DE4135617A1 - Verfahren und vorrichtung zum feststellen der temperatur und/oder der waermeuebergangszahl von substanzen zur beurteilung von deren thermophysikalischen eigenschaften - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren als auch eine Vorrich­ tung zum Feststellen der Temperatur und/oder der Wärmeübergangs­ zahl von Substanzen zur Beurteilung von deren thermophysikalischen Eigenschaften.

Zur Untersuchung von thermopysikalischen Eigenschaften von Sub­ stanzen ist es bekannt, die Wärmeübergangszahl zu verwenden, wie es z. B. in folgenden Druckschriften ausgeführt ist: DE 22 49 102 B2, DE 34 44 383 C2 und EP 02 82 780 A1. Es sind auch verschie­ dene Methoden und Vorrichtungen bekannt, um die Endtemperatur einer Substanz zu messen, z. B. durch die DE-Offenlegungsschriften 24 20 201, 25 23 819, 29 34 804, 31 35 853 und 36 05 501.

Der Anwendungsbereich dieser Verfahren und Vorrichtungen ist jedoch beschränkt, weil bei der Ermittlung der Wärmeübergangszahl eine konstante Temperaturdifferenz zwischen der zu messenden Sub­ stanz bzw. Material und dem damit in Berührung kommenden Materi­ alpartner eingehalten werden muß. Diese Bedingung ist für die Erzie­ lung genauer Meßergebnisse nur mit einer entsprechenden Versuchs­ anordnung im Labor einzuhalten. Es gibt jedoch in der Praxis Falle, wo eine Probeentnahme von zu untersuchender Substanz nicht mög­ lich oder zu umständlich oder zu gefährlich ist und wo das Vorsehen oder Vorbeiströmen eines Prüfmediums, das eine von der Substanz­ temperatur abweichende Temperatur aufweist, nicht möglich ist, z. B. wenn es sich um die Untersuchung des Zervixschleimes der Frau handelt. In diesem Fall muß sichergestellt sein, daß der Zervixschleim für die Untersuchungszwecke keine Veränderungen erfährt, weil es sonst zu einem falschen Meßergebnis kommen würde, so daß keine sicheren Aussagen über den untersuchten Zervixschleim und deshalb auch keine genauen Rückschlüsse aus dem Meßergebnis gezogen werden können. Es gibt aber auch andere Substanzen, bei denen für die Wärmeübergangszahl-Unterschung die Anwendung eines Prüfmediums mit vorbestimmter abweichender Temperatur nicht möglich oder zu umständlich und/oder zu aufwendig ist, z. B. bei gasförmigen, flüssigen oder festen Substanzen oder Stoffen bzw. Materialien.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der einleitend angeführten Art, mit dem bzw. mit der die Temperatur und/oder die Wärmeübergangszahl von Sub­ stanzen auf einfache und kostengünstige Weise an Ort und Stelle ermittelt werden kann, um daraus eine Veränderung der thermophysi­ kalischen Eigenschaften der Substanzen schnell und genau feststellen zu können, wobei die Vorrichtung ferner einfach und kompakt aufge­ baut und einfach in der Anwendung ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen 1 und 5 angeführt.

Bevorzugte Ausgestaltungsmerkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind bevor­ zugt anwendbar bei der Untersuchung von halbfesten Substanzen von Lebewesen, z. B. von Schleim, der z. B. als innerer Belag bei Hohl­ organen von Mensch und Tier anzutreffen ist. Hierbei wird von der Tatsache und der Annahme ausgegangen, daß eine Änderung der thermophysikalischen Qualität des Schleims aufgrund einer natürli­ chen Ursache im Körper des Lebewesens eine Änderung der Wärme­ übergangszahl des Schleims zur Folge hat. Demnach kann man bei durch wiederholte Messungen über einen Zeitraum festgestellten Änderungen der Temperatur und der Wärmeübergangszahl der unter­ suchten Substanz Rückschlüsse auf die Substanz ziehen, um daraus wiederum Verhaltens- und/oder Behandlungs- oder Verwendungs­ möglichkeiten abzuleiten. Eine bevorzugte Anwendung besteht in der Untersuchung des Zervixschleims der Frau. So ist es z. B. erfindungs­ gemäß möglich, bei Frauen auf einfache und sichere Weise Anfang und Ende der fruchtbaren Tage des Monatszyklus in Verbindung mit anderen medizinischen Indizien genau zu bestimmen. Dadurch ist die natürliche Familienplanung mit erheblich verbesserter Sicherheit durchführbar, weil die Veränderung des monatszyklisch bedingten Zervixschleims der Frau nicht mehr gefühlsmäßig oder optisch wahr­ genommen werden muß, was nur verspätet erfolgen kann, sondern der Eintritt der Veränderung kann sofort an Ort und Stelle festge­ stellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach und schnell an jedem beliebigen Einsatzort durchführbar, da nur eine relativ kleine Meß­ sonde in die Vagina in Nähe des Gebärmutterhalses eingeführt zu werden braucht. Der Übergang der Wärme von der zu untersuchen­ den Substanz auf den Temperaturaufnehmer der Meßsonde bewirkt in dem Temperaturaufnehmer eine elektrische, sich gegen null verän­ dernde Spannung, deren einzelne Werte Schritt für Schritt technisch verarbeitet werden und zu einer rechnerischen, sich aus einer Viel­ zahl von Meßschritten zusammensetzenden Temperaturkurve führen, deren Endwert wiederum schließlich der tatsächlichen Substanztempe­ ratur entspricht. Mit Hilfe dieser errechneten Temperaturkurve wird dann ein Zeitwert der Meßsonde errechnet. Schließlich wird in Ver­ bindung mit den aus den bekannten Materialwerten des Temperatur­ aufnehmers der Meßsonde ermittelten Körperwerten des Temperatur­ aufnehmers durch Quotientenbildung aus der ermittelten Körperkon­ stante des Temperaturaufnehmers/Zeitwert der Meßsonde die Wärme­ übergangszahl alpha ermittelt. Die auf diese Weise durch mehrere Meßzyklen in Zeitabständen festgestellten Veränderungen der Tempe­ raturen und Wärmeübergangszahlen der untersuchten Substanz erge­ ben über der Zeit je eine Kurve, aus deren Verlauf Rückschlüsse auf die thermophysikalischen Eigenschaften der untersuchten Substanz gezogen werden können, z. B. auf Beginn und Ende der Konzeptions­ tage der Frau.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Feststellen der Temperatur und der Wärmeübergangszahl von Substanzen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist einfach und kompakt aufgebaut, läßt sich kostengünstig herstellen und ist leicht zu bedienen. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß sie als tragbare Vorrichtung bequem an jedem beliebigen Einsatzort verwendet werden kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Meßsonde in Anwendung, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 und 3 in vergrößertem Maßstab einen teilweisen Axialschnitt der Meßsonde,

Fig. 4 einen teilweisen Axialschnitt des Temperaturaufnehmers der Meßsonde,

Fig. 5 die gesamte, teilweise axial geschnittene Meßsonde,

Fig. 6 eine rechnerische Temperaturkurve an der Meßstelle der Meßsonde während eines Meßvorganges,

Fig. 7 ein Strukturdiagramm.

Während in Fig. 1 nur ein Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt ist, nämlich die Meßsonde 1, ist in Fig. 5 die gesamte Vorrichtung schematisch gezeigt und allgemein mit 2 bezeichnet. Nach Fig. 1 besteht die Meßsonde 1 aus einem länglichen Gehäuse 3 aus wärmeisolierendem Material, z. B. aus Polytetraflouräthylen, und aus einem Temperaturaufnehmer 4, der mittels einer Verstell­ einrichtung 5 nach fingerdruckbetätigter Bauart in eine vorgeschobe­ ne Meßstellung und in eine zurückgezogene Außerfunktionsstellung verstellt werden kann, wie dies in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 näher beschrieben ist. An die Meßsonde 1 ist ein elektrisch leiten­ des Kabel 6 zur Weiterleitung angeschlossen, das andererseits mit einer elektrischen Meßschaltung 7 beispielsweise lösbar verbunden ist. In Fig. 1 ist die Meßsonde 1 in Anwendung gezeigt, und zwar zur Messung eines Schleimes oder eines Schleimbelages. In dem hier gezeigten Anwendungsfall ist es der Zervixschleim der Frau, der sich im nahen Bereich der Vagina 9 zum nicht dargestellten Gebärmut­ terhals befindet. Des weiteren ist die Meßsonde 1 so gezeigt, daß sich deren Temperaturaufnehmer 4 in Betriebsstellung befindet, also in vorgeschobener Meßstellung, in welcher der Temperaturaufnehmer den Schleim 8 berührt, ihn aber nicht verletzt.

Während der Temperaturaufnehmer 4 in Fig. 2 in zurückgezogener Stellung, in welcher nicht gemessen wird, befindet, ist der Tempera­ turaufnehmer 4 in Fig. 3 in vorgeschobener Meßstellung gezeigt. Man sieht aus den Fig. 2 und 3, daß das Gehäuse 3 der Meßson­ de in seinem Meßbereich eine Vertiefung 10 aufweist, in welcher sich der Temperaturaufnehmer 4 mit seinem Meßabschnitt befindet, wenn er in seine vorgeschobene Meßstellung eingebracht ist. Man erkennt ferner aus Fig. 3, daß der Temperaturaufnehmer 4 nicht aus dem Gehäuse 3 bzw. aus der Vertiefung 4 herausragt. Eine solche Ausbildung ist aus Sicherheitsgründen vorgesehen, um eine Verlet­ zung von lebendem Gewebe und um weiterhin Schmerzen beim Meß­ vorgang bei Lebewesen zu vermeiden. Jedoch kann es andere Anwen­ dungsfälle geben, wo gefahrenlos eine weiter vorgeschobene Meß­ stellung des Temperaturaufnehmers 4 vorgesehen sein kann, wo keine Verletzungsgefahren zu erwarten sind. Schließlich ist aus Fig. 3 noch zu erkennen, daß der Meßabschnitt des Temperaturaufnehmers 4 in Verbindung mit der Tiefe der Vertiefung 10 eine vorbestimmte Meßfläche A definiert. Nur diese Meßfläche kommt mit der zu messenden Substanz in Berührung.

In Fig. 4 ist der Temperaturaufnehmer 4 in größerem Maßstab und im Axialschnitt teilweise gezeigt. Die hier dargestellte und an sich bekannte Ausführungsform des Temperaturaufnehmers besteht aus einem elektrisch und thermisch leitenden Mantelrohr 11 und aus einem darin angeordneten Termopaarelement aus zwei elektrisch leitenden Drähten 12, die an der Meßspitze des Temperaturaufneh­ mers 4 miteinander verbunden und des weiteren auch mit dem Man­ telrohr 11 elektrisch verbunden sind. Innerhalb des Mantelrohres 11 ist ein Isoliermaterial 13 vorgesehen, welches das Thermopaarelement 12 gegenüber dem Mantelrohr 11 isoliert. Der so beschriebene Tem­ peraturaufnehmer 4 ist als ein solcher erster Ordnung (bekannt) und wird im vorliegenden Beispiel vorzugsweise angewendet. Es ist jedoch auch möglich, andere Temperaturaufnehmer erster Ordnung zu ver­ wenden.

In Fig. 5 ist schematisch gezeigt, daß ein gemeinsames Gehäuse 14 vorgesehen ist, in dem die Meßschaltung 7 und ein Rechner 15 vorgesehen sind. Da die Meßschaltung 7 und der Rechner 15 zusam­ men sehr kompakt ausgeführt werden können, kann auch das Gehäuse 14, das eine eigene elektrische Energiequelle für die Meßschaltung 7 und den Rechner 15 enthalten kann, ebenfalls kompakt aufgebaut sein, so daß die Vorrichtung 2 insgesamt bequem zu dem jeweiligen Meßort getragen werden kann, um dort auf einfache Weise die ge­ wünschten Messungen und Berechnungen vornehmen zu können.

Die Meßschaltung 7 umfaßt in Reihenschaltung mit dem Rechner 15 einen Vorverstärker 16, einen Vergleicher 17 und einen sogenannten Nullverstärker 18, welcher seine Signale in den Rechner 15 eingibt. Weiterhin ist ein Wandler 19 der D/A-Bauart vorgesehen, der einer­ seits mit dem Rechner 15 und andererseits mit dem Vergleicher 17 verschaltet ist. Der Wandler 19 erhält seine Signale vom Rechner 15 und gibt sie digital/analog gewandelt an den Vergleicher 17 weiter. Schließlich enthält die Meßschaltung 7 noch ein Einstellglied 20 zur Festeinstellung der Ausgangstemperatur der Meßsonde 1 vor dem eigentlichen Messen als Vergleichstemperatur und ist ebenfalls mit dem Rechner 15 verschaltet, um ihm entsprechende Signale zuzulei­ ten.

Der Rechner 15 umfaßt u. a. ein Zeitglied 21, welches die Dauer der einzelnen Meßschritte eines Meßzyklus beim Messen der Substanz­ Temperatur mit dem Temperaturaufnehmer 4 zeitlich mißt, wie in Verbindung mit der Erläuterung zu der in Fig. 6 grob dargestellten, rechnerischen Temperaturkurve noch klar wird. Der Rechner weist ferner eine Anzeige 22 für die errechnete Endtemperatur der betref­ fenden Substanz auf. Schließlich ist auch eine weitere Anzeige 23 am Rechner 15 vorgesehen, um die letztlich festgestellte Wärmeüber­ gangszahl der gerade dem Meßvorgang unterworfenen Substanz anzuzeigen, welcher Substanzkennwert mittels des Rechners nach verschiedenen, nachgenannten Formeln unter Berücksichtigung der errechneten Endtemperatur der zu untersuchenden Substanz errechnet wird, wie noch klar wird.

Fig. 6 zeigt in stark vereinfachter grafischer Darstellung eine rech­ nerisch ermittelte Temperaturkurve eines Meßzyklus in Verbindung mit der untersuchten Substanz. Auf der Zeitachse T (Abszisse) des Diagramms ist die jeweils zu messende Zeitdauer Tn, T(n+1), T(n+2) usw. erkennbar, die den einzelnen, sukzessive erfolgenden, auf der Ordinate ablesbaren und vorgegebenen Meßschritten zuzuord­ nen ist und die sich für diese Meßschritte ergibt und mit Hilfe der Meßschaltung 7 und des Rechners 15 ermittelt wird. Die vertikale Temperaturachse D (Ordinate) zeigt schematisch die einzelnen, als Meßschritte im Rechner 15 vorgewählten Temperatursprünge jeweils gleicher Größe. Die Größe der einzelnen Temperatursprünge ist beispielsweise 0,2 Grad Celsius. Alternativ ist es möglich, auch andere Zahlenwerte als vorbestimmte Temperatursprünge für Schritt­ größen zu verwenden. Aus Fig. 6 ist weiter erkennbar, daß bei­ spielsweise dem vorgewählten Temperatursprung von Dn nach D(n + 1) der durch die Schaltung 7 und den Rechner 15 ermittelte Zeitwert Tn in beispielsweise Millisekunden entspricht. Aus diesen beiden Werten läßt sich eine Steigung S errechnen, die gleichzeitig eine kleine Temperaturkurvenstrecke St für die Zeitdauer Tn ergibt. Aus den vielen einzelnen so ermittelten Temperaturkurvenstrecken für die Meßfläche A des Temperaturaufnehmers 4 bzw. für die gerade gemessene Substanz ergibt sich schließlich die errechnete Tempera­ turkurve 24 für die gemessene Substanz mit einem Endwert, der durch die Asymptote 25 dargestellt und auf der Ordinate mit Dk bezeichnet ist. Auf diese Weise ergibt sich schließlich eine errechnete Endtemperatur, welche mit großer Genauigkeit der momentanen Temperatur der gemessenen Substanz entspricht. Diese Endtemperatur kann beispielsweise die Temperatur des in der Nähe des Gebärmut­ terhalses der Frau gemessenen Zervixschleimes 8 sein. Demgemäß wird der genau gemessene Endtemperaturwert des Schleimes ein Wert um 37 Grad Celcius sein.

Wie bereits erwähnt worden ist, werden zu vorgewählten, am Rech­ ner 15 eingestellten Temperatursprüngen mit Hilfe des Temperatur­ aufnehmers 4 der Meßsonde 1 gemäß Fig. 1 die entsprechenden Zeiten für die Temperatursprünge festgestellt und daraus die jeweili­ gen Steigungen S für diese Sprünge ermittelt. Bevor mit dem eigent­ lichen Messen begonnen wird, erscheint am Einstellglied 20 die zuvor am Temperaturaufnehmer 4 als stabile Ausgangstemperatur gemessene Vergleichstemperatur, die von der zu erwartenden Sub­ stanzendtemperatur verschieden ist. Dann wird die Meßsonde 1 an der zu messenden Substanz in Betriebsposition gebracht und es wer­ den von der Substanz über das Kabel 6 entsprechende elektrische Teilsignale als Teile der gesamten Sprungantwort abgeleitet und vorverstärkt an den Vergleicher 17 weitergegeben. Wenn das vorver­ stärkte Signal des Vergleichers 17 sich mit dem Signal vom D/A- Wandler 19 ausgleicht, gibt der Vergleicher ein Signal (logische Null) an den Nullverstärker 18 weiter, der es dann an den Rechner 15 weiterleitet, der in Verbindung mit dem Zeitglied 21 jetzt die Zeitdauer mißt bzw. berechnet, die seit dem letzten Signaleingang beim Zeitglied 21 vergangen ist. Wie auch aus dem Strukturdiagramm nach Fig. 7 zu entnehmen ist, werden zunächst alle den einzelnen Meßschritten entsprechenden Signale von Do bis Dk vom D/A-Wandler und die jeweilige Zeitdauer der einzelnen Meßschritte im Rechner 15 abgespeichert. Dann werden, wenn die erste Annäherung an Dk erreicht ist, weil elektrische Signale auf­ grund des Temperaturausgleichs zwischen Meßsonde und Substanz sich nicht mehr Ändern, die betreffenden, einzelnen Steigungswerte im Rechner berechnet, wobei in an sich bekannter Weise berücksich­ tigt wird, ob die Folge der Steigerungswerte steigend oder fallend ist. Die Formel für die Berechnung dieser schrittweisen Steigungs­ werte S (n) der an der Meßfläche A des Temperaturaufnehmers 4 festgestellten temperaturäquivalenten elektrischen Teilsignale erfolgt nach folgender Formel:

worin T(n) die jeweils gemessene Zeitdauer in ms am Schluß des jeweiligen n-ten Schrittes, Dn der Momentanwert des D/A-Wandlers am Anfang des jeweiligen Meßschrittes, D(n + 1,2,3 usw.) der Mo­ mentanwert des D/A-Wandlers am Ende des jeweiligen Meßschrittes und Dk der, gegebenenfalls korrigierte, Schlußwert des D/A-Wand­ lers bedeuten.

Es entsteht so die Temperaturkurve 24 in Fig. 6, die sich also aus einer Vielzahl von kleinen geraden Kurvenstrecken zusammensetzt und schließlich praktisch in eine Horizontale übergeht. Da die Hori­ zontale im Unendlichen praktisch mit einer Asymtote vergleichbar ist, kann die Substanzendtemperatur im vorliegenden Fall durch die Asymtote dargestellt werden, wie es Fig. 6 zeigt. Den gesamten Meßvorgang bricht man ab, wenn die Temperaturkurve 24 anhand der eintreffenden elektrischen Teilsignale nicht mehr steigt.

Es kann vorkommen, daß der Temperaturendwert Dk zu groß oder zu klein bestimmt worden ist, was man daran merkt, daß die berech­ neten Steigungswerte immer größer bzw. immer kleiner werden. Dann muß eine Korrektur des elektrischen Ausgangssignals für den Temperaturendwert vorgenommen werden. Wenn die Steigungswerte dabei richtungsmäßig fallen, wird der bestimmte Temperaturendwert durch einen Additionsfaktor vergrößert, und umgekehrt. Ein solcher bevorzugter Korrekturwert i beträgt 0,01 Grad Celcius. Mit dem so korrigierten Endwert Dk werden dann die Steigungswerte der Tempe­ raturkurve aus den gespeicherten Meßwerten neu berechnet. Gegebe­ nenfalls muß noch einmal korrigiert werden, bis die Steigerungswerte richtungsmäßig schließlich nicht mehr fallen oder steigen.

Die schließlich mit großer Genauigkeit festgestellte und errechnete Substanzendtemperatur wird dann an der Anzeige 22 des Rechners 15 angezeigt und wird für die Beurteilung z. B. des Zervixschleimes der Frau verwendet. Die Temperaturkurve kann auch ausgedruckt wer­ den.

Des weiteren kann noch die Wärmeübergangszahl der untersuchten Substanz festgestellt werden. Wie bereits erwähnt, hat bei dem vor­ stehend beschriebenen Temperatur-Meßvorgang der Rechner 15 die Anzahl der den einzelnen Temperatursprüngen entsprechenden Meß­ schritte sowie die diesen Meßschritten zugeordneten Steigungen S gespeichert. Aus den einzelnen, von der untersuchten Substanz ab­ hängigen Steigungswerten der Temperaturkurve 24 wird zunächst im Rechner ein mittlerer Wert τ aus den Steigerungswerten zur Be­ grenzung von zufälligen Fehlern nach folgender Formel berechnet:

worin n die einzelnen Meßschritte und S die schrittweisen Steigungs­ werte der errechneten Temperaturkurve darstellen.

Weiterhin muß noch eine Körperkonstante K der Meßsonde 1 er­ mittelt werden. Dies erfolgt nach der Formel K = c.g.V/A, worin c die spezifische Wärme, g die Dichte, V das Volumen und A die bereits erwähnte Meßfläche des Temperaturaufnehmers 4 der Meß­ sonde 1 bedeuten. Da die Materialien des Temperaturaufnehmers und seine Baugröße bekannt sind, stehen die entsprechenden Werte für den Temperaturaufnehmer schon bei seiner Herstellung zur Verfü­ gung.

Während die Körperkonstante K der Meßsonde bzw. ihres Tempera­ turaufnehmers eine unveränderbare Größe ist, kann man den vom Wärmeübergang zwischen Substanz und Meßsonde 1 abhängigen Wert τ mit Hilfe der einzelnen Steigungswerte S nach der vorstehend angegebenen Formel berechnen.

Sind die Werte K und τ bekannt, dann ist es möglich, die Wär­ meübergangszahl α im Bereich der Meßfläche A des Temperatur­ aufnehmers 4 für die untersuchte Substanz nach der Formel α = K/τ (W/m² grd) zu berechnen.

Aus dem Strukturdiagramm nach Fig. 7 sind die einzelnen Tätigkei­ ten zur Ermittlung der Substanztemperatur und der Wärmeübergangs­ zahl eindeutig zu entnehmen. Beide Werte werden an den entspre­ chenden Anzeigen 22 und 23 des Rechners 15 angezeigt. Der Rech­ ner kann selbstverständlich mit einem Drucker verbunden sein, so daß die letztendlich angezeigten Werte für die Substanztemperatur und die Wärmeübergangszahl schriftlich fixiert sind.

Der Rechner kann ferner über eine Schnittstelle mit einem Host-Com­ puter verbunden sein. Dadurch ist es mit dem entsprechend program­ mierten Host-Computer z. B. möglich, die Meßergebnisse von Tempe­ ratur und Wärmeübergangszahl über längere Zeit zu speichern, deren Werte und Kurven nach bestimmten Regeln, wie sie z. B. für die natürliche Familienplanung in Verbindung mit einem Monatszyklus­ blatt bestehen, auszuwerten sowie eine entsprechende Archivierung vorzunehmen.

Ausgehend von der Annahme, daß eine Änderung der Substanztem­ pertur und/oder ein geänderter Wärmeübergangswert der untersuchten Substanz vorliegt, kann daraus geschlossen werden, daß sich die thermophysikalische Eigenschaft der untersuchten Substanz geändert hat. Über einen Zeitraum wie vorstehend dargestellt berechnete Werte als Meßreihe für die Temperatur und den Wärmeübergang einer Substanz sind eine Grundlage für die Beurteilung der thermo­ physikalischen Beschaffenheit der jeweils untersuchten Substanz. Man kann aus den festgestellten Änderungen der Temperatur und des Wärmeübergangs auf thermophysikalische Veränderungen der unter­ suchten Substanz schließen, woraus man wiederum Schlüsse für weitere Handlungen und Vorsichtsmaßnahmen ziehen kann. So ist z. B. möglich, daß man bei festgestellten thermophysikalischen Ver­ änderungen des Zervixschleims der Frau bei dessen Auftreten wäh­ rend des Monatszyklus unter Zuhilfenahme anderweitiger, bekannter medizinischer Kenntnisse den Beginn und das Ende der fruchtbaren Tage zeitlich genau bestimmen kann, so daß hierdurch die natürliche Familienplanung an erheblicher Sicherheit gewinnt. Wenn die Mes­ sungen in engen Zeitabständen wiederholt werden, z. B. zweimal täglich, ist es möglich, den genauen Beginn und das genaue Ende der Änderung des thermophysikalischen Zustands des Zervixschleims feststellen. Man ist hierbei nicht mehr auf die augenscheinliche und/oder empfindsame Beobachtung des Zervixschleims angewiesen, wobei eine Veränderung des Zervixschleims aufgrund seiner Wande­ rung in der Vagina nur mit erheblicher Zeitverzögerung möglich ist.

Um zum Beispiel den Zervixschleim der Frau zu beobachten, kann folgendermaßen vorgegangen werden. Nach der vorstehend beschrie­ benen Art und Weise wird einmal oder zweimal täglich eine Messung vorgenommen und das Ergebnis aufgezeichnet. Man erhält so eine Meßreihe für einen Monatszyklus. Aus der so festgestellten Meßreihe ist der genaue Beginn und das genaue Ende der Veränderung des thermophysikalischen Zustands des Zervixschleims ablesbar. Gleich­ zeitig ist dabei mit einer hohen Genauigkeit feststellbar, wie die Temperaturkurve im Monatszyklus der Frau verläuft. Aus den so insgesamt gewonnenen Erkenntnissen kann in Verbindung mit ander­ weitigen Kenntnissen aus dem Bereich der natürlichen Empfängnis­ verhütung die natürliche Familienplanung sicherer als bisher gestaltet werden.

Das vorstehend beschriebene Verfahren und die Vorrichtung sind aber nicht nur bei halbfesten Substanzen, wie beispielsweise der bereits erwähnte Zervixschleim, anwendbar, sondern das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich auch in Verbindung mit Gelen, lockeren, festen, flüssigen und gasförmigen Substanzen, um bei diesen Substanzen deren Temperaturen und Werte für den Wärme­ übergang genau zu ermitteln. In abgewandelter Form können das Verfahren und die Vorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben sind, auch zur Ermittlung der genauen Substanztemperatur allein verwendet werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Feststellen der Temperatur und/oder der Wärme­ übergangszahl von Substanzen zur Beurteilung von deren thermophy­ sikalischen Eigenschaften, gekennzeichnet durch die folgenden Ver­ fahrensschritte:

• a) daß an einer temperaturfühlenden, mit der zu untersuchenden Substanz in Kontakt gebrachten Meßsonde erster Ordnung in n-Meß­ schritten eines Meßzyklus bis zum Erreichen der Substanztemperatur fortlaufend gemessene, temperaturäquivalente Werte in elektrische Ausgangssignale verwandelt werden,
• b) daß aus den einzelnen elektrischen Ausgangssignalen des Meßzy­ klus mittels einer Meßschaltung und eines Rechners eine aus den n- Meßschritten zusammengesetzte Folge von Steigungswerten der sich rechnerisch, gegebenenfalls korrigiert, ergebenden Temperaturkurve der Meßsonde so lange ermittelt wird, bis die Steigerungswerte nicht mehr fallen oder steigen,
• c) daß aus der Folge der schrittweisen Steigungswerte der errech­ neten Temperaturkurve, deren Endwert der Substanztemperatur ent­ spricht, ein Zeitwert τ für die Meßsonde berechnet wird nach der Formel: worin n die einzelnen Meßschritte eines Meßzyklus und S die schritt­ weisen Steigungswerte der errechneten Temperaturkurve sind,
• d) daß die Körperkonstante K der Meßsonde erster Ordnung ermittelt wird nach der Formel: K = c·g V/A, worin c die spezifische Wärme, g die Dichte, V das gesamte Volu­ men und A die Meßfläche des Temperaturaufnehmers der Meßsonde ist,
• e) und daß dann die Wärmeübergangszahl α nach der Formel α = K/τ berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schrittweisen Steigungswerte S der Temperaturkurve berechnet wer­ den nach der Formel: worin T (n) die jeweils gemessene Zeitdauer des jeweiligen n-ten- Schrittes, D n der Momentanwert eines D/A-Wandlers beim jeweili­ gen n-ten-Meßschritt und Dk der Schlußwert des D/A-Wandlers ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle immer größer oder kleiner werdender Steigungswerte (S) der sich rechnerisch ergebenden Temperaturkurve des Meßzyklus eine negative bzw. positive Korrektur des Endwertes (Dk) des elektrischen Ausgangssignals der Sprungantwort um einen frei wählbaren Faktor (i) unter Wiederholung der Berechnung aller Steigungswerte der Sprungantwort vorgenommen wird, bis die Steigungswerte nicht mehr fallen oder steigen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der frei wählbare Korrekturfaktor (i) ein Wert von 0,01 oder ähnlich ist.

5. Vorrichtung zum Feststellen der Temperatur und/oder der Wärme­ übergangszahl von Substanzen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Tempe­ raturmeßsonde (1), bestehend aus einem länglichen Gehäuse (3) aus wärmeisolierendem Material und einem in eine vorgeschobene Meß­ stellung außerhalb des Gehäuses und in eine zurückgezogene Stellung innerhalb des Gehäuses bewegbaren und feststellbaren Temperaturauf­ nehmer (4) erster Ordnung mit einem elektrischen Anschlußkabel (6) zur Weiterleitung von elektrischen Ausgangssignalen, eine elektrische Meßschaltung (7) und einen Rechner (15) zum Bestimmen von schrittweisen Temperaturwerten der Meßsonde über der Zeit aus den elektrischen Ausgangssignalen und zum Berechnen eines Zeitwertes für den Temperaturaufnehmer der Meßsonde sowie zum Berechnen und Anzeigen der berechneten Wärmeübergangszahl umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturaufnehmer (4) erster Ordnung der Meßsonde aus einem elektrisch leitenden Mantelrohr (11) und einem darin ihm gegenüber elektrisch isoliert angeordneten Thermopaarelement (12), das am Meßpunkt des Temperaturaufnehmers mit dem Mantelrohr elektrisch verbunden ist, besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Rechner (15) verschaltete Meßschaltung (7) einen Vorver­ stärker (16), an den die Meßsonde (1) mittels Kabel (6) anschließbar ist, einen Vergleicher (17) und einen an den Rechner angeschlossenen Nullverstärker (18) in Reihenschaltung und einen D/A-Wandler (19) aufweist, der einerseits mit dem Rechner und andererseits mit dem Vergleicher verschaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (7) ein mit dem Rechner (15) verschaltetes Einstell­ glied (20) für die Feststellung der Ausgangstemperatur der Meßsonde (1) und daß der Rechner (15) ein Zeitglied (21) für die Ermittlung der Zeitdauer der jeweiligen Meßschritte des Temperaturaufnehmers (4) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (15) eine zusätzliche Anzeige (22) für die errechnete Sub­ stanztemperatur aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) der Meßsonde (1) in seinem Meßbereich eine Ausneh­ mung (10) aufweist, in welche der Temperaturaufnehmer (4) zur Ein­ nahme seiner vorgeschobenen Meßstellung einbringbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (7) und der Rechner (15) in einem gemeinsamen Ge­ häuse (14) untergebracht sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, daß der Temperaturaufnehmer (4) in seiner vorgeschobenen Meßstellung eine vorbestimmte Meßfläche (A) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das der Rechner (15) über eine Schnittstelle an einen Host-Computer anschließbar ist.