DE10038247C2

DE10038247C2 - Doppeltemperatursensor

Info

Publication number: DE10038247C2
Application number: DE10038247A
Authority: DE
Inventors: Joachim Koch
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1999-10-20
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2020-08-05
Also published as: DE10038247A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppeltemperatursensor gemäß Anspruch 1 und die Verwendung eines derartigen Doppeltemperatursensors gemäß den beiden letzten Ansprüchen.

Aus der DE 26 19 471 A1 ist ein Doppeltemperatursensor bekannt geworden mit zwei Temperatursensoren an gegenüberliegenden Wänden eines Körpers aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit für die Messung der Differenz der Oberflächentemperatur eines Kindes und der Oberflächentemperatur der Gebär mutter.

Eine Vorrichtung für die Messung des Wärmeflusses einer Person mit mindestens zwei Temperaturmessfühlern ist in EP 0 059 701 B1 offenbart, wobei die mittels einer Subtraktionsschaltung aus der Differenz der Signalwerte ermittelten Aus gangssignalwerte der jeweiligen Wärmeabgabe eines Körperteils proportional sind. Eine ähnliche Anordnung mit zwei Temperatursensoren geht aus US 3,933,045 und JP 55-29794 (A) in: Patents Abstracts of Japan, Section P, April 30, 1980, Volume 4, No. 58 hervor, wobei die beiden Sensoren durch eine Schicht mit geringer Wärmeleitung verbunden sind.

Die Außenseite der Messanordnung wird solange beheizt, bis die Temperatur differenz zwischen den beiden Sensoren gegen Null geht, so dass die Temperatur der am Körper einer Person anliegenden Sonde der Kerntemperatur des Menschen entspricht. Hierzu ist es jedoch notwendig, nicht nur den einen Sensor zu beheizen, sondern auch das darunterliegende Gewebe des Patienten. Weil die unbeheizten Bereiche neben dem Sensor kühler sein können und sie von der Messstelle durch Wärmeleitung und Blutfluss Wärme abziehen, muss die Sensoranordnung von vornherein größer gestaltet werden, als zur eigentlichen Temperaturmessung notwendig ist. Wesentlich nachteilig bei dieser Art von Sensoranordnungen ist zudem das langsame Zeitverhalten, weil ein Temperaturgleichgewicht nicht nur in der Messanordnung selbst, sondern auch im darunter liegenden, aufgeheizten Gewebe des Patienten vorhanden sein muss. Typische Zeitkonstanten solcher beheizten Sensoren sind etwa 15 bis 30 Minuten.

In der DE 198 18 170 A1 wird ein Verfahren zur Steuerung der den Wärmehaushalt eines Patienten bestimmenden Betriebsparameter eines Inkubators beschrieben. Dabei wird aus der Verknüpfung einer gemessenen Hauttemperatur und der im Inkubator gemessenen Lufttemperatur die Kerntemperatur beziehungsweise die Peripherietemperatur ermittelt und zur Einstellung der Lufttemperatur im Inkubator verwendet.

In der Praxis hat sich herausgestellt, dass es wünschenswert ist, wenn der Temperatursensor für die Haut und der Temperatursensor für die Lufttemperatur so angeordnet sind, dass der Wärmeübergang vom Hauttemperatursensor zum Lufttemperatursensor einen konstruktiv vorgegebenen, konstanten Wert hat und insbesondere nicht durch eine Luftströmung oder Wärmeleitung zwischen den beiden Temperatursensoren beeinflusst wird. Ebenso soll eine Beheizung aus den genannten Gründen nicht stattfinden.

Demnach besteht die Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines kompakten Doppeltemperatursensors, mit dem die Messung zweier unter schiedlicher äußerer Temperaturen möglich ist, wobei eine wechselseitige Störung der Temperaturmessung weitgehend ausgeschlossen ist.

Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausbildungen des Doppeltemperatursensors nach Anspruch 1 an, und die beiden letzten Ansprüche geben bevorzugte Verwendungen des Doppeltemperatursensors nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche an.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Doppeltemperatursensors folgt aus dem kompakten Aufbau, wodurch in der Praxis eine bessere Handhabung, auch durch die reduzierten Kabelstrecken im Vergleich zu örtlich weiter auseinander angeordneten einzelnen Temperatursensoren, folgt. Ein weiterer Vorteil besteht in der vereinfachten Auswertung von Wärmetransportbe rechnungen, weil eine gegenseitige Störung der beiden Temperatursensoren durch Wärmeleitung und Konvektion weitgehend ausgeschlossen beziehungs weise konstruktiv konstant vorgegeben ist.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Doppeltemperatur sensors ist dadurch gegeben, dass die elektrischen Verbindungen der Temperatursensoren mit dem jeweils zugehörigen Temperatursensor auf den wärmeleitenden Gehäuseteilen angebracht sind. Diese elektrischen Verbindungen der Temperatursensoren sind insbesondere elektrische Drahtleitungen oder sind in der Form gedruckter Schaltungen, beispielsweise auf einer Platine, realisiert. Diese Anordnung hat zur Folge, dass die elektrischen Verbindungen derselben Temperatur wie der jeweils zugehörige Temperatursensor ausgesetzt sind, so dass äußere (das gilt auch für stetig vorhandene Temperaturdifferenzen zwischen der Messstelle und der Umgebung) Temperaturabweichungen in der Umgebung des jeweiligen Temperatursensors im allgemeinen nur zu einer minimalen Beeinflussung der gemessenen Temperatur am jeweiligen Temperatursensor führen. Wird diese erfindungsgemäße Anordnung nicht gewählt, kann eine äußere Temperaturstörung dazu führen, dass über die elektrischen Verbindungen Wärme zu- oder abgeführt wird, je nach Art der Störung. Zwar kann im Falle der Realisierung durch elektrische Drahtleitungen mit Hilfe von reduzierten Drahtquerschnitten sowie der Verwendung von Nickeldraht statt Kupferdraht für die elektrischen Verbindungen die Wärmeleitung vermindert werden, jedoch reichen diese Massnahmen allein nicht aus, um den genannten, störenden Wärmefluss über die elektrischen Verbindungen zu reduzieren und die dadurch fehlerhafte Temperaturmessung zu korrigieren.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind deshalb die elektrischen Verbindungen der Temperatursensoren spiral-, kreis-, mäander-, zickzack-, sternförmig oder in Form eines Vielecks angeordnet und mit dem jeweils zugehörigen Temperatursensor zusammen auf den wärmeleitenden Gehäuseteilen aufgebracht, insbesondere um jeden der jeweils zugehörigen Temperatursensoren herum verlaufend.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Doppeltemperatursensors für die Messung der Hauttemperatur eines Patienten und der Umgebungslufttemperatur, wie in DE 198 18 170 A1 angegeben, kann in vorteilhafter Weise durch logischen Vergleich, beispielsweise in einer Auswerteeinheit, erkannt werden, ob der Doppeltemperatursensor mit einer Sensorseite direkt der Umgebungsluft ausgesetzt ist oder zum Beispiel von einer Decke isolierend abgedeckt wird oder auch vom Patienten selbst abgedeckt ist, der auf dem Sensor liegt:
In letzterem Falle wird sich am Doppeltemperatursensor die gemessene Tem peraturdifferenz verringern, und durch Vergleich mit vorgegebenen, gespeicherten Temperaturdifferenz-Grenzwerten oder mit der Umgebungstemperatur können Fehler in den Messbedingungen erkannt werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der Figuren erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Doppeltemperatursensor gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine Draufsicht (oben) und eine Seitenansicht (unten) eines Doppeltem peratursensors gemäß der Erfindung im Messeinsatz.

Der Doppeltemperatursensor 4 in Fig. 1 weist ein geschlossenes Sensorgehäuse auf mit zwei gegenüberliegenden, im Abstand und wärmeisoliert voneinander angeordneten, wärmeleitenden Gehäuseteilen 1, insbesondere aus einem gut wärmeleitenden Metall, um eine gute, flächige Kontaktierung mit einer ersten Messstelle mit einer ersten Temperatur T1 und mit einer zweiten Messstelle mit einer zweiten Temperatur T2 sicherzustellen. Die erste Messstelle ist beispielweise die Haut 8 eines Patienten (Fig. 2), die zweite Messstelle die Umgebungsluft des Patienten.

Der Doppeltemperatursensor 4 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse in der Papierebene und durch die vorzugsweise baugleichen Temperatursensoren 3 ausgestaltet.

Die wärmeleitenden Gehäuseteile 1 werden durch schlecht wärmeleitende Abstandshalter 2, beispielsweise aus einem Kunststoff in Form einer Buchse, mechanisch gehalten und schließen somit das Sensorgehäuse möglichst voll ständig gegen die Umgebungsluft ab, so dass keine konvektiven Luftbewegun gen zwischen den Temperatursensoren 3 die Temperaturmessung stören können. Der Innenraum des Sensorgehäuses zwischen den wärmeleitenden Gehäuseteilen 1 ist mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt, dies ist inbesondere Luft. Allerdings hat sich in diesem Fall gezeigt, dass der Abstand der wärmeleitenden Gehäuseteile 1 kleiner als etwa 6 Millimeter sein muss, vorzugsweise 4 bis 6 Millimeter, weil sich andernfalls eine Luftkonvektion im Sensorgehäuse aufbaut. Die beiden, insbesondere als elektrische Widerstandselemente ausgebildeten Temperatursensoren 3 sind auf den wärme leitenden Gehäuseteilen 1 mit einem wärmeleitenden Kleber 32 befestigt. Die hier als elektrische Drahtleitungen ausgebildeten elektrischen Verbindungen 31 der Temperatursensoren 3 sind im Ausführungsbeispiel spiralförmig um diese angeordnet, um die Temperatur T1 beziehungsweise T2 der Messstelle des jeweils zugehörigen Temperatursensors 3 anzunehmen. Die als elektrische Drahtleitungen oder in Form einer gedruckten Schaltung realisierten elektrischen Verbindungen 31 können auch in Form anderer geometrischer oder unregelmäßiger Muster mit dem jeweils zugehörigen Temperatursensor 3 auf einem wärmeleitenden Gehäuseteil 1 angeordnet sein. Wesentlich ist, dass längere Abschnitte der elektrischen Verbindungen 31 direkt an jedem der beiden zugehörigen Temperatursensoren 3 möglichst konstant die jeweils zu messende Temperatur besitzen, so dass Messfehler durch zu- oder abströmenden Wärmefluss über die elektrischen Verbindungen 31, je nach Temperaturgradienten zwischen der Umgebung und der Messstelle, vermieden werden. Im Allgemeinen beträgt die Länge der Abschnitte der elektrischen Verbindungen 31 auf den wärmeleitenden Gehäuseteilen 1 wenige Zentimeter, je nach den geometrischen Verhältnissen, verwendeten Materialien und auftretenden Temperaturgradienten zur Umgebung. Im Ausführungsbeispiel mit einem Nickeldraht mit einem Durchmesser von 0,25 mm betrug die Abschnittslänge jeder als Drahtleitung realisierten elektrischen Verbindung 31 auf dem zugehörigen wärmeleitenden Gehäuseteil 1 etwa 3 cm.

Die elektrische Zuleitung in das Sensorgehäuse erfolgt über Kabel 6.

Bei größeren Abständen der wärmeleitenden Gehäuseteile 1 als etwa 6 Millimeter wird das Sensorgeäuse mit Isolationsmaterialien wie beispielweise Schaumstoff und Isolierwolle ausgefüllt, um Luftkonvektion im Sensorgehäuse zu unterdrücken.

In einem Anwendungsbeispiel für die simultane Messung der Hauttemperatur und Messung der Umgebungslufttemperatur oder zur Bestimmung der Kerntemperatur eines Patienten wird der Doppeltemperatursensor 4 in Fig. 2 auf der Haut 8 mittels eines Doppelklebebands 7 befestigt. Die Kabel 6 werden mit einer Kabelbefestigung 5, beispielsweise in Form zweiter flügelartiger Zungen, die fest mit den Kabeln 6 verbunden sind, auf dem Doppelklebeband 7 und auf der Haut 8 befestigt. Zugkräfte, die auf die Kabel 6 wirken, werden dadurch zuerst von dieser Zugentlastungsstelle aufgenommen und nicht an den Doppeltemperatursensor 4 weitergeleitet.

Claims

1. Doppeltemperatursensor mit folgenden Merkmalen:

- Zwei Temperatursensoren (3) mit ihren jeweils zugehörigen elektrischen Verbindungen (31) sind
- in einem geschlossenen Sensorgehäuse auf zwei gegenüberliegenden, im Abstand wärmeisoliert voneinander angeordneten, wärmeleitenden Gehäuseteilen (1) angebracht,
- so dass die aufgrund einer äußeren Temperaturdifferenz sich an den wärmeleitenden Gehäuseteilen (1), an den elektrischen Verbindungen (31) und an den Temperatursensoren (3) einstellenden Temperaturen (T₁, T₂) ohne Beeinflussung durch Luftströmung oder Wärmeleitung zwischen den Temperatursensoren (3) gemessen werden und
- die elektrischen Verbindungen (31) der Temperatursensoren (3) sind um diese herum verlaufend angeordnet und mit diesen zusammen auf den wärmeleitenden Gehäuseteilen (1) aufgebracht.

2. Doppeltemperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen (31) der Temperatursensoren (3) spiral-, kreis-, mäander-, zickzack-, sternförmig oder in Form eines Polygons angeordnet sind.

3. Doppeltemperatursensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoren (3) temperaturabhängige elektrische Widerstandselemente sind.

4. Doppeltemperatursensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Temperatursensoren (3) baugleich sind.

5. Doppeltemperatursensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen (31) als Drahtleitungen, gedruckte Schaltungen oder elektronische Mikrobauelemente realisiert sind.

6. Doppeltemperatursensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoren (3) oder die Tem peratursensoren (3) und ihre elektrischen Verbindungen (31) mit einem wärmeleitenden Kleber (32) auf den wärmeleitenden Gehäuseteilen (1) befestigt sind.

7. Doppeltemperatursensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppeltemperatursensor (4) mit einem Doppelklebeband (7) zwischen einem der beiden wärmeleitenden Gehäuseteile (1) und einem äußeren Körper befestigt ist.

8. Doppeltemperatursensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der wärmeleitenden Gehäuse teile (1) etwa 1 bis 6 mm beträgt.

9. Doppeltemperatursensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Sensorgehäuses mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt ist.

10. Verwendung eines Doppeltemperatursensors (4) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 für die simultane Messung der Hauttemperatur eines Patienten und seiner Umgebungslufttemperatur.

11. Verwendung eines Doppeltemperatursensors (4) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Bestimmung der Kerntemperatur eines Patienten.