CS252078B1

CS252078B1 - Circuit to control the function of the thermoregulation transcutaneous probe system with two independent temperature sensors

Info

Publication number: CS252078B1
Application number: CS857639A
Authority: CS
Inventors: Arnost Sebela
Original assignee: Arnost Sebela
Priority date: 1985-10-25
Filing date: 1985-10-25
Publication date: 1987-08-13
Also published as: CS763985A1

Abstract

Obvod slouží Jako doplněk elektronických měřičů parciálního tlaku krevních plynů, využívajících neinvasivního transkutánního způsobu měření· Obvod je řešen pro spolupráci s transkutánní sondou osazenou dvěma nezávislými teplotními čidly. Obvod je tvořen třemi komparátory napětí, zdrojem referenčního napětí, dv|ma odporovými děliči napětí, obvodem logického spučtu, vypínacím prvkem a qptiokým nebo akustickým indikátorem, úkolem obvodu je kontrolovat funkci termoregulačního systému transkutánní sondy, rozpoznat jakoukoliv variantu poruchy jeho funkce, zamezit nárůstu teploty nad únosnou hranici a indikovat poruohu optickým nebo zvukovým signálem. Tím je dosaženo zvýšení spolehlivosti funkce transkutánních měřičů krevních plynů, je zcela odstraněno nebezpečí vzniku popálenin u pacientů v případě havárie termoregulačního systému sondy. Obvod je použitelný u věech transkutánních měřičů krevních plynů, jejichž sondy jsou vybaveny dvěma nezávislými odporovými nebo polovodičovými teplotními čidly.The circuit serves as a supplement to electronic partial pressure blood gas meters, using a non-invasive transcutaneous method of measurement. The circuit is designed to cooperate with a transcutaneous probe equipped with two independent temperature sensors. The circuit consists of three voltage comparators, a reference voltage source, two resistive voltage dividers, a logic trigger circuit, a tripping element and an optical or acoustic indicator. The task of the circuit is to control the function of the thermoregulation system of the transcutaneous probe, to recognize any variant of its malfunction, to prevent the temperature from rising above the tolerable limit and to indicate the malfunction with an optical or acoustic signal. This increases the reliability of the function of transcutaneous blood gas meters, and completely eliminates the risk of burns in patients in the event of a malfunction of the probe's thermoregulation system. The circuit is applicable to all transcutaneous blood gas meters whose probes are equipped with two independent resistance or semiconductor temperature sensors.

Description

— 1 Vynález ee týká elektronického kontrolního obvodu, který je součásti zařízeni k měření parciálního tlaku krevních plynů, zejména kyslíku a kysličníku uhličitého v kapilární krvi.The invention relates to an electronic control circuit which is part of a device for measuring the partial pressure of blood gases, in particular oxygen and carbon dioxide in capillary blood.

V současné době sa k měřeni parciálního tlaku krevnitíh plynů stále vice využívá neinvasivního bezbolestného způsobu, kdy.měřeni se provádí na.kůži pacienta pomocí t.zv. transkutánni sondy citlivé na daný druh plynu. Měřený údaj je zpracován a číselně zobrazen vyhodnocovacím zařízením (např. kyelík oxymetrem). Ke zvýšeni účinnosti přestupu měřeného plynu z kapilární krve přes kůži k transkutánni sondě je kůže na etyčné ploše se sondou vyhřívána na konstantní teplotu v rozmez! asi 40 až 45°C. Proto bývá jedna z ělektrod transkutánni sondy (vztažná elektroda-anoda) provedena jako rovinná o ploše řádově 100 mm a na ni je tepelně vodivě navázán elektrický vyhřivaci prvek a teplotní čidlo. Oba tyto prvky jsou součásti elektrického ternforeguláčniho obvodů, který má za úkol stabilizovat teplotu na předem stanovaná hodnotě.Currently, a noninvasive painless method is used to measure blood pressure partial pressure, wherein the measurement is carried out on the skin of a patient by means of a so-called " transcutaneous probes sensitive to the type of gas. The measured data is processed and numerically displayed by an evaluation device (eg a cyanide oximeter). To increase the efficiency of the transfer of the measured gas from the capillary blood through the skin to the transcutaneous probe, the skin on the ethylene area with the probe is heated to a constant temperature in the range. about 40 to 45 ° C. Therefore, one of the electrodes of the transcutaneous probe (reference electrode-anode) is designed to be planar with an area of the order of 100 mm and an electrical heating element and a temperature sensor are thermally conductively coupled thereto. Both of these elements are part of an electrical thermo-regulating circuit, which has the task of stabilizing the temperature at a predetermined value.

Praxe ukazuje, že při provozu popisovaných měřicích zařízeni může dojit k poruchám termoregulačního syetému, které mohou být zapříčiněny poruchou kteréhokoliv dilčiho prvku systému, t.j. například vyhřivaciho prvku, teplotního čidla, regulačního zesilovače a v neposlední řadě též zkratem nebo přerušením některého vodiče mechanicky značně namáhavého přívodního kabelu k transkutánni sondě. Porucha termoregulačního systému transkutánni sondy může mlt velmi nepřl252078 jemné následky, zvážime-li že v takovém případě může dojít k přehřátí styčné plochy vyšší, než je jmenovitá teplota za normálního provozu.Experience has shown that during operation of the described measuring devices, the thermoregulatory system may be malfunctioning, which may be caused by the failure of any component of the system, such as a heating element, temperature sensor, control amplifier and last but not least. cable to transcutaneous probe. Failure of the transcutaneous probe thermoregulatory system can have very unpleasant consequences, considering that in this case the interface may overheat above the nominal temperature in normal operation.

Může tak dojit u pacienta k vážným popáleninám. Nelze spoléhat na indikaci poruchy samotným pacientem, nebot měřeni krevních plynů se často provádi na nemluvňatech, u pacientů v bezvědomí a podobně.This can cause severe burns to the patient. It is not possible to rely on the indication of the disorder by the patient himself, as blood gas measurements are often performed on infants, unconscious patients and the like.

Tyto nevýhody odstraňuje obvod pro kontrolu funkce termoregulačního systému transkutánni sondy se dvěma nezávislými čidly, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořen nejméně třemi napětovými komparátory, přičemž první vstup prvního napětového komparátoru je spojen přes prvni odporový dělič s prvním teplotním čidlem a druhý vstup prvniho napětového komparátoru je spojen přímo s druhým teplotním čidlem, zatímco první vstup druhého napětového komparátoru je epojen přes druhý odporový dělič p druhým teplotním čidlem a druhý vstup druhého napětového komparátoru je spojen přímo s prvním teplotním čidlem a první vstup třetího napětového komparátoru je spojen se zdrojem referenčního napětí, zatímco druhý vstup třetího napětového komparátoru je spojen e prvním teplotním čidlem nebo s druhým teplotním čidlem a výstupy všech napětových komparátorů jsou spojeny přes obvod logického součtu jednak β vypínacím prvkem, jednak 8 indikátorem. Prvni odporový dělič zapojený v prvním vstupu prvniho napětového komparátoru a druhý odporový dělič zapojený v prvním vstupu druhého napětového komparátoru mají vzájemně shodný dělící poměr, avšak rozdílné hodnoty odporů, které u prvního odporového děliče i u druhého odporového děliče jsou řádově vyšší než hodnota odporu prvního teplotního čidla a druhého teplotního čidla.These disadvantages are overcome by a circuit monitoring the thermoregulatory system of the transcutaneous probe with two independent sensors, consisting of at least three voltage comparators, the first input of the first voltage comparator being connected via the first resistive divider to the first temperature sensor and the second input of the first the voltage comparator is connected directly to the second temperature sensor, while the first input of the second voltage comparator is connected through the second resistive divider p by the second temperature sensor and the second input of the second voltage comparator is connected directly to the first temperature sensor and the first input of the third voltage comparator is connected to the reference source voltage, while the second input of the third voltage comparator is connected to the first temperature sensor or to the second temperature sensor, and the outputs of all voltage comparators are connected via a logic sum circuit the unlocking element, first 8 indicator. The first resistive divider connected in the first input of the first voltage comparator and the second resistive divider connected in the first input of the second voltage comparator have mutually identical dividing ratio, but different values of resistances, which are both orders of magnitude higher than the resistance of the first temperature sensor and a second temperature sensor.

Hlavní výhodou popisovaného obvodu je v prvé řadě to, že dokáže rozpoznat jakoukoliv variantu poruchy termoregulačního systému a zamezit nárůstu teploty nad únosnou bránici a zřetelně (např. optickými a zvukovými signály) indikovat poruchu termoregulačního systému. Obvod dle vynálezu je určen pro spolupráci s transkutánnimi sondami vybavenými dvěma nezávislými odporovými nebo polovodičovými teplotními Čidly.The main advantage of the described circuit is, first of all, that it is able to detect any variant of the thermoregulation system failure and to prevent the temperature rise above the carrying diaphragm and to clearly indicate (eg optical and acoustic signals) the thermoregulation system failure. The circuit according to the invention is designed to cooperate with transcutaneous probes equipped with two independent resistance or semiconductor temperature sensors.

Provedení kontrolního obvodu dle vynálezu objasní výkres.An embodiment of the control circuit according to the invention will be explained by the drawing.

Základ obvodu tvoři první napětový kom- 3 parátor 5, druhý napětový komparátor 7 a třetí napětový komparátor 9, spojené elektricky s prvním teplotním Čidlem las druhým teplotním čidlem 2, umístěnými v transkutánni sondě 3. Tato čidla mohou být odporová nebo polovodičová.The circuit is based on a first voltage comparator 5, a second voltage comparator 7 and a third voltage comparator 9 connected electrically to a first temperature sensor and a second temperature sensor 2 located in transcutaneous probe 3. These sensors may be resistive or semiconductor.

m· >m ·>

Prvni vstup prvniho napětového komparátoru 5 je přes prvni odporový dělič 4 spojen s prvním teplotním čidlem JL a vstup téže polarity druhého napětového komparátoru 7 přes druhý odporový dělič 6 s druhým teplotním čidlem 2. Zbývajíc! vstup prvního napětového komparátoru χ je spojen s druhým teplotním čidlem 2 β zbývající vstup druhého napětového kcm•parátoru 7 s prvním teplotním čidlem χ. Vstup třetího napěto vého komparátoru 9, jehož polarita je shodná s polaritou prvního vstupu prvniho napětového komparátoru χ, je spojen se zdrojem referenčního napětí 8 a zbývající vstup třetího napětového komparátoru 9 je spojen s prvním teplotním čidlem .Γ nebo s druhým teplotním čidlem 2. Výstupy prvniho napětového komparátoru χ, druhého napětového komparátoru 7 a třetího napětového komparátoru 9 jsou spojeny přes obvod 10 logického součtu jednak s vypínacím prvkem 11, jednak s indikačním obvodem 12. První teplotní čidlo 1 je spojeno přes prvni zatěžovací odpor 13 se zdrojem napájecího proudu 15. Druhé teplotní čidlo 2 je spojeno přes druhý zatěžovací odpor 14 rovněž se zdrojem napájecího proudu 15. První odporový dělič 4 a druhý odporový dělič 6> mají shodný dělící poměr, jsou však složeny z odporů rozdílných hodnot. První teplotní čidlo 1 je současně zapojeno jako teplotní čidlo termoregulačního systému transkutánni sondy 3.The first input of the first voltage comparator 5 is connected via the first resistor divider 4 to the first temperature sensor 11 and the same polarity input of the second voltage comparator 7 via the second resistor divider 6 to the second temperature sensor 2. the input of the first voltage comparator χ is connected to the second temperature sensor 2 β the remaining input of the second voltage kcm • to the first temperature sensor χ. The input of the third voltage comparator 9, the polarity of which is identical to the first input of the first voltage comparator χ, is connected to the reference voltage source 8 and the remaining input of the third voltage comparator 9 is connected to the first temperature sensor .Γ or the second temperature sensor 2. The first voltage comparator χ, the second voltage comparator 7 and the third voltage comparator 9 are connected via a logic sum circuit 10 to both a trip element 11 and an indicator circuit 12. The first temperature sensor 1 is connected via a first load resistor 13 to a power supply source 15. The second temperature sensor 2 is also connected via a second load resistor 14 to a power supply source 15. The first resistive divider 4 and the second resistive divider 6 have the same dividing ratio, but are composed of resistors of different values. The first temperature sensor 1 is simultaneously connected as the temperature sensor of the transcutaneous probe thermoregulatory system 3.

Zapojení pracuje za provozu takto. Na prvním teplotním čidle 1 a na druhém teplotním čidle 2 vznikají při průtoku napájecího proudu úbytky napětí a Ug. Za normálního stavu jsou tyto úbytky shodné. Úlohou obvodu pro kontrolu funkce termoregulačního systému transkutánni sondy 3 je . reagovat na všechny možné kombinace poruch.termoregulačního systému:The wiring works as follows during operation. On the first temperature sensor 1 and on the second temperature sensor 2 voltage drops and Ug occur as the supply current flows. Normally, these decreases are the same. The function of the circuit for monitoring the function of the transcutaneous probe thermoregulatory system 3 is. respond to all possible combinations of faults. thermoregulation system:

a) Nárůst teploty transkutánni sondy 3 nad únosnou hranici z jakéhokoliv důvodu. Nárůst se projeví změnou úbytku napětí na prvním teplotním čidle 1. a na druhém teplotním čidle 2, = Ug / U jmenovité. Úbytek napětí nebo Ug ‘se porovnává třetím napětovým komparátorem 9 s napětíma) Temperature rise of transcutaneous probe 3 above the carrying limit for any reason. The increase results in a change in voltage drop at the first temperature sensor 1 and at the second temperature sensor 2, = Ug / U nominal. The voltage drop or Ug ‘is compared with the third voltage comparator 9 with the voltage

I zdroje 8 referenčního napětí a je vyhodnocen jako vypínaci napětí na výstupu třetího komparátoru 9, které přes obvod 10 logického součtu působí na vypínací prvek 11 a na indikátor 12. Vypínací prvek 11 vypíná proud v okruhu vyhřívání transkutánní sondy 3. Indikátor 12 vhodným způsobem (opticky nebo akusticky) indikuje poruchu.The reference voltage source 8 is evaluated as the trip voltage at the output of the third comparator 9, which acts through the logic sum circuit 10 on the trip element 11 and the indicator 12. The trip element 11 turns off the current in the heating circuit of transcutaneous probe 3. optically or acoustically) indicates a fault.

b) Přerušení prvního teplotního čidla nebo přívodu k němu.b) Interruption of the first temperature sensor or supply to it.

^l/^U2* ^Stav J® vyhodnocen vznikem vypínacího napětí na , výstup prvního napětového komparátoru 5, které působí přes obvod 10 logického součtu na vypínací prvek 11 a indikátor 12. >^ 1 / ^U 2 * The ^state J® is evaluated by generating a trip voltage at the output of the first voltage comparator 5 which acts through the logic sum circuit 10 on the trip element 11 and the indicator 12.>

c) Přerušení druhého teplotního čidla 2 nebo přívodu k němu. ^U2>^U1* ^Stav J® vyhodnocen vznikem vypínacího napětí na výstupu druhého napětového komparátoru 7 s následným vypnutím vyhřivaciho proudu transkutánní sondy a spuštěním Indikátoru 12.c) Interruption of the second temperature sensor 2 or the supply to it. ^U 2> ^U 1 * The ^state J® is evaluated by generating a tripping voltage at the output of the second voltage comparator 7, followed by switching off the heating current of the transcutaneous probe and triggering the Indicator 12.

d) Zkrat prvního teplotního čidla £ nebo přívodu k němu.d) Short circuit of the first temperature sensor 6 or of the supply thereto.

Uj = 0 <Ug, Stav vyhodnocen jako vypínací napětí na výstupu druhého napětového komparátoru 7.Uj = 0 <Ug, State evaluated as trip voltage at output of second voltage comparator 7.

e) Zkrat druhého teplotního čidla 2 nebo přívodu k němu.e) Short circuit of the second temperature sensor 2 or its supply.

Ug a 0<U^. Stav vyhodnocen jako vypínací napětí na výstupu prvního napětového komparátoru _5.Ug and 0 < U ^. The state is evaluated as the trip voltage at the output of the first voltage comparator 5.

f) Přerušení prvního teplotního „čidla _1 nebo přívodu k němu a současné přerušení druhého teplotního čidla 2 nebo přívodu k němu. Uplatni se rozdíl v úbytku napětí na prvním zatěžovacím odporu 13 a druhém zatěžovacim odporu 14 způsobený rozdílným odporem prvního odporového děliče 4 a druhého odporového děliče 6. Tento rozdil se neuplatnil, pokud bylo připojeno první teplotní čidlo i a dru hé teplotní čidlo 2 o řádově menším odporu. U^ / Ug. Ue-li například celkový odpor prvního odporového děliče 4 větší než celkový odpor druhého odporového děliče 6 je ^₁>Ug a stav je vyhodnocen vznikem vypínacího napětí na výstupu prvního napětového komparátoru 5 s následným účinkem na vypínací prvek 11 a indikátor 12.f) Interruption of the first temperature sensor 1 or supply thereto and simultaneous interruption of the second temperature sensor 2 or supply thereto. Apply the difference in voltage drop across the first load resistor 13 and the second load resistor 14 caused by the different resistance of the first resistive divider 4 and the second resistive divider 6. This difference did not apply if a first temperature sensor 1 and a second temperature sensor 2 of substantially lower resistance were connected. . U ^ / Ug. Ue example, if the total resistance of the first resistive divider 4 larger than the total resistance of the second resistive divider 6 ^ _1> Ug and the condition is evaluated occurrence trip output voltage of the first voltage comparator 5 with the consequent effect on the switching element 11 and the indicator 12th

g) Zkrat prvního teplotního čidla £ nebo přívodu k němu a současný zkrat druhého teplotního čidla 2 nebo přivok M du k němu. = Ug » O, Stav vyhodnocen třetím napětovým komparátoram 9 jako vypínací napětí na Jeho výstupu.g) Short circuit of the first temperature sensor 6 or of the supply thereto and simultaneous short circuit of the second temperature sensor 2 or the inflow of M du. = Ug »0, Status evaluated by the third voltage comparator 9 as the trip voltage at its output.

Vypínací napětí na výstupech prvního napěťového komparátoru 5, druhého napěťového komparátoru 7 a třetího napěťového komparátoru 9 jsou sdružena obvodem 10 logického součtu a ovládají jednak vypínací prvek 11, který odpojí vyhřivacl okruh transkutánni sondy 3, jednak Indikátor 12, který akusticky nebo opticky upozorni na nežádoucí stav. První odporový dělič 4 a druhý odporový dělič 6 mají dělicí, poměr přibližně 1,1 s i a slou ži k definováni jednoznačně odezvy prvního napětového komparátoru £ a druhého napětového komparátoru £ za nor málniho stavu, kdy = Lig. Napětí zdroje 8 refarenční- ho napětí je voleno tak, aby při poruše došlo k nárůstu teploty transkutánni sondy 3 maximálně o 1 až 2°C nad normální hodnotu. Pokud je termoregulační systém transkutánní sondy 3 nastavitelný na různé hodnoty teploty, je výhodné, aby zdroj 8 referenčního napětí poskytoval napětí závislé na volbě teploty.The trip voltages at the outputs of the first voltage comparator 5, the second voltage comparator 7 and the third voltage comparator 9 are coupled by a logic sum circuit 10 and control both the trip element 11 which disconnects the heating circuit of the transcutaneous probe 3 and the indicator 12 to acoustically or optically state. The first resistive divider 4 and the second resistive divider 6 have a divider ratio of approximately 1.1 s i and serve to define unequivocally the response of the first voltage comparator 6 and the second voltage comparator 6 in the normal state where = Lig. The voltage of the reference voltage source 8 is selected so that the temperature of the transcutaneous probe 3 increases by a maximum of 1 to 2 ° C above the normal value in the event of a failure. If the thermoregulatory system of the transcutaneous probe 3 is adjustable to different temperature values, it is preferred that the reference voltage source 8 provide a voltage-dependent voltage.

Claims

-6 OBJECT PLEASE EZ U

1. A circuit for monitoring the operation of a transcutaneous probe thermoregulatory system (3) with two independent temperature elements _, characterized in that it comprises at least three voltage comparators (5, 7, 9), the first input of the first voltage comparator (5) being connected via a first the resistor divider (4) and the first temperature sensor (1) β the second input of the first voltage comparator (5) is connected directly with the second temperature sensor (2), while the first input of the second voltage comparator (7) is connected through the second resistor divider (6 ) with the second temperature sensor (2) and the second input of the second voltage comparator (7) being connected directly to the first temperature sensor, (1) and the first input of the third voltage comparator (9) is connected to the reference voltage source (8), the third voltage comparator (9) is connected to the first temperature sensor (1) or the second temperature sensor (2) and the outputs of all voltage comparators (9) 5, 7, 9) are connected via the logic sum circuit (10) on the one hand and by the tripping element (11) on the other hand to the indicator (12).

2. The circuit according to point _t l, characterized in that the first resistive divider (4) connected to first input of the voltage comparator (5) and a second resistive divider (6) connected to the first input of the second voltage comparator (7) have mutually the same division ratio, however, the different resistance values, which in the first resistive divider (4) and the second resistive divider (6), are by an order of magnitude higher than the resistance value of the first temperature sensor (1) and the second temperature sensor (2).

1 drawing