整个加热区域再电热垫外传导，进一步提高了电热垫外表面的温度均匀性；海绵层的设置使电热垫较为柔软舒适，仿真面料层的设置使电热垫耐曲折、柔软度好、抗拉强度大且透气，使电热垫的使用寿命较长，也方便了电热垫的清理。

温度检测单元4设置为NTC热敏电阻温度传感器，温度检测单元4与加热元件2一一对应设置，即温度传感器设置有三个，三个温度传感器分别位于三个加热区域内的中心位置，用于检测加热区域的温度以输出温度检测信号。可以理解的，温度传感器的供电线和信号线均与碳纤维加热片的线路由同一处引出电热垫内部。

功率调节单元3为设置于电热垫外部的功率调节器，功率调节器设置有三个，三个功率调节器分别与三个加热元件2对应耦接以实现通过功率调节器对加热元件2加热功率的调节。

反馈调节单元1的作用是通过加热区域的温度反馈值调节对应加热元件2的功率，以使加热区域温度稳定在目标温度值。反馈调节单元1耦接温度检测单元4和功率调节单元3，接收温度检测信号，并根据温度检测信号向对应的功率调节单元3输出功率调节信号，以实现根据根据温度检测值调节加热元件2的功率的目的。

反馈调节单元1采用的是PID温度调节算法，反馈调节单元1对每个加热区域进行单独的PID控制，独立计算控制量，进行加温时间比例控制，以使单个加热区域独立稳定至目标温度值上，从而提高电热垫的温度均匀性。可以理解的，在一般情况下，三个加热区域的目标温度值相等。

为了避免电热垫温度过高发生烫伤的可能，每个加热区域中心设置有一个过热保护元件5，过热保护元件5设置为热熔断器，三个热熔断器与三个加热元件2一一对应设置，热熔断器在达到熔断温度后熔断，在对应加热区域的温度高于热熔断器的熔断温度时，热熔断器熔断开路。三个热熔断器串联且三个热熔断器串联形成的电路两端均耦接反馈调节单元1，当三个热熔断器中任意一个熔断开路时，热熔断器串联的电路开路，反馈调节单元1检测到该开路信息并使三个加热元件2均停止工作。这种热熔断保护的方式能够避免电热垫温度过高发生烫伤。

实施例二：

参照图2，一种医用电热垫温度控制方法，应用于实施例一种电热垫单个加热区域的温度控制，该方法包括依次进行的以下步骤：

根据经验值预先设定初始温差、稳态温差和电热垫外表面目标温度；其中，初始温差表示电热垫开始升温时电热垫内部温度与外部温度的差值，稳态温差表示电热垫升温一定时间后电热垫内部温度与外部温度的差值，可以理解的，由于电热垫初始升温时，温度检测单元和电热垫外表面之间的海绵层和仿真皮脂层本身温度较低，导热效率较差，而在电热垫升温一定时间后，海绵层与仿真皮质层本身具备一定的温度，导热效率提高，故初始温差大于稳态温差。电热垫外表面目标温度时根据实际需要为伤患提供的升温环境确定的。

当加热元件开始升温时，开始检测电热垫内部实时温度。本步骤是在电热垫初始工作或长时间不工作后开始工作后开始进行的，此时海绵层和仿真皮脂层本身温度较低，导热效率较差。

通过检测到的电热垫内部实时温度估算电热垫外表面实时温度；电热垫外表面实时温度等于电热垫内部实时温度减去初始温差。检测电热垫内部实时温度的工作是由温度检测单元进行的。

当电热垫内部温度稳定于第一内部目标温度后，使加热元件停止工作；第一内部目标温度等于电热垫外表面目标温度加上初始温差。电热垫稳定于第一内部目标温度的判断依据是连续五次温度检测值与第一内部目标温度值的差值小于差值一定值。具体来说，在通过“电热垫外表面实时温度等于电热垫内部实时温度减去初始温差”计算所得的电热垫外表面实时温度等于电热垫外表面目标温度时，电热垫内部实时温度等于第一内部目标温度，此时记录第一内部目标温度，并使加热元件停止工作，电热垫内部温度由于无加热源开始自然降温，此时电热垫内部实时温度与外部实时温度的计算差值也是变化的，具体来说，电热垫内部实时温度较之第一内部目标温度降低多少，电热垫内部温度与外表面温度的计算差值也相应的较之初始温差减少多少，同样采用电热垫内部实时温度加上计算差值的方式计算电热垫外表面温度，计算可得的电热垫外表面温度是不变的。

在计算差值由初始温差降低至稳态温差的过程中，电热垫外表面温度的估算值是不变的，电热垫内部温度是有第一内部目标温度降低至第二内部目标温度，其中第二内部目标温度等于电热垫外表面目标温度加上稳态温差。当电热垫内部温度下降至第二内部目标温度时开始，电热垫外部实时温度等于电热垫内部实时温度减去稳态温差。

由此时开始，通过PID控制电热垫内部实时温度，电热垫外部实时温度等于电热垫内部实时温度减去稳态温差，控制目标是将电热垫外表面温度控制在电热垫外表面目标温度，故仅需将电热垫内部温度控制于第二内部温度即可。

通过采用上述技术方案，于电热垫升温的各个阶段估算电热垫外部温度，从而通过控制电热垫内部温度来控制电热垫外部温度，实现了对电热垫外部温度的控制，有利于电热垫外表面温度稳定、均匀。

实施例三：

一种医用加热装置，该装置为具有实施例一种温度控制系统的装置或应用实施例二中温度控制方法的装置。

通过采用上述技术方案，使用该装置能够为病患提供稳定、均匀的温度环境。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统，其特征是，包括：

加热元件(2)，至少设置有两个，用于为电热垫不同的加热区域加热，不同加热区域之间相互独立；

温度检测单元(4)，与加热元件(2)一一对应设置，用于检测对应加热区域的温度以输出温度检测信号；

反馈调节单元(1)，用于输入目标温度，耦接所述温度检测单元(4)接收所述温度检测信号以响应于温度检测信号与目标温度的大小关系输出功率调节信号；

功率调节单元(3)，与加热元件(2)一一对应设置，用于调节加热元件(2)的功率，耦接所述反馈调节单元(1)接收所述功率调节信号以响应于功率调节信号调节对应加热元件(2)的功率以使对应区域的温度值稳定于目标温度。

2.根据权利要求1所述的一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统，其特征在于：所述加热元件(2)设置为碳纤维加热片，所有碳纤维加热垫的加热面积覆盖整个电热垫的面积且不同碳纤维加热垫的加热面积不重叠。

3.根据权利要求2所述的一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统，其特征在于：所述电热垫还包括覆盖包裹于所述碳纤维加热片外厚度均匀的海绵层和包裹于所述填充层外的仿真皮质层。

4.根据权利要求1所述的一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统，其特征在于：还包括与加热元件(2)一一对应设置的若干过热保护单元，当对应加热区域的温度大于对应热保护单元温度设定值时，所述热保护单元触发保护功能以使对应加热元件(2)停止工作。

5.根据权利要求4所述的一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统，其特征在于：所述过热保护元件(5)设置为热断路保护器，所述热断路保护器之间相互串联，所述热断路保护器串联的电路两端均耦接所述反馈调节单元(1)，所述反馈调节单元(1)响应于任一热保护断路器断开使所有加热元件(2)停止工作。

6.根据权利要求1所述的一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统，其特征在于：所述温度检测单元(4)设置为热敏电阻温度传感器。

7.根据权利要求1所述的一种急救型医用电热垫多区域温度控制系统，其特征在于：还包括用于为整个系统供电的供电模块，所述供电模块包括：

电源适配器(7)，用于与市电网连接以为整个控制系统供电；

蓄电池(8)，用于存储电能以为整个控制系统供电；

电能选择单元(6)，耦接所述电源适配器(7)和蓄电池(8)，以选择用电源适配器(7)或蓄电池(8)为整个系统供电。

8.一种医用电热垫外表面温度控制方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

根据经验值预先设定初始温差、稳态温差和电热垫外表面目标温度；

当加热元件(2)开始升温时，开始检测电热垫内部实时温度；

通过检测到的电热垫内部实时温度估算电热垫外表面实时温度；电热垫外表面实时温度等于电热垫内部实时温度减去初始温差；

当电热垫内部温度稳定于第一内部目标温度后，使加热元件(2)停止工作；所述第一内部目标温度等于电热垫外表面目标温度加上初始温差；

当电热垫内部温度下降至第二内部目标温度时开始，电热垫外部实时温度等于电热垫内部实时温度减去稳态温差；所述第二内部目标温度等于电热垫外表面目标温度加上稳态温差；

通过将电热垫内部实时温度控制于第二内部目标温度以使电热垫外部实时温度控制于电热垫外表面目标温度。

9.一种医用加热装置，其特征是，所述装置包括权利要求1-7中任意一条所述的温度控制系统或应用所述权利要求8所述的温度控制方法。

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