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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Temperaturen, insbesondere von humanen Körpertemperaturen, mit einem Temperatursensor und einer Elektronik.
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Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer solchen Vorrichtung, insbesondere zum Messen der humanen Basaltemperatur. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen von Temperaturen, insbesondere von humanen Körpertemperaturen, mittels eines Temperatursensors, insbesondere mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise aus der
US 2014/378863 A1 ein Gerät zur Überwachung der Fruchtbarkeit bekannt, dass die Körpertemperatur misst. Die
US 2016/174946 A1 offenbart ein Gerät, dass zur Überwachung weiblicher Fruchtbarkeit, ein Thermometer zur Erfassung der Körpertemperatur umfasst.
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Allgemein ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass die Temperaturmessung durchgeführt wird, indem der Temperatursensor eines Thermometers oder dessen Gehäuse mit dem Gegenstand, dessen Temperatur zu messen ist, in Kontakt gebracht wird. Bei der Messung der Körpertemperatur eines Lebewesens, z.B. des Menschens wird der Sensor mit einer Körperpartie in Kontakt gebracht, z.B. unter die Zunge gelegt. Dies ist insbesondere bei der Messung der Basaltemperatur (BBT) der Fall.
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Bei einer solchen Art von Messverfahren, ist es das Problem, dass der Temperatursensor und/oder das Sensorgehäuse des Temperatursensors zu Beginn der Messung auf Umgebungstemperatur, z.B. Raumtemperatur erwärmt ist und eine gewisse Wärmemenge vom zu messenden Gegenstand, z.B. dem Körper aufnehmen muss, um die aktuelle Temperatur messen zu können. Die Zeitdauer, die benötigt wird, bis der Temperatursensor oder sein Gehäuse von der Umgebungstemperatur in den Bereich der zu messenden Endtemperatur gelangt ist, nimmt einen großen Anteil der gesamten Messdauer Δt ein. Die durchschnittliche Messdauer Δt liegt bei üblichen Messvorrichtungen, z.B. solchen zur Messung für die Körpertemperatur zwischen 45 und 120 Sekunden, vorzugsweise zwischen 60 und 90 Sekunden.
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Bekannt ist es z.B. im Bereich der Basaltemperaturmessung eine Verkürzung der Messdauer Δt durch eine, von einem Mikrocontroller elektronisch durchgeführte Approximation der endgültigen Temperatur vorzunehmen. Ebenso ist es bekannt das Messergebnis zu extrapolieren, um die Messdauer Δt zu verkürzen.
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Nachteilig an diesem Ansatz ist, dass dies eine ideale Benutzerin voraussetzt, die den Sensor an der richtigen Stelle, z.B. unter der Zunge platziert und sich während der Messung nicht bewegt. Besonders bei Messungen an der Zunge ist es jedoch der Normalfall, dass die Benutzerin während der Messung des Geräts die Zunge, den Sensor und/oder den Mund bewegt, insbesondere wobei dadurch Luft aus der Umgebung an den Sensor gelangen kann, was zu einer Verlängerung der Messzeit führen würde.
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Durch die Bewegungen entstehen stochastische Abweichungen, die die Genauigkeit der Extrapolation verringern. Für das Fruchtbarkeitsergebnis ist ein stabiler Temperaturwert von entscheidender Bedeutung, sodass dies kein günstiger Ansatz ist, um die Messdauer Δt zu verkürzen.
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Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, die Messdauer Δt zu verkürzen, ohne einen negativen Einfluss auf die Genauigkeit bzw. den Messwert der zu messenden Temperatur und/oder die Bedienbarkeit zu haben. Wenngleich die Anwendung der Erfindung bei Vorrichtungen und Verfahren zur Messung der Körpertemperatur, besonders der Basaltemperatur bevorzugt sind, ist die Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt, sondern kann bei jeglicher Art von Temperaturmessung eingesetzt werden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zum Messen von Temperaturen, insbesondere von humanen Körpertemperaturen gemäß der Erfindung einen Temperatursensor und eine Elektronik bereitstellt, wobei die Elektronik eingerichtet ist, den Temperatursensor zumindest zeitweise zu beheizen.
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Im Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Temperatursensor vor und/oder während der Temperaturmessung zumindest zeitweise beheizt wird, insbesondere bis zum Erreichen einer vorbestimmten Zieltemperatur.
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Eine vorzugsweise Anwendung findet die erfindungsgemäße Vorrichtung als Basalthermometer, insbesondere wobei auch andere Anwendungen, z.B. als Fieberthermometer denkbar sind.
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Anders als beim Stand der Technik ist es mit einer solchen Vorrichtung möglich, durch die Beheizung des Temperatursensors, die Messdauer Δt deutlich zu verkürzen, da die Energie, die aufgenommen werden muss, um den Temperatursensor und/oder dessen Gehäuse bis auf die zu messende Endtemperatur anzuheben, nicht vollständig vom zu messenden Gegenstand/ Körper über den hergestellten Kontakt auf den Temperatursensor überführt werden muss, sondern zumindest zu einem Anteil, vorzugsweise dem überwiegenden Anteil, direkt aus der Vorrichtung bereitgestellt wird.
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Vorzugsweise wird erreicht, dass die Messdauer Δt, insbesondere bis zum Zeitpunkt des Vorliegens eines als stabil bewerteten Messergebnisses der zu messenden Temperatur, z.B. der Basaltemperatur, zwischen 5 und 30 Sekunden, vorzugsweise zwischen 10 und 20 Sekunden liegt.
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Durch geringe Wartezeiten während der Messung wird das Messen nicht nur allgemein komfortabler und effizienter, sondern besonders bei der Körpertemperaturmessung, vorzugsweise der Basaltemperaturmessung reduzieren sich auch die Relativbewegungen des Gerätes und Mundes des Benutzers und tragen so zu einer sinkenden Messfehlerrate bei. Die Benutzerfreundlichkeit wird dadurch positiv beeinflusst und gleichzeitig ist es möglich, mit der Anwendung des Gerätes verbundene Risiken zu reduzieren.
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In bevorzugter Ausführung wird die Beheizung des Temperatursensors durch Betätigen eines Bedienelementes an der Vorrichtung, z.B. eines Druckknopfes, oder dem Abziehen der Sensorschutzhülle oder der messtechnischen Erfassung der Überschreitung eines gespeicherten Grenzwertes eines Temperaturwertes oder eines positiven Temperaturgradienten, beispielsweise gemessen in [K/s], am Temperatursensor oder das messtechnische Erfassen einer Bewegung des Gerätes, z.B. in der Hand des Benutzers, z.B. ausgehend von einer ruhenden Position in die Position zum Abziehen der Schutzhülle oder das automatische Aktivieren durch ein zweites elektronisches Gerät, vorzugsweise ein Kommunikationsgerät mittels kabelloser Kommunikation, vorzugsweise ein Smartphone, eingerichtet mit einer für eine Aktivierung geeigneten Software / App, gestartet.
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In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es bevorzugt vorgesehen sein, den zur Beheizung verwendeten Strom in Impulsen zu modulieren, insbesondere mittels Pulsweitenmodulation (PWM). Beispielsweise erzeugt ein Mikrocontroller die Pulsweitenmodulation des Stroms und sendet hierüber die Wärmeenergie an den Temperatursensor. Durch eine Pulsweitenmodulation ist eine Steuerung der Energiedissipation, insbesondere eine Regelung der Wärmemenge und/oder sind Temperaturmessungen zwischen den Heizphasen möglich.
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Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbaute Elektronik dient beispielswiese zur Erfassung und Verarbeitung von Messwerten des Temperatursensors. Vorzugsweise kann diese auch zur Beheizung eingesetzt werden. Ebenso kann eine zur Messelektronik separate Heizelektronik eingesetzt werden.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorzugsweise vorgesehen, während der Impulspausen eines pulsweitenmodulierten Stroms, insbesondere der zur Beheizung des Temperatursensors vorgesehen ist, die Temperaturmesswerte des Temperatursensors zu messen.
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Ein wesentlicher Vorteil einer Messung der Temperaturmesswerte während der Impulspausen liegt dabei in der konstanten Überprüfung des korrekten Temperaturanstiegs und der Überwachung der Maximaltemperatur.
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Insbesondere kann hierdurch auch eine mögliche Überhitzung des Temperatursensors verhindert und dadurch das Risiko einer Verletzung, insbesondere der Benutzerin oder des Benutzers mindern.
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Die Beheizung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere des Temperatursensors ist durch eine Bestromung unterschiedlicher Bereiche der Vorrichtung möglich.
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Eine erste Anordnung kann eine Bestromung direkt an den Anschlusspads über die gesamte Anschlussleitungsstrecke des Temperatursensors, z.B. eines Thermistors aufweisen. Eine zweite Anordnung kann eine Bestromung über einen auf/in der Anschlussleitung liegenden Leitungsabschnitt, vorzugsweise nahe am Temperatursensor liegend, aufweisen.
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Bei einer Bestromung direkt an den Anschlusspads der Anschlussleitung des Temperatursensors, ist aufgrund des pulsweitenmodulierten Stroms eine Bestromung des Thermistors durch die gesamte Anschlussleitung möglich.
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Bei einer Bestromung eines auf/in der Anschlussleitung liegenden Abschnitts wird nur der, vorzugsweise nahe am Temperatursensor liegende Abschnitt beheizt. Eine aufgrund der Beheizung einer im Abschnitt liegenden Anschlussleitung auftretende Erwärmung wird, bedingt durch Wärmeleitung, vorzugsweise bis zum Temperatursensor befördert.
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Bei einer bevorzugten Ausführung kann der Temperatursensor als Thermistor ausgebildet sein.
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Die Anschlussleitungen des Temperatursensors / Thermistors sind vorzugsweise innerhalb des Sensorhalses einer Vorrichtung in Längsrichtung angeordnet.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, das Heizelement innerhalb des Gehäuses des Sensorhalses anzuordnen, vorzugsweise wobei es vorgesehen sein kann, das Heizelement innerhalb des Sensorhalses ringförmig um die Sensorkabel anzuordnen.
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Eine andere Ausführungsform kann eine Bestromung eines benachbart zum Temperatursensor angeordneten Heizelements vorsehen, insbesondere wobei das Heizelement als Spule oder Widerstand ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Heizelement in einer zylindrischen Form ausgeprägt und/oder vorzugsweise ringförmig um den Temperatursensor, insbesondere als Thermistor ausgebildeten Temperatursensor angeordnet.
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Die Ausführungsform kann ein Heizelement vorsehen, dass ausgebildet ist, die Anschlusspads der Leiterplatte, an welchen die Anschlußleitungen des Temperatursensors angeschlossen sind, zu beheizen, z.B. hierfür zu bestromen, vorzugsweise wobei das Heizelement um die Anschlusspads herum und/oder zwischen die Lagen der Leiterplatte, z.B. unterhalb der Anschlusspads angeordnet ist.
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Eine Kombination oder teilweise Verwendung der vorherigen Ausführungsformen stellt eine weitere mögliche Ausführungsform dar.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen von Temperaturen, kann der Temperatursensor vor und/oder während der Temperaturmessung zumindest zeitweise beheizt sein, insbesondere bis zum Erreichen einer vorbestimmten Zieltemperatur, z.B. die durch die Benutzerin / den Benutzer vorgegeben sein kann oder fest in der Vorrichtung gespeichert ist.
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Von der Zieltemperatur kann die, für eine Beheizung notwendige Zeitspanne und/oder benötigte Energiemenge abhängen.
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Die Zieltemperatur auf die der Temperatursensor aufheizbar ist, liegt vorzugsweise in einer Umgebung um eine Erwartungstemperatur, insbesondere in einer Umgebung von +/- 15%, vorzugsweise +/- 5% der Erwartungstemperatur. Die Erwartungstemperatur ist die Temperatur, von der erwartet wird, dass sie bei einer Messung am Messzeitende beim Temperatursensor vorliegt. Bei einer Körpertemperaturmessung am Menschen kann dies z.B. eine Temperatur von 37 Grad Celsius sein.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt dabei in der Beheizung des Temperatursensors auf eine Zieltemperatur, die sich in einer Umgebung einer Erwartungstemperatur befindet, sodass im Wesentlichen lediglich die Energiemenge vom Körper auf den Temperatursensor durch Wärmeleitung übertragen werden muss, die der Differenz zwischen der Zieltemperatur und der Erwartungstemperatur entspricht.
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Ein erfindungsgemäß weitergebildetes Verfahren berechnet die zur Beheizung des Temperatursensors benötigte Energiemenge voraus, wobei dies in Abhängigkeit der Differenz zwischen einer Erwartungstemperatur und einer zum Startzeitpunkt der Beheizung vorliegenden Umgebungstemperatur des Temperatursensors erfolgt und überträgt diese Energiemenge durch Beheizung an den Temperatursensor, z.B. wie zuvor beschrieben.
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Im Vorfeld eines Aufheizvorgangs des Temperatursensors wird vorzugsweise eine Messung der Umgebungstemperatur durchgeführt, die als Basis zur Berechnung der nötigen Energiemenge dient, z.B. zur Berechnung einer dafür benötigten spezifischen Pulsweitenmodulation des elektrischen Stroms durch einen Algorithmus.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren sind vorzugsweise alle zur vollständigen Messung notwendigen Schritte, beginnend bei einer Messung der aktuellen Temperatur des Temperatursensors, einer Berechnung der notwendigen Pulsweitenmodulation des zur Beheizung verwendeten elektrischen Stroms durch einen Algorithmus, eine Durchführung von Zwischenmessungen zur Überwachung einer Zieltemperatur in den Pulspausen, sowie das Abschalten der Beheizung ab Erreichen einer Zieltemperatur bis zur Messung der Temperatur des Temperatursensors bis zum Erreichen eines Abbruchkriteriums, insbesondere Unterschreiten eines Grenzwertes eines Temperaturgradienten oder Ablauf einer Messzeit umfasst.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1: zeigt eine Seitenansicht des Sensorgehäuses mit einer ersten Anordnung zur Beheizung
- 1a: zeigt eine Schnittdarstellung einer ersten Ausprägung der ersten Beheizungsanordnung
- 1b: zeigt eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausprägung der ersten Beheizungsanordnung
- 2: zeigt eine Seitenansicht des Sensorgehäuses mit einer zweiten Anordnung zur Beheizung
- 2a: zeigt eine Schnittdarstellung einer ersten Ausprägung der zweiten Anordnung zur Beheizung
- 3: zeigt eine Seitenansicht des Sensorgehäuses mit einer dritten Anordnung zur Beheizung
- 4: zeigt den Zusammenbau des Sensorgehäuses mit der Schutzhülle
- 5: zeigt eine Detaildarstellung einer Anordnung zur Bestromung
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mit einem Sensorgehäuse 1, dass mit einem Sensorhals 3 ausgebildet ist, dessen freies Ende einen Temperatursensor 4 aufweist.
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Grundsätzlich bei allen, auch hier nicht gezeigten Ausführungen kann an der erfindungsgemäßen Vorrichtung, z.B. einem Thermometer, das Gehäuse einen Körperbereich aufweisen, der in den Sensorhals übergehen kann. Vorzugsweise weist der Körperbereich eine Bedien- und/oder Anzeigeeinheit auf, z.B. ein Display, z.B. zur Anzeige der gemessenen Temperatur und/oder andere Informationen, insbesondere aus der Temperatur ermittelter Informationen, wie z.B. einen Fertilitätsstatus.
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Das Sensorgehäuse 1 wird in dieser Ausführung durch einen Körper, z.B. tropfenförmigen Körper, mit einem Sensorhals 3, z.B. einen zylindrisch geformten und sich in Längsrichtung erstreckenden Sensorhals 3 gebildet. Vorzugsweise weist der Sensorhals 3 an seinem freien Ende einen Temperatursensor 4 auf. Körper und Sensorhals können grundsätzlich auch andere Formen aufweisen. Sensorkabel 6, die in der 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind, verlaufen vom Temperatursensor 4 durch den Sensorhals 1 zu einer im Körper angeordneten Elektronik, welche die weiterhin gezeigte Elektronik 9 sein kann, oder eine andere Messelektronik zur Erfassung der Messwerte des Temperatursensors 4.
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Der Sensorhals 3 weist ein Heizelement 5 auf, dass durch die nur schematisch dargestellte Elektronik 9 bestrombar ist. Das Heizelement 5 ist hier beispielsweise als Heizwendel ausgebildet, die sich mit mehreren Windungen zumindest durch einen Teilabschnitt des Sensorhalses 3 in dessen Längsrichtung erstreckt. Die Bestromung des Heizelementes 5 kann durch Betätigung eines Bedienelementes, z.B. eines auf dem kreisförmigen Abschnitt des Sensorgehäuses 1 z.B. mittig angeordneten und/oder zylindrisch geformten angebrachten Druckknopfes 2 erfolgen.
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Benachbart zum Druckknopf 2 sind LED's 8, vorzugsweise drei LED's 8 angeordnet, insbesondere wobei die LED's 8 z.B. durch farblich codiertes Aufleuchten das Ergebnis des Messvorgangs anzeigen können, z.B. einer Temperatur, vorzugsweise der Basaltemperatur anzeigen oder einen Fruchtbarkeitstatus anzeigen. In dieser Ausführung kann über die LED's 8 der Fruchtbarkeitsstatus einer Nutzerin angezeigt werden.
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Ebenso kann die Vorrichtung nur (also alternativ zu den gezeigten LED's 8) oder zusätzlich zu den LED's 8 ein Display zur direkten Temperaturanzeige oder Textanzeige / Statusanzeige aufweisen.
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Die 1a und 1b zeigen einen Schnitt durch den Sensorhals 3 von zwei leicht unterschiedlichen Ausführungen die bei der Ausführung gemäß 1 vorgesehen sein können. In 1a ist ein Heizelement 5, ringförmig oder spulenwicklungsförmig in das Material des Sensorhalses 3 integriert, wogegen in 1b ein Heizelement 5, ringförmig oder spulenwicklungsförmig um die Sensorkabel 6 innerhalb des Hohlraumes im Sensorhals 3, insbesondere radial innen bzgl. des Sensorhalsmaterials angeordnet ist.
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Bezogen auf 1 zeigt 2 ebenso eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mit einem Sensorgehäuse 1, dass mit einem Sensorhals 3 ausgebildet ist, dessen freies Ende einen Temperatursensor 4 aufweist. Auch hier sind die Sensorkabel 6 nicht visualisiert. Im Gegensatz zu 1 weist der Temperatursensor 4 in 2 gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen, vorzugsweise in sich selbst oder um sich herum ein Heizelement 5 auf, dass durch die nur schematisch dargestellte Elektronik 9 durch die dargestellten und sich durch Sensorhals 3 erstreckenden Leitungen bestrombar ist. Insbesondere sofern der Temperatursensor als Thermistor ausgebildet ist, kann dieser auch selbst das Heizelement bilden. Alle übrigen Merkmale sind in 1 und 2 vergleichbar dargestellt.
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Die 2a zeigt einen Schnitt durch den Temperatursensor 4 innerhalb dessen ein Heizelement 5, ringförmig oder spulenförmig um einen Thermistor 7 angeordnet ist.
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Bezogen auf 1 zeigt 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mit einem Sensorgehäuse 1, dass mit einem Sensorhals 3 ausgebildet ist, dessen freies Ende einen Temperatursensor 4 aufweist. Im Gegensatz zu 1 weist 3 gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform sowohl innerhalb des Sensorhalses 3 (z.B. als Heizwendel / Windungen) als auch in der Nähe des Temperatursensors 4, vorzugsweise diesen umgebend oder in sich selbst jeweils ein Heizelement 5 auf, dass durch eine nur schematisch dargestellte Elektronik 9 bestrombar ist. Die beiden Heizelemente 5 können separate bestrombar sein, z.B. durch die beiden als „+Hals“ und „+Sensor“ gekennzeichneten Versorgungsleitungen. Die Masseleitung „-“ kann für beide Heizelemente 5 gemeinsam vorgesehen sein oder separat. Insbesondere sofern der Temperatursensor 4 als Thermistor ausgebildet ist, kann dieser auch selbst eines der Heizelemente 5 bilden. Alle übrigen Merkmale sind in 1 und 3 vergleichbar dargestellt.
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4 zeigt das Sensorgehäuse 1 im Zusammenbau mit der Sensorschutzhülle 10, insbesondere wobei die Sensorschutzhülle 10 den Sensorhals 3 und den Temperatursensor 4 überdeckt, z.B. zum Schutz vor Beschädigung. Die Sensorschutzhülle 10 kann über den sich in Längsrichtung erstreckenden Sensorhals 3 und den daran befindlichen Temperatursensor 4 geschoben werden. Es kann z.B. auch vorgesehen sein, die Beheizung zu starten, wenn die Sensorschutzhülle 10 abgenommen wird, z.B. nach Detektion der Abnahme.
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Die 5 zeigt eine Detaildarstellung von möglichen Einspeisestellen des Stromes zur Beheizung des Temperatursensors 4. Auch in diesem Beispiel kann dieser als direkt beheizbarer Thermistor 7 ausgebildet sein. Eine erste Anordnung kann eine Bestromung direkt an den Anschlusspads der Sensorkabel 6 an einer Platine über die gesamte Anschlussleitungsstrecke des Temperatursensors 4 aufweisen.
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Sofern dieser ein Thermistor ist können die Sensorkabel lediglich zum Stromtransport genutzt werden. Die Wandlung des Stromes in Wärme kann im Thermistor erfolgen.
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Unabhängig von der Art der Sensorausbildung kann es auch vorgesehen sein, dass die Sensorkabel 6 selbst durch die Stromleitung die benötigte Wärme erzeugen, insbesondere die Wärme auch zumindest zum Teil zum Temperatursensor leiten.
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Eine zweite Anordnung kann eine Bestromung nur über einen auf wenigstens einem der beiden Sensorkabel 6 vorgesehenen Teilabschnitt, vorzugsweise nah am Temperatursensor liegend, vorsehen. In diesem Fall beheizt der Strom nur diesen Teilabschnitt. Auch hier kann die Wärmeleitung zum Temperatursensor zumindest zum Teil durch die beheizte Anschlußleitung 6 erfolgen.
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Die zweite Anordnung kann alternativ zur ersten oder kumulativ zur ersten Anordnung Verwendung finden.
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Bei allen Ausführungen, in denen ein Sensorkabel oder ein leitungsartiges Heizelement, insbesondere eine Heizwindung / Heizwendel, durch den Stromfluß die Wärme erzeugt, kann dieses als sogenannter Widerstandsdraht ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensorgehäuse
- 2
- Druckknopf
- 3
- Sensorhals
- 4
- Temperatursensor
- 5
- Heizelement/Heizdraht
- 6
- Sensorkabel
- 7
- Thermistor
- 8
- LED
- 9
- Elektronik
- 10
- Sensorschutzhülle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014378863 A1 [0003]
- US 2016174946 A1 [0003]
