DE1925992A1 - Resistance heat probe - Google Patents
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Description
PATENTANWALT ,PATENT ADVOCATE,
DR. HANS ULRICH MAYDR. HANS ULRICH MAY
8 MÖNCHEN 2, OTTOSTRASSE 1a 19259928 MÖNCHEN 2, OTTOSTRASSE 1a 1925992
TELEFON CO8113 59 36 83TELEPHONE CO8113 59 36 83
B.2824-3 FG München» 21. Mai 1969B. 2824-3 FG Munich »May 21, 1969
Dr.M./mDr.M./m
C-5-P-2/738C-5-P-2/738
Comptoir Lyon-Alemand Louyot & Cie. in Paris/FrankreichComptoir Lyon-Alemand Louyot & Cie. in Paris / France
Widerstands-WärmesondeResistance heat probe
Die Erfindung betrifft Wärmesonden mit elektrischem Widerstand, velche nach Eichung die Messung einer Temperatur über die Messung eines durch diesen Widerstand gehenden elektrischen Stroms ermöglichen, da der spezifische Widerstand des Widerstands sich mit der Temperatur ändert.The invention relates to thermal probes with electrical resistance, Velche, after calibration, the measurement of a temperature via the measurement allow an electric current to pass through this resistor, as the resistivity of the resistor increases changes with temperature.
Die Erfindung bezveckt in erster Linie eine genaue Temperaturmessung mit der Möglichkeit der Registrierung und/oder Regelung im Inneren eines lebenden Körpers oder im Bereich einer inerten Masse an einem örtlich gut definierten Punkt mittels eines einfachen Geräts» das nur eine Mindestveränderung des Milieus» in das die Wärmesonde eingeführt vird, hervorruft und praktisch weder die Homogenität des entsprechenden Milieus noch das dort herrschende Wärmegleichgevicht stört. Die Erfindung bezveckt ferner eine Wärmesonde, deren Elemente auf ein sehr kleines Volumen zusammengedrängt und dennoch so ausgebildet sind, daß ein gerader und enger Kontakt zwischen dem das eigentliche MeßelementThe invention is primarily aimed at accurate temperature measurement with the possibility of registration and / or regulation inside a living body or in the area of an inert Mass at a locally well-defined point by means of a simple Device »which only causes a minimum change in the environment» into which the thermal probe is inserted, and which is practical neither disturbs the homogeneity of the respective environment nor the heat equilibrium that prevails there. The invention aims also a thermal probe, the elements of which occupy a very small volume squeezed together and yet designed so that a straight and close contact between the actual measuring element
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des Geräts bildenden Teil und dem Milieu, dessen Temperatur gemessen werden soll, erhalten wird, was der Wärmesonde eine sehr kurze Ansprechzeit und unwesentliche Wärmeverluste verleiht.the part forming the device and the environment whose temperature is measured is to be obtained, which gives the thermal probe a very short response time and insignificant heat losses.
Schließlich bezweckt die Erfindung ein widerstandsfähiges, leicht abzudichtendes Gerät, um die Verunreinigung oder Kontaminierung des Milieus durch die Wärmesonde oder umgekehrt zu vermeiden und insbesondere biologische oder medizinische Anwendungen zu ermöglichen. Finally, the invention aims at a tough, lightweight device to be sealed in order to avoid contamination or contamination of the environment by the heat probe or vice versa and in particular to enable biological or medical applications.
Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung bei einer Wärmesonde, die einen zugespitzten dünnen Halter, der in das Milieu, dessen Temperatur zu messen ist, eindringen kann, und eine im Inneren des Halters angebrachte elektrische Ausrüstung besitzt, dadurch gelöst, daß die elektrische Ausrüstung eine Metallstange aufweist, die an ihrer Außenfläche einen Überzug aus einem elektrisch isolierenden Material und eine stuf diesen Überzug aufgebrachte Wicklung von Widerstandsdraht besitzt, wobei die Metallstange und die Wicklung am einen ihrer Enden miteinander verbunden und am anderen mit Anschlüssen zur Verbindung mit einem Meßgerät verbunden sind.According to the invention, these objects are achieved in the case of a thermal probe which has a thin, pointed holder which is inserted into the medium whose temperature is to be measured, can penetrate, and has electrical equipment installed inside the holder, solved in that the electrical equipment has a metal rod which has a coating of a on its outer surface electrically insulating material and one tier this coating Has applied winding of resistance wire, the metal rod and the winding at one of their ends together connected and connected to the other with connectors for connection to a measuring device.
Vorzugsweise besteht der Halter aus einem feinen Metallrohr, das insbesondere ein guter Wärmeleiter ist, von der Art einer Injektionsnadel. Gemäß abgewandelten Ausführungsformen besteht der Halter aus einem Stempel oder Dorn, einer Kanüle, einer Punktionsnadel, einem Katheter oder einem anderen entsprechenden Element, das im Verhältnis zu seiner Länge einen sehr kleinen Querschnitt besitzt und durch Einstich oder Eindrücken in einen lebenden Kör-The holder preferably consists of a fine metal tube, which is in particular a good heat conductor, of the type of an injection needle. According to modified embodiments, the holder consists of a punch or mandrel, a cannula, a puncture needle, a catheter or other equivalent element that has a very small cross-section in relation to its length and by puncturing or pressing into a living body
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per oder eine inerte Masse oder einen genau definierten Bereich eingeführt werden kann.by or an inert mass or a precisely defined area can be introduced.
Weitere Eigenschaften und Vorteile einer Wärraesonde gemäß der "Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer nur als Beispiel angegebenen Ausführungsform, die sich auf die beigefügte Zeichnung bezieht. Hierin zeigen: Fig. 1 einen schematischen Aufriß der Wärmesonde; Fig. 2 eine Teilansicht des temperaturempfindlichen Teils dieser Wärmesonde in größerem Maßstab im Schnitt*Further properties and advantages of a heat probe according to "The invention will emerge from the following description of an embodiment, given only as an example, which refers to the attached Drawing refers. 1 shows a schematic elevation of the thermal probe; Fig. 2 is a partial view of the temperature-sensitive part of this thermal probe on a larger scale in section *
Es sei zunächst daran erinnert, daß es bereits bekannt ist, zur örtlichen Temperaturmessung in einem beliebigen Milieu elektrische Widerstandsthermometer zu benutzen, d^e insbesondere im Fall verhältnismäßig tiefer Temperaturen eine genaue Messung ermöglichen und außerdem eine erhebliche Genauigkeit und Empfindlichkeit besitzen, die erheblich über denen anderer Temperaturmessvorrichtungen, wie Heißleiter und Thermoelemente, liegt. Tatsächlich sind die Heißleiter nicht sehr genau, während die Thermoelemente nur schwache elektromotorische Kräfte liefern, welche zu ihrer Messung komplizierte und daher teure Geräte erfordern. -It should first be remembered that it is already known to local temperature measurement in any environment electrical To use resistance thermometers, especially in the An exact measurement in the case of relatively low temperatures and also a considerable degree of accuracy and sensitivity that are considerably higher than those of other temperature measuring devices, such as NTC thermistors and thermocouples. In fact, the thermistors are not very accurate while the Thermocouples deliver only weak electromotive forces, which require complicated and therefore expensive devices for their measurement. -
Die Widerstands-Wärmesonde gemäß der Erfindung ermöglicht von diesem Ausgangspunkt die Vereinigung der gewöhnlichen Qualitäten von Widerstandsthermometern mit anderen spezifischen Vorteilen, insbesondere hinsichtlich ihres Anwendungsgebietes. Zu diesem Zweck besitzt die betrachtete Wärmesonde, wie in Fig. 1 gezeigt, im wesentlichen einen Metallhalter in Form eines zugespitztenThe resistance heat probe according to the invention enables from this starting point is the union of the usual qualities of resistance thermometers with other specific advantages, especially with regard to their area of application. For this purpose, the considered heat probe, as shown in Fig. 1, essentially a metal holder in the form of a pointed one
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hohlen Rohrs 1, das insbesondere mit einer Injektionsnadel vergleichbar ist. Dieses Rohr 1 besitzt an einem seiner Enden eine Abschrägung 2 mit schneidender Kante, welche seine leichte Einführung in einen lebenden Körper oder allgemeiner in eine inerte" oder nicht inerte Masse geeigneter Konsistenz, beispielsweise einen weichen oder viskosen Körper, ermöglicht. An seinem anderen Ende ist das Rohr 1 mit einem Sockel verbunden, der aus einem Kopf 3 besteht, der mit einem Verbindungsstecker 4 verbunden wird, der durch eine Manschette 5 verlängert ist, um die Kontinuität der Abdichtung und die Festlegung der elektrischen Leiter 6 W zu gewährleisten, die im Inneren des Rohrs 1 mit einer elektrischen Ausrüstung verbunden sind, deren Einzelheiten sich genauer aus Fig. 2 ergeben.hollow tube 1, which is particularly comparable to a hypodermic needle. This tube 1 has at one of its ends a bevel 2 with a cutting edge which enables its easy introduction into a living body or more generally into an inert or non-inert mass of suitable consistency, for example a soft or viscous body. At its other end is the tube 1 is connected to a base consisting of a head 3 connected to a connector 4 extended by a sleeve 5 to ensure the continuity of the seal and the definition of the electrical conductors 6 W that are inside of the pipe 1 are connected to electrical equipment, the details of which are shown in more detail in FIG.
In dieser Figur findet man im Schnitt und in größerem Maßstab wiederum das Rohr 1, in dem gemäß der Erfindung die elektrische Einrichtung der Wärmesonde untergebracht ist. Diese Einrichtung besteht im wesentlichen aus einer Seele oder axialen Metallstange 7, die an ihrer Außenfläche mit einer Schicht 8 aus einem geeigneten Isoliermaterial überzogen ist. Auf dieserjeinen Stütz körper bildenden Stange ist eine Wicklung 9 eines den temperaturempfindlichen widerstand der Wärmesonde bildenden Metalldraht^ angebracht, de-»ren erste Spiralwin-efong 10 mit dem abisolierten Ende 11 der axialen Stange 7 einstückig verbunden ist. Vorteilhafterweise wird die Verbindung der Spiralwin-ctung 10 mit der Stange 7 durch Schweißen mit einem Auftragsmetall hergestellt. Eine besonders günstige Lösung besteht dabei darin, Gold als . Auftragsmetall zu verwenden, das in Form von Goldcyanid aufgebracht wird, welches sich bei tiefer Temperatur zersetzt undIn this figure one finds in section and on a larger scale again the tube 1 in which, according to the invention, the electrical Facility of the thermal probe is housed. This device consists essentially of a core or an axial metal rod 7, which is covered on its outer surface with a layer 8 of a suitable insulating material. On this one support body forming rod is a winding 9 of a temperature sensitive resistance of the heat probe forming metal wire ^ attached, its first Spiralwin-efong 10 with the stripped End 11 of the axial rod 7 is integrally connected. The connection of the spiral winch 10 with the Rod 7 made by welding with an application metal. A particularly cheap solution is to use gold as a . To use order metal, which is applied in the form of gold cyanide, which decomposes at low temperature and
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dabei feinverteiltes und sehr aktives Gold liefert. Jedoch können auch andere Verfahren angewandt werden, insbesondere das Lichtbogenschweißen unter Schutzgas oder Flußmittel, das Hartlöten usw. Man kann, tatsächlich jedes bekannte Schweiß- oder Lötverfahren anwenden, vorausgesetzt, daß die Verbindung an einem genau festgelegten Punkt ohne Veränderung des Widerstandsmetalldrahts hergestellt werden kann. An ihrem anderen Ende ist die letzte Spirale 12 der Wicklung 9 insbesondere mittels des gleichen Schweißverfahrens wie die erste Spirale 10 mit einer zur Stange 7 'gleichachsigen Metallhülse 13 verbunden, die vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie der Widerstandsdraht besteht. Die Stange 7 und Hülse 13 sind jeweils durch Schweißstellen 14 mit Verbindungsdrähten 6 einstückig verbunden, welche sie mit einem nicht gezeigten Meßgerät verbinden. Vorzugsweise ist jeder Verbindungsleiter gedoppelt, so daß die Meßung unter den günstigsten Bedingungen, insbesondere mit einer üblichen Brückenschaltung nach der Nullmeßmethode erfolgen kann. Die gesamte elektrische Einrichtung ist in eine Umhüllung 15 aus elektrisch isolierendem Material eingebettet, ,die einen kompakten Block von solchen Durchmesser-•Obmessungen bildet, daß sie in das Innere des Rohrs 1 eingeführt und dort in die richtige Lage gebracht werden kann.supplies finely divided and very active gold. However, other methods can also be used, in particular gas or flux arc welding, brazing, etc. Any known welding or soldering method can in fact be used provided that the connection can be made at a specified point without altering the resistance metal wire. At its other end, the last spiral 12 of the winding 9 is connected, in particular by means of the same welding process as the first spiral 10, to a metal sleeve 13 which is coaxial with the rod 7 'and which is preferably made of the same metal as the resistance wire. The rod 7 and sleeve 13 are each connected in one piece by welds 14 with connecting wires 6, which connect them to a measuring device, not shown. Preferably, each connecting conductor is doubled, so that the measurement can take place under the most favorable conditions, in particular with a conventional bridge circuit according to the Nullmeßmethode. The entire electrical device is embedded in a sheath 15 made of electrically insulating material , which forms a compact block of such diameter • O measurements that it can be inserted into the interior of the tube 1 and brought into the correct position there.
Schließlich sind die Enden 16 und 17 des Rohrs 1 in der Nähe seiner Abschrägung 2 bzw. auf der Höhe seines von denTeilen 3,4 und 5 gebildeten Sockels mit geeigneten Materialien verschlossen» um die Wärmesonde vollkommen abzudichten. Am Ende 16 kann diese Abdichtung insbesondere durch Verwendung eines das Rohr verstopfenden Materials.bestehend aus einem Silikonelastomer oder einem polymerisierbaren Harz, hergestellt werden, jedoch kann ein sol-Finally the ends 16 and 17 of the tube 1 are in the vicinity its bevel 2 or at the level of its base formed by parts 3, 4 and 5 closed with suitable materials » to completely seal the heat probe. At the end 16, this seal can be achieved in particular by using a pipe that clogs the pipe Materials. Consisting of a silicone elastomer or a polymerizable resin, but a sol-
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ches Material nur für verhältnismäßig tiefe und nicht über 240° C liegende Temperaturen des Milieus vorgesehen werden» in das die: ches material is only intended for relatively low and not above 240 ° C temperatures of the environment »in which the:
Wärmesonde eingeführt werden soll. Das Ende 16 kann durch Schweißen,Thermal probe is to be introduced. The end 16 can be welded,
Zusammenquetschen,
umbördeln ,/Abscheidung eines Metalls in Form eines Anstrichs, der
nach dem Verstopfen einer Wärmebehandlung unterworfen wird, einen
Stopfen aus Metallamalgam, einem Email oder einem Zement mit
einem Ausdehnungskoeffizienten, der mit dem des das Rohr 1 bildenden
Metalls verträglich ist, verschlossen werden. Hinsichtlich des zweiten Endes 17 am Sockel des Rohrs 1kann man für Verhältnismäßig
tiefe Temperaturen die Verwendungleines Materials entspre- w chend dem des Endes 16 in Betracht ziehen. Dagegen wird für
höhere Temperaturen das Isoliermaterial der Verbindungsleitev 6
unmittelbar benutzt, das insbesondere aus einem Quarzgewebe bestehen kann. Schließlich kann man auch eine Abdichtung und Isolation
durch ein keramisches Material in der Höhe des Sockels des Rohrs 1 vorsehen.Squeezing
beading / deposition of a metal in the form of a paint, which is subjected to a heat treatment after plugging, a plug made of metal amalgam, an enamel or a cement with a coefficient of expansion that is compatible with that of the metal forming the tube 1, can be closed. As to the second end 17 at the base of the tube is relatively low for temperatures 1 can use Leines material w correspond accordingly the drag of the end 16 into consideration. In contrast, for higher temperatures, the insulating material of the connecting lines 6 is used directly, which can in particular consist of a quartz fabric. Finally, sealing and insulation by means of a ceramic material at the level of the base of the tube 1 can also be provided.
Die Größe des Widerstands des im Rohr 1 untergebrachten elektrischen Kreises wird selbstverständlich auf die beabsichtigten Ver-Wendungsbedingungen der Wärmesonde abgestimmt. Dieser Wert kann insbesondere so gewählt werden, daß- eventuelle geometrische Bedingungen, die durch den Durchmesser der Sonde und die Länge ihres temperaturempfindlichen Teils definiert sind, erfüllt werden. DieThe magnitude of the resistance of the electrical housed in the tube 1 Circle is of course adapted to the intended use conditions of the heat probe. This value can in particular are chosen so that - possible geometric conditions, which are defined by the diameter of the probe and the length of its temperature-sensitive part, are met. the
! Wicklung kann aus einem beliebigen Metall bestehen, das allein nach der Größe seines spezifischen Widerstands unter den Anwendungsbedingungen bestimmt wird. Vorteilhafterweise ist dieses Metall Platin. Ebenso kann das verwendete Isoliermaterial in einem sehr großen Bereich von Stoffen gewählt werden, wovon die Emails, Gläser, keramischen Stoffe, bestimmte Elastomere auf der! Winding can consist of any metal, depending solely on the size of its specific resistance under the conditions of use is determined. This metal is advantageously platinum. The insulation material used can also be used in a very wide range of substances can be selected, of which the Enamels, glasses, ceramics, certain elastomers on the
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Grundlage von Silikon, Natursteine, Zemente oder bestimmte Kombinationen dieser verschiedenen Stoffe genannt seier,. Schließlich kann auch der hohle Metallhalter aus jedem geeigneten Material . hergestellt sein, das nur eine genügende Steifheit besitzen muß, - um das Eindrücken der Wärmesonde im Bereich des Milieus,dessen Temperatur zu messen ist, zu gestatten. Infolge der zwischen dem elektrischen Kreis und der Wand des Halters vorhandenen Isolation kann man ein gut värmeleitendesund unveränderliches Metall, vie insbesondere rostfreien Stahl, verwenden.Based on silicone, natural stones, cement or certain combinations these various substances are called seier ,. Finally, the hollow metal holder can also be made from any suitable material . be made, which only has to have sufficient rigidity, - to the indentation of the heat probe in the area of the milieu, its Measure temperature is allowed. As a result of the insulation between the electrical circuit and the wall of the holder you can get a good heat-conducting and unchangeable metal, vie especially stainless steel.
Man erhält so eine Wärmesonde von sehr einfachem Aufbau und einer auf Miniaturmaße verkleinerten elektrischen Ausrüstung, die zahlreiche Vorteile besitzt, von denen die wichtigsten im folgenden erwähnt sind. An erster Stelle, geben die dünne zugespitzte Form und die Wahl des Werkstoffs dem Metallhalter eine geeignete Steifheit und Festigkeit zusammen mit einer ausreichenden Biegsamkeit, vodurch die Sonde leicht und rasch durch einfachen Einstich, Eindrücken oder Durchdringen mit Gevalt ohne Vervendung irgendeiner besonderen Vorrichtung an genau den Punkt gebracht verden kann, vo eineTemperatur gemessen verden soll. Die Einführung der Wärmesonde in das zu messende Milieujbevirkt außerdem nur geringfügig- . ste Änderungen und zerstört ve&er.die Homogenität dieses Milieus noch sein Wärmegleichgevicht. Außerdem ermöglicht die der elektrischen Einrichtung gegebene längliche Form ihre enge und Innige Berührung mit dem Halter und die Vornahme einer raschen Messung mit hoher Genauigkeit.A thermal probe of very simple construction and of electrical equipment reduced to miniature dimensions is obtained in this way, the numerous Has advantages, the most important of which are below are mentioned. In the first place, the thin, pointed shape and the choice of material give the metal holder a suitable rigidity and strength together with sufficient flexibility, making the probe easy and quick by simple puncture, indentation or piercing with Gevalt can be brought to the precise point without the use of any special device before a temperature is to be measured. The introduction of the heat probe into the environment to be measured also has only a minor effect. the most changes and destroy ve & er. the homogeneity of this milieu nor its warmth equilibrium. It also enables the electrical Establishment given its elongated shape its narrow and intimate Contact with the holder and taking a quick measurement with high accuracy.
Schließlich besteht ein veiterer Vorteil der Wärmesonde gemäß der Erfindung darin, daß sie ohne besondere Schwierigkeit gegen-Finally, there is a further advantage of the thermal probe according to FIG of the invention in that it
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über dem äußeren Milieu vollkommen abgedichtet werden kann, insbesondere durch Einsetzen des vorgesehenen Verschlußmaterials in die Enden des Rohrs in der Nähe seiner Schrägkante bzw. in den Sockel. Unter diesen Bedingungen besteht keinerlei Gefahr einer Verunreinigung des Milieus» in das die Wärmesonde eingeführt wird, durch deren Elemente oder umgekehrt der Kontaminierung dieser Elemente durch das Milieu.can be completely sealed over the external environment, in particular by inserting the sealing material provided into the ends of the tube near its sloping edge or into the Base. Under these conditions there is no risk of contamination of the environment »into which the thermal probe is inserted, through their elements or, conversely, the contamination of these elements by the environment.
Daraus folgen zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten dieser Wärmesonde, insbesondere auf dem Gebiet der Medizin, Biologie, Zoologie und auch Industrie. Beispielsweise können mit einer derartigen Wärmesonde die erforderlichen Temperaturmessungen bei der Untersuchung des Verhaltens von Lebewesen oder Pflanzen, der Reifung bestimmter Früchte oder Samen bis zur Untersuchung von fermentierenden oder wärmeentv/ickelnden Massen, zum Gefrieren von Fleisch oder Lebensmitteln usw. durchgeführt werden, wobei diese Aufzählung selbstverständlich nicht vollständig ist.This results in numerous possible uses of this heat probe, especially in the field of medicine, biology, zoology and also industry. For example, with such a heat probe the necessary temperature measurements when studying the behavior of living things or plants, the maturation of certain Fruits or seeds to the investigation of fermenting or heat-developing masses, for freezing meat or Food, etc. are carried out, although this list is of course not exhaustive.
Als Beispiel sind im folgenden einige Eigenschaften einer Wärmesonde gemäß der Erfindung angegeben, die einen in Form einer Injektionsnadel, wie in der Zeichnung gezeigt, ausgebildeten Halter _ für die elektrische Einrichtung besitzt!As an example, the following are some properties of a thermal probe specified according to the invention, the one in the form of an injection needle, as shown in the drawing, has a trained holder _ for the electrical device!
Außendurchmesser der Nadel 1 mmOutside diameter of the needle 1 mm
Empfindliche Länge 33 mmSensitive length 33 mm
Platinwiderstand von 100 Ohm bei 0°CPlatinum resistance of 100 ohms at 0 ° C
Empfindlichkeit 0,4 Ohm pro 0CSensitivity 0.4 ohms per 0 C
Genauigkeit: i/iO° C zwischen -80° und 1000C Meßstrom! 1 mA ohne Erwärmung über 0,1° C in Luft Anwendungsbereich:zwischen -195° C und +240° C.Accuracy: i / iO ° C between -80 ° and 100 0 C measuring current! 1 mA without heating above 0.1 ° C in air Application range: between -195 ° C and + 240 ° C.
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