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Verfahren zur Temperatur-Messung in einem batte-
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riegespeisten medizinischen Elektrothermometer sowie eine Schaltungsanordnung
zur Durchführung des Verfahrens Die'vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Temperatur-Messung in einem batteriegespeisten medizinischen Elektrothermometer,
welches aus einer Steuer- und Anzeigevorrichtung mit Flüssigkristallanzeige und
einer Meßvorrichtung mit Temperaturmeßfühler besteht, sowie eine Schaltungsanordnung
zur Durchführung dieser Temperatur-Messung.
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Es ist beispielsweise ein digitales Fieberthermometer bekant (Siemens
AG), welches eine flexible Heißleitersonde auf-t.«eist und für den Einsatz in Krankenhäusern
und Pflegeanstalten konzipiert ist. Die notwendige Auswerteschaltung mit digitaler
Temperaturanzeige ist in einem Apparategehäuse untergebracht, welches während der
Messung in der Hand gehalten wird
Sämtliche bisher bekannten Geräte
sind relativ groß und aufgrund der nicht unerheblichen Stromaufnahme mit relativ
großen Batterien ausgerüstet.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Temperatur-Messung
sowie eine Schaltungsanordnung zu dessen Durchführung zu schaffen, welche erlauben,
mit-minimalen Geräteabmessungen und kleinsten Batterien aus zu kommen.
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Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst,
daß in einer zeitlich begrenzten Meßphase durch die Meßvorrichtung mehrere Einzelmessungen
der Temperatur durchgeführt werden und daß in einer weiteren, an die Meßphase anschließenden
Speicherphase das Ergebnis der letzten Temperatur-Messung in der Steuer- und Anzeigevorrichtung
elektronisch-optisch gespeichert wird.
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Die im Patentanspruch genannte Meßphase ist definiert als derjenige
Zeitbereich, welcher erforderlich ist, um ein richtiges, der Temperatur des zu messenden
Körpers entsprechendes Meßresultat abzulesen.
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Eine bevorzugte Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
weist eine Meßvorrichtung bestehend aus einem Thermistor als Temperaturmeßfühler,
einem Widerstands-Spannungs-Wandler und einem Analog-Digital-Wandler auf und ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Anzeigevorrichtung einen bistabilen
Multivibrator aufweist, dessen Ausgang einerseits mit einer die Speisespannung der
Meßeinrichtung schaltenden Stufe und andererseits mit einem Steuereingang eines
Zwischenwert-Speichers verbunden ist, wobei einem ersten Eingang des bistabilen
Multivibrators jeweils ein Startbefehl zugeführt
ist und dessen
zweiten Eingang der das Ende des Konversionszyklus des Analog-Digital-Wandlers anzeigende,
an seinem Ausgang erscheinende Stopbefehl zugeführt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht den Bau von Taschenfiebermeßgeräten,
welche auch bei mehrmaligem täglichen Gebrauch eine Benutzungsdauer, ohne Batteriewechsel,
von mehr als einem Jahr aufweisen.
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Dies wird u.a. dadurch möglich, daß die Meßvorrichtung nur intervallweise
zu Einzelmessungen von sehr kurzer Dauer eingeschaltet wird, während die Steuer-
und Anzeigevorrichtung beim einmal in Betrieb genommenen Gerät eingeschaltet bleibt
und die Ergebnisse der Einzelmessungen in einem Zwischenwert-Speicher jeweils gespeichert
und das zuletzt gemessene Meßergebnis mittels einer Flüssigkristallanzeige angezeigt
wird.
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Um den Stromverbrauch möglichst gering zu halten, ist die Steuer-
und Anzeigevorrichtung aus sehr leistungsarmen Elementen aufgebaut. Zu diesem Zweck
wurde die CMOS-Technologie gewählt und eine ebenfalls sehr wenig Strom aufnehmende
Flüssigkristallanzeige eingesetzt. Um ein möglichst leichtes und kleines Gerät zu
schaffen, wurden die bereits in elektronischen Armbanduhren bewährten Silberoxyd-Batterien
verwendet.
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Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend das Verfahren sowie eine beispielsweise
Ausführung einer Schaltungsanordnung erläutert.
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Es zeigt die Fig. die Schaltungsanordnung eines bevorzugten medizinischen
Elektrothermometers.
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Ein Temperatur-Meßfühler RT liegt an den beiden Meßeingängen e1, e2
eines Widerstands-Spannungs-Wandlers 1. Der Ausgang A1 dieses Widerstands-Spannungs-Wandlers
1 ist auf einen Eingang e5 eines Analog-Digital-Wandlers 2 geführt. Dieser Analog-Digital-Wandler
2 gibt an symbolisierten Ausgängen A2, A3 ein BCD-Signal ab, welches einem Zwischenwert-Speicher
3 zugeführt ist, welcher an seinen wiederum symbolisierten Ausgängen A5, A6 7-Segment-Ansteuersignale
an eine flüssigkristalline Anzeigevorrichtung 4 abgibt. Der Widerstands-Spannungs-Wandler
1 weist zwei weitere Eingänge e3 und e4 auf, welche parallel geschaltet sind zu
den weiteren Eingängen e6, e7 des Analog-Digital-Wandlers 2.
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Ein bistabiler Multivibrator 5 besitzt einen ersten Eingang s und
einen zweiten Eingang r sowie einen einzigen Ausgang Q.
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Ein Steuerausgang A4 des Analog-Digital-Wandlers 2 ist mit dem zweiten
Eingang r des bistabilen Multivibrators 5 verbunden, sowie dessen Ausgang Q je mit
dem einen Steuereingang s des Zwischenwertspeichers 3 und einem Basis-Widerstand
R1 eines npn-Transistors T1. Der Emitter dieses npn-Transistors T1 liegt am Massenpotential;
zwischen seinem Kollektor und den Basen je eines pnp-Transistors T2 und T3 sind
weitere Basis-Widerstände R2, R3 geschaltet. Zwischen dem Kollektor des pnp-Transistors
T2 und der Basis des npn-Transistors T4 befindet sich ein Basis-Widerstand R4; ein
mit einem Ende am Kollektor des pnp-Transistors T2 liegender Emitter-Widerstand
R5 ist mit dem Emitter des npn-Transistors T4 verbunden, welcher Emitter seinerseits
mit dem Eingang e6 des Analog-Digital-Wandlers 2 verbunden ist. Der Kollektor des
pnp-Transistors T3 ist auf den weiteren Eingang e7 des Analog-Digital-Wandlers 2
geschaltet. An den
beiden Emittern der pnp-Transistoren T2, T3 liegt
ein positives Potential Ui und am Kollektor des npn-Transistors T4 ein negatives
Potential U einer Batterie.
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Die Wirkungsweise des Verfahrens bzw. eines entsprechend konzipierten
medizinischen Elektrothermometers läßt sich anhand vorstehend beschriebener Schaltungsanordnung
in einfacher Weise erklären: Der einen Thermistor aufweisende Temperatur-Meßfühler
RT eines derartigen Thermometers wird in gewohnter Weise in Körperkontakt mit dem
Patienten gebracht.
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Nach einer gewissen Anwärmzeit, z.B. 30 sec., wird z.B. durch einen
mittels Knopfdruck ausgelösten Befehl, die sogenannte Meßphase eingeleitet. Von
einem (in der Fig. nicht dargestellten) Taktgeber werden nun in zeitlichen Abständen
von ca. 1 - 2 sec. die Startbefehle Is dem Eingang S des bistabilen Multivibrators
5 zugeführt und bewirken mit jedem Startbefehl Is ein Setzen des Multivibrators.
Im gesetzten Zustand fließt über die Basis-Widerstände R1 - R4 in den Transistoren
T1 - T4 jeweils ein Basistrom. Dadurch erhalten der Widerstands-Spannungs-Wandler
1 und der Analog-Digital-Wandler 2 die zum Betrieb notwendigen positiven und negativen
Speisespannungen U+ bzw. U über die Transistoren T3 und T4 , der Meßvorgang wird
durchgeführt.
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Zur Begrenzung des Kollektorstroms am Transistor T2 dient der Emitter-Widerstand
R5.
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Die Messung der Temperatur erfolgt in an sich bekannter Weise, der
Widerstands-Spannungs-Wandler 1 transformiert den resultierenden
Widerstandswert
in eine lineare, temperaturabhängige Spannung VT, welche im Analog-Digital-Wandler
2 in einen entsprechenden BCD-Code umgesetzt wird. Im nachgeschalteten Zwischenwert-Speicher
3 wird dieses Meßergebnis gespeichert; der Speicherbefehl IQ wird vom Ausgang des
bistabilen Multivibrators 5 abgegeben.
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Die Dauer eines einzigen eßintervalles wird durch den Analog-Digital-Wandler
2, bzw. durch dessen Konversions-Zyklus-Zeit bestimmt. Ist ein Konversionszyklus
beendet, führt dieser an seinem Ausgang A4 einen Stopbefehl Ir, welcher dem zweiten
Eingang des bistabilen Multivibrators 5 zugeführt wird und dessen Umschaltung bewirkt.
Aufgrund dieser Umschaltung befinden sich nun die nachgeschalteten Transistoren
T1 - T4 im Sperrzustand, so daß weder der Widerstands-Spannungs-Wandler 1 noch der
Analog-Digital-Wandler 2 einen Speisestrom erhalten. Da jetzt gleichzeitig der Speicherbefehl
IQ am Eingang s des Zwischenwert-Speichers 3 fehlt, bleibt der zuletzt gemessene
Wert gespeichert und kann nach erfolgter Umwandlung in 7-Segmentsignale an der flüssigkristallinen
Anzeigevorrichtung 4 beliebig lange abgelesen werden.
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Die Umwandlung des BCD-Codes in für numerische Flüssigkristallanzeigen
geeignete Ansteuersignale wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Zwischenwert-Speicher
3 selhst durchgeführt (IC).
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Sobald des Meßresultat mehrerer aufeinander folgender Einzellnessungen
identisch oder nahezu identisch ist, kann das Gerät durch einen mittels Knopfdruck
ausgelösten Befehl in
eine Speicherphase gebracht werden. Jetzt
werden keine Messungen mehr durchgeführt. Das Meßresultat der letzten Messung bleibt
jedoch gespeichert und kann von der Anzeige abgelesen werden.
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Anstelle einer numerischen Flüssigkristallanzeige könnte auch bei
entsprechender Anpassung eine Balkenanzeige- (Bargraph-Display) eingesetzt werden,
um eine dem Anwender eventuell mehr vertraute Analog-Ablesung zu erlauben.
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Die Vorzüge des beschriebenen Verfahrens bzw. der entsprechenden Anordnung
lassen sich auch quantitativ belegen: Mit einem praktischen Ausführungsbeispiel
der Erfindung wurden täglich 200 Fiebermessungen unter Klinikbedingungen durchgeführt.
Obwohl pro Temperaturablesung 20 Einzelmessungen in der Meßphase erfolgten, bevor
das Thermometer in die Speicherphase geschaltet wurde, konnte eine Batterie-Lebensdauer
von mehr als einem Jahr extrapoliert werden.
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Aufgrund der vorstehend beschriebenen Technologie konnten sehr geringe
Stromaufnahmen festgestellt werden: Während einer in 15 msec. durchgeführten Einzelmessung
flossen im Gerät jeweils 15 mA, in der anschließenden Speicherphase, also der Zeit
bis zur Ablesung, lediglich 2 ßA.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. dessen Schaltungsanordnung lassen
sich vielfältig variieren. Das Ziel einer Reduktion der Stromaufnahme läßt sich
bereits durch wenigstens zwei, in zeitlichen Abständen zueinander erfolgenden Einzelmessungen
realisieren.
Durch intervallweises Einschalten der Meßanordnung, wobei die Einschaltdauer nur
ein Bruchteil der dazwischenliegenden Meßpausen beträgt, kann die Stromaufnahme
nochmals beträchtlich reduziert werden.
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Wird die gesamte Meßanordnung entsprechend der Konversionszyklusdauer
eines Analog-Digital-Wandlers eingeschaltet, das heißt entsprechend der höchsten
Zeitkonstanten der meßbereiten Anordnung, so ist bereits diesbezüglich ein Optimierungskriterium
erfüllt.
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Dementsprechend empfiehlt es sich auch bei anders aufgebauten Schaltungsanordnungen,
das Ende eines Konversionszyklus, bzw. den entsprechenden Impuls als Stopbefehl
für eine Einzelmessung zu wählen.