DE102005000815B3

DE102005000815B3 - Infrarotthermometer

Info

Publication number: DE102005000815B3
Application number: DE102005000815A
Authority: DE
Inventors: Horng-Tsann Huang; Chin-Huan Chen; Chih-Hua Hsu; Feng-Chu Lin
Original assignee: North Pacific Automation Corp
Current assignee: North Pacific Automation Corp
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2025-01-06
Also published as: US20060098709A1; TW200615520A; US20070211783A1

Abstract

Es wird ein Infrarotthermometer mit Folgendem angegeben: DOLLAR A - einem Mantel (30) mit einem Innenraum und einem Messfenster am Vorderende; DOLLAR A - einer Sensoreinheit (60) innerhalb des Mantels zum Erfassen von Infrarotstrahlung, die von einem Ziel herrührt und durch das Messfenster läuft; DOLLAR A - einem rohrförmigen Wärmeleiter (40) aus einem wärmeleitenden Material, der sich zwischen dem Mantel und der Sensoreinheit befindet, um für einen geeigneten Wärmefluss in die Sensoreinheit zu sorgen; und DOLLAR A - einem wärmeleitenden Halter (70) aus einem wärmeleitenden Material, der unter dem Boden der Sensoreinheit angebracht ist und den Wärmeleiter berührt, um Wärmeflüsse auszugleichen, die zu Teilen über und unter der Sensoreinheit führen.

Description

Priorität: 9. November 2004, Taiwan (Rep. China), 093134141
Die Erfindung betrifft ein Infrarotthermometer, wie ein Ohrthermometer, insbesondere ein solches, das schnell messbereit ist und bei dem schnell ein Wärmegleichgewicht erzielt wird.
Infrarotthermometer sind Hauptwerkzeuge von Flughafen-Quarantänepersonal, um das Eindringen einer Epidemie, insbesondere von SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome), das sommers besonders bedrohlich ist, zu vermeiden. Auch wenden in Zusammenhang mit derartigen Epidemien, wie der SARS-Krise, immer mehr Familien Ohrthermometer an.
Wie es in der 1 dargestellt ist, verfügt ein herkömmliches Ohrthermometer über einen Infrarotsensor 10 zum Erfassen der Ohrtemperatur auf Grundlage von Infrarotstrahlung innerhalb des Gehörgangs. Außer dem Infrarotsensor 10 existieren ein Wellenleiter 22 und eine Wärmesenke 21. Wie es in der 2 dargestellt ist, besteht der Infrarotsensor 10 aus einem Sockel 11, Stiften 12, einer Abdeckung 13, einem Filter 14 und einem Messabschnitt 15. Der Sockel 11 trägt den Messabschnitt 15. Die Stifte 12 durchdringen den Sockel 11 und geben die aus der Infrarotstrahlung (entsprechend der Zieltemperatur) gewandelte elektrische Spannung und Signale entsprechend der Temperatur des Sockels 11 des Sensors aus. Die Abdeckung 13 bedeckt den Sockel 11 und den Messabschnitt 15, wobei sie ein Fenster zum Anbringen des Filters 14 offen lässt. Das Filter 14 sorgt für geeignete Filterung eines bestimmten Bereichs von Infrarotstrahlung, die zum Messabschnitt 15 durchläuft, um die Temperatur des Ziels zu erfassen (wie des Trommelfells im Gehörgang, das die Körpertemperatur repräsentiert).
Der Messabschnitt 15 ist in erster Linie ein Thermoelement zum Erfassen der Zieltemperatur durch Wandeln von Wärmestrahlung in ein elektrisches Ausgangssignal. Um für sicheren Empfang der Wärmestrahlung nur vom Ziel zu sorgen, wird das Filter 14 an der Abdeckung 13 dazu verwendet, einen geeigneten Betrachtungswinkel festzulegen, bei dem die Wärme (Infrarotstrahlung) vom Ziel an den Messabschnitt 15 übertragen wird.
Die Abdeckung 13 besteht im Allgemeinen aus einem wärmeleitenden Material wie Metall, so dass die zur Abdeckung 13 des Messabschnitts 15 geführte Wärme leicht an andere Abschnitte übertragen wird und eine. ungenaue Messung hervorgerufen durch ein teilweises Wärmeungleichgewicht vermieden wird. Jedoch besteht die Abdeckung 13 in der Praxis aus einem dünnen Metall, so dass im Allgemeinen zwischen ihr und dem Sockel 11 ein teilweises Wärmeungleichgewicht besteht, das das Ausgangssignal des Thermoelements beeinflusst.
Daher verfügt das Ohrthermometer 20 bei Anwendungsfällen über den Wellenleiter 22 und die Wärmesenke 21. Der Wellenleiter 22 hält den Infrarotsensor 10 von einem Wärmekontakt zum Wärmeziel (Gehörgang) ab, jedoch überträgt er die Infrarotstrahlung. Die Wärmesenke 21 absorbiert die zur Außenseite des Infrarotsensors 10 geleitete Wärme, und sie sorgt für ein Gleichgewicht betreffend diese Wärme, um ein teilweises Wärmeungleichgewicht zu verhindern, wodurch die Messgenauigkeit verbessert wird. Jedoch verkompliziert der Wellenleiter 22 die Konstruktion, und er erhöht die Kosten des Ohrthermometers 20.

Das Dokument US 6,076,962 A offenbart eine Infrarotsonde aus einer Sensoreinheit auf einem Sensorsockel, wobei eine Isoliereinheit um sie herum vorhanden ist, um das herkömmliche Wellenleiterohr wegzulassen. Die Isoliereinheit wird dazu verwendet, die Wärmeübertragung zu beschränken, zu der es durch die Temperaturdifferenz zwischen der Sonde und der Sensoreinheit kommt. Die Isoliereinheit besteht aus einem wärmeleitenden Material, das die Wärme schnell leiten kann, um den Temperaturmessfehler zu verringern. Jedoch sorgt die Isoliereinheit dafür, dass die Sensoreinheit gegen die Umgebungstemperatur isoliert ist. Daher muss die Infrarotsonde für eine gewisse Zeitspanne in der Messumgebung verbleiben, bis sie und die Sensoreinheit einen Wärmeausgleich erfahren haben, um genaue Messwerte zu erzielen. Es ist eine lange Ausgleichszeit erforderlich, wenn sich die Umgebungstemperatur stark ändert, was für den Benutzer unzweckdienlich ist.

Die DE 692 29 918 T2 beschreibt ein Infrarot-Thermometer zur kontaktfreien Messung am Trommelfell. Das Infrarot-Thermometer weist einen vorstehenden Sondenabschnitt zum Einführen in ein Ohr eines Patienten auf. In dem Sondenabschnitt ist ein Infrarotdetektor angeordnet, der ein Sensorgehäuse mit einem Bandpassfilter aufweist und einem zweikanäligen Thermosäulendetektor. Weiter ist ein dämpfender Neutralfilter und ein Referenzthermistor angeordnet. Der Bandpassfilter ist hinter einer Öffnung im Sensorgehäuse angeordnet um Infrarotlicht passieren zu lassen. Der Thermosäulendetektor ist unmittelbar im Sensorgehäuse befestigt.

Die DE 101 10 226 A1 zeigt ein Infrarot-Thermometer, bei dem ein Infrarotsensor innerhalb einer Sensorbasis angeordnet ist. Zwischen dem Aufsatz, der ins Ohr eingesetzt wird, ist eine Isolationseinheit angeordnet, die mit der Sensorbasis verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Infrarotthermometer ohne Verwendung eines Wellenleiters zu schaffen, das schnell ein Wärmegleichgewicht erzielt, so dass schnell und leicht Messungen ausgeführt werden können.

Diese Aufgabe ist durch das Infrarotthermometer gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Für hoch genaue Messungen ist die Ausführungsform gemäß dem Anspruch 2 von besonderem Vorteil.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.

1 ist eine Konstruktionsansicht eines herkömmlichen Ohrthermometers;

2 ist eine Konstruktionsansicht einer herkömmlichen Infrarotsensoreinheit;

3 ist eine Zusammenbauansicht einer ersten Ausführungsform eines Infrarotthermometers gemäß der Erfindung;

4 ist eine Schnittansicht der ersten Ausführungsform eines Infrarotthermometers gemäß der Erfindung;

5A bis 5C sind Schnittansichten anderer Ausführungsformen von Infrarotthermometern gemäß der Erfindung;

6A ist eine geschnittene Teilansicht eines Mantels bei einer Ausführungsform eines Infrarotthermometers gemäß der Erfindung, um einen Trennabschnitt zu zeigen;

6B ist eine geschnittene Teilansicht eines Mantels bei einer Ausführungsform eines Infrarotthermometers gemäß der Erfindung, um einer Wärmeverzögerungsring zu zeigen;

7A, 7B zeigen Ausführungsformen wärmeleitender Halter bei einer Ausführunngsform eines Infrarotthermometers gemäß der Erfindung; und

8A, 8B zeigen Ausführungsformen einer Wärmeleitungs-Einstelleinrichtung bei einer Ausführugsform eines Infrarotthermometers gemäß der Erfindung.

Wie es in der 3 dargestellt ist, verfügt eine Ausführungsform eines Infrarotthermometers gemäß der Erfindung über einen Mantel 30, einen Wärmeleiter 40, eine Sensoreinheit 60 und einen wärmeleitenden Halter 70. Die Form des Mantels hängt vom Endprodukt ab. Zum Beispiel handelt es sich beim Mantel 30 eines Ohrthermometers um eine Sonde mit kleinerem Vorderende, das in den Gehörgang (in der Zeichnung nicht dargestellt) eines Benutzers passt. Der Mantel 30 kann jedoch beliebige andere Formen einnehmen. Er besteht hauptsächlich aus einem Hohlraum mit einem Innenraum und einem Messfenster 31 an seinem Vorderende. Der Wärmeleiter 40 ist ebenfalls ein Rohr mit einem Innenraum und einer dem Messfenster 31 entsprechenden Öffnung 41. Der Wärmeleiter 40 besteht aus einem wärmeleitenden Material, er befindet sich im Mantel 30, und er hält die Sensoreinheit 60, um einen geeigneten Wärmefluss in diese zu leiten und für einen Temperaturausgleich um diese herum zu sorgen.

Die Sensoreinheit 60 liegt innerhalb des Wärmeleiters 40. Sie besteht aus einer Abdeckung 61, einem Sockel 62 und Ausgangsstiften 63. Die Abdeckung 61 verfügt über ein Filterfenster 611 (dasselbe, wie es in der 2 dargestellt und oben beschrieben ist). Äußere Infrarotstrahlung durchdringt das Messfenster 31, die Öffnung 41 und das Filterfenster 611 zum Messabschnitt innerhalb der Sensoreinheit 60, um eine Temperaturmessung auszuführen. Um zu verhindern, dass der Wärmeleitungsfluss des Wärmeleiters 40 direkt in- die Abdeckung 61 der Sensoreinheit 60 gelangt, steht derjenige Teil des Wärmeleiters 40, der die Sensoreinheit 60 umgibt, nicht vollständig mit der Abdeckung 61 in Kontakt.

Bei bekannten Infrarotthermometern befindet sich die Sensoreinheit 10 isoliert hinter dem Wellenleiter 22, oder sie ist durch die Wärmesenke 21 oder die Isoliereinheit abgedeckt, wie oben beschrieben. Beim herkömmlichen Infrarotthermometer ist eine gewisse Zeit dazu erforderlich, für einen Temperaturausgleich zwischen der Sensoreinheit und der Umgebungstemperatur zu sorgen, um genaue Messwerte zu erhalten. Da die Temperaturmessung auf der Temperaturdifferenz zwischen dem Messabschnitt (Infrarotstrahlung, die durch das Filterfenster 611 dringt) und dem Sockel 62 beruht, muss die Temperatur im oberen Teil der Sensoreinheit 60 mit der Temperatur des Sockels 62 ins Gleichgewicht kommen, um genaue Messwerte zu erhalten. Insbesondere dann, wenn das Thermometer an einen Ort gebracht wird, an dem die Umgebungstemperatur stark verändert ist, ist eine längere Wartezeit erforderlich, damit die Temperatur des Sensors mit der Umgebungstemperatur ins Gleichgewicht kommt.

Demgegenüber wird bei einem erfindungsgemäßen Infrarotthermometer ein Wärmeleiter 40 dazu verwendet, eine Sensoreinheit 60 zu halten, der einen geeigneten Wärmefluss vom Teil über die Sensoreinheit 60 in diese leitet. Ferner ist unter dem Sockel 62 der Sensoreinheit 60 ein wärmeleitender Halter 70 montiert, der den Sockel 62 und den Wärmeleiter 40 berührt, wobei sich der Wärmeleiter 40 etwas länger so über die Sensoreinheit 60 erstreckt, dass er mit dem Bund des wärmeleitenden Halters 70 in Kontakt steht. Die Form des wärmeleitenden Halters 70 kann dergestalt sein; wie es in der 7A dargestellt ist, wobei am Bund für nur partiellen Kontakt einige Ausschnitte ausgebildet sind. Andernfalls kann der wärmeleitende Halter 70 als Vollkreis ausgebildet sein, wie es in der 7B dargestellt ist, so dass der Bund vollständig mit dem Wärmeleiter 40 in Kontakt steht.

Während der Messung wird ein Teil des Wärmeflusses auch vom Wärmeleiter 40 über den wärmeleitenden Halter 70 zum Boden der Sensoreinheit 60 geleitet, um für ein Gleichgewicht zum Wärmefluss zu sorgen, der vom Wärmeleiter 40 zum oberen Teil der Sensoreinheit 60 geleitet wird, und um schnell Messbereitschaftsbedingungen zu erzielen. Gemäß den verschiedenen Gleichgewichtsbedingungen werden die Form (Kontaktfläche), das Volumen oder die Länge (wie es in den 5A bis 5C dargestellt ist) des Wärmeleiters 40 und des wärmeleitenden Halters 70 geeignet ausgebildet. Wenn die Wärmeleitfähigkeiten des wärmeleitenden Halters 70 und des Wärmeleiters 40 geeignet an die Sensoreinheit 60 angepasst werden, kann der Zustand erzielt werden, dass die Sensoreinheit 60 bei jeder Messung dynamisch ins Gleichgewicht gelangt und von der Infrarotstrahlung des Ziels ein genauer Messwert erfasst wird, ohne dass es erforderlich wäre, eine spezielle Ausgleichszeit für die Wärmeleitung abzuwarten.

Wie es durch die 5A bis 5C veranschaulicht ist, kann zwischen dem Wärmeleiter 40 und der Sensoreinheit 60 eine Wärmeleitungs-Einstelleinrichtung 50 vorhanden sein, die es ermöglicht, einen geeigneten Wärmefluss in die Sensoreinheit 60 zu leiten und für eine genaue Messung zu sorgen. Die Wärmeleitungs-Einstelleinrichtung besteht aus einem Nichtmetall (wie Siliciumkautschuk) oder einem Metall, um geeignete Wärmeleitfähigkeit zu erzielen; ihre Form kann die einer Tasse (wie in den 5A bis 5C dargestellt), einer Platte (wie in der 8A dargestellt) oder eines Rings (wie in der 8B dargestellt) sein.

Andererseits kann sich innerhalb des Vorderendes des Mantels 30 ein konkaver oder ausgeschnittener Abschnitt 32 zum verringern der Kontaktfläche des Mantels 30 zum Wärmeleiter 40 befinden, und um ein besseres Ergebnis bei der Einstellung der Wärmeleitung zu erzielen. Eine Verringerung der Wärmeleitung kann auch durch einen Wärmeverzögerungsring 80 (in der 6B dargestellt) erzielt werden, der sich zwischen dem Mantel 30 und dem Wärmeleiter 40 befindet.

Claims

Infrarotthermometer mit: – einem Mantel (30) mit einem Innenraum und einem Messfenster (31) am Vorderende; – einer Sensoreinheit (60) innerhalb des Mantels (30) zum Erfassen von Infrarotstrahlung, die von einem Ziel herrührt und durch das Messfenster (31) läuft; – einem rohrförmigen Wärmeleiter (40) aus einem wärmeleitenden Material, der sich zwischen dem Mantel (30) und der Sensoreinheit (60) befindet, um für einen geeigneten Wärmefluss in die Sensoreinheit (60) zu sorgen; und – einem wärmeleitenden Halter (70) aus einem wärmeleitenden Material, der unter dem Sockel (62) der Sensoreinheit (60) angebracht ist und den Wärmeleiter (40) berührt, um Wärmeflüsse auszugleichen, die zu Teilen über und unter der Sensoreinheit (60) führen.
Infrarotthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Wärmeleitungs-Einstelleinrichtung (50) zwischen dem Wärmeleiter (40) und der Sensoreinheit (60) versehen ist, um es zu ermöglichen, dass ein geeigneter Wärmefluss in die Sensoreinheit (60) geleitet wird.
Infrarotthermometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitungs-Einstelleinrichtung (50) aus einem Nichtmetall besteht.
Infrarotthermometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitungs-Einstelleinrichtung (50) aus Metall besteht.
Infrarotthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Teil innerhalb des Mantels (30), wo dieser mit dem Wärmeleiter (40) in Kontakt steht, ein Ausschnittsabschnitt (32) ausgebildet ist, um die Wärmekontaktfläche des Mantels zum Wärmeleiter (40) zu verkleinern.
Infrarotthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mantel (30) und dem Wärmeleiter (40) ein Wärmeverzögerungsring (80) vorhanden ist.