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.