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Die
Erfindung bezieht sich auf ein schnell ansprechendes, kompaktes
elektronisches Fieberthermometer gemäss dem Patentanspruch 1 und
ein Verfahren gemäss
Anspruch 11.
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Es
ist bekannt, elektronische Thermometer zur Anzeige der Temperatur
eines Patienten für
medizinische Zwecke zu verwenden. Diese kompakten elektronischen
Thermometer im Gesundheitsbereich haben im Allgemeinen die Form
eines tragbaren Messgehäuses
mit einem verlängerten
schaftartigen Abschnitt mit einem Thermistor oder einem anderen temperaturfühlenden
Element darin. Das verlängerte Messgehäuse ist
insbesondere für
einen angenehmen analen, rektalen oder axillaren Gebrauch gestaltet.
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Seit
ungefähr
1985 brachten kompakte elektronische Thermometer einige Vorteile
aufgrund der einfach lesbaren Anzeige und der kürzeren Messzeit von ca. 60
bis 90 Sekunden, verglichen mit 3 bis 5 Minuten für ein herkömmliches
Quecksilberthermometer. Diese Messzeitverzögerung wird durch die Wärmekapazität des Messgehäuses verursacht
und durch die Tatsache, dass die Berührung des gesamten Messgehäuses mit
dem Gewebe des Patienten die Temperatur des Gewebes in der unmittelbaren Umgebung
des Messgehäuses
verringert.
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Es
gab während
den letzten 10 bis 15 Jahren einige Versuche, die Messzeiten von
kompakten elektronischen Fieberthermometern zu verringern.
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Zum
Beispiel beschreibt das US-Patent 4,183,248 einen elektronischen
Thermometer-Messkopf, der zwei Temperaturfühler und eine Heizspule umfasst.
Die Heizspule wird verwendet, um die Spitze vom restlichen Messgehäuse thermisch
zu isolieren, was lange thermale Zeitverzögerungen verhindert. Es wird
angege ben, dass eine bemerkenswerte Verbesserung auf ca. 16 Sekunden
Messzeit erreicht wird.
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US-Patent
5,632,555 beschreibt ebenfalls ein Fieberthermometer, das ein Heizelement
und einen leistungsstarken und teuren Mikroprozessor zum Anpassen
eines Vorhersage-Algorithmus umfasst. Das Heizelement wird verwendet,
um die Metallspitze des Messkopfes auf eine bestimmte Temperatur zu
bringen, wenn der Messkopf von einem Basisgehäuse entfernt wird. Der Vorhersage-Algorithmus dient
zur Bestimmung der Endtemperatur, bevor diese Temperatur tatsächlich durch
den Temperaturfühler
gemessen wird. Es wird eine Messzeit von 4 bis 15 Sekunden angegeben.
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In
NL 7900524 wird ein schnell arbeitendes Fieberthermometer vorgestellt.
Ein Messchip ist an einer Innenfläche eines Metallrohres oder
an einer leitenden Folie befestigt, die in besagtes Rohr eingeführt wird.
Es wird angegeben, dass durch eine spezifische Anordnung von elektrischen
Leitern der Wärmefluss
durch die Leiter reduziert wird. Deshalb erreicht der Messchip schneller
einen Gleichgewichtszustand, und die Messzeit wird als auf 5 bis
10 Sekunden verkürzt
angegeben.
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All
diese bekannten Thermometer haben gewisse Nachteile. Insbesondere
die Thermometer, die ein eingebautes Heizelement und/oder einen
teuren Mikroprozessor mit einer ausgeklügelten Schaltung eingebaut
haben, sind nicht zum Heimgebrauch geeignet, da all diese zusätzlichen
Elemente (Heizelement, Kontrollmittel für das Heizelement mit hohem Energieverbrauch,
teure Mikroprozessoren) zu teureren und unhandlicheren Vorrichtungen
führen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile des bisherigen
Standes der Technik zu überwinden,
insbesondere ein schnell ansprechendes kompaktes elektronisches
Fieberthermometer für
den Heimgebrauch zu schaffen, das einfach und auf ökonomische
Art hergestellt werden kann und das eine schnellere Messung der
Temperatur eines Patienten ermöglicht,
verglichen mit herkömmlichen
kompakten elektrischen Fieberthermometern.
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Gemäss der vorliegenden
Erfindung werden diese Aufgaben mit einem schnell ansprechenden kompakten
Fieberthermometer gemäss
Anspruch 1 und einem Verfahren gemäss Anspruch 11 gelöst.
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Das
schnell ansprechende kompakte elektronische Fieberthermometer zum
Messen der Temperatur eines Patienten umfasst ein Messgehäuse, das
eine Metallspitze zum Berühren
des Gewebes eines Patienten aufweist. Ein Temperaturfühler ist
in der Metallspitze angebracht.
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Der
Temperaturfühler
ist geeignet, ein Signal zu erzeugen, das die Temperatur der Metallspitze darstellt.
Das Messgehäuse
mit der Metallspitze ist insbesondere für den oralen, rektalen oder
axillaren Gebrauch vorgesehen. Jede Art von bekannten Temperaturfühlern kann
verwendet werden, z. B. wärmeempfindliche
Widerstände
(Thermistoren).
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Das
schnell ansprechende kompakte elektronische Fieberthermometer umfasst
weiter eine Anzeige zum Angeben der Temperatur der Metallspitze. Bei
der Berührung
des Gewebes des Patienten mit der Metallspitze, nähert sich
die angezeigte Temperatur der Metallspitze der Temperatur des Patienten an.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben überraschend herausgefunden,
dass die Ausführung
eines Messgehäuses
mit einer Metallspitze ohne zusätzliche
Heizmittel und mit einem Verhältnis zwischen
der Länge
der Metallspitze und dem Durchmes ser der Metallspitze von mindestens
drei, vorzugsweise fünf,
zu einer beachtenswerten Verminderung der Messzeit führt. Gemäss der vorliegenden Erfindung
umgibt die Metallspitze einen im Wesentlichen hohlen Innenraum,
der mit Luft oder Gas oder einem Material mit einer vergleichbaren
Wärmeleitfähigkeit
gefüllt
ist.
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Das
bedeutet, dass der Hohlraum nicht mit einem Klebstoff zum Befestigen
des Temperaturfühlers
in der Metallspitze gefüllt
ist. Da die Metallspitze vergleichsweise lang ist, d. h. mindestens
drei mal, vorzugsweise fünf
mal länger
als der Durchmesser der Metallspitze, gibt es eine grosse Kontaktfläche zwischen
der Metallspitze und dem Gewebe des Patienten.
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Das
Messgehäuse
weist einen röhrenförmigen Kunststoffteil
und eine verlängerte
Metallspitze auf. Die Metallspitze umfasst einen im Wesentlichen röhrenförmigen Abschnitt
und ein geschlossenes Ende. Der Temperaturfühler ist im geschlossenen Ende angebracht.
Dabei ist der Temperaturfühler
durch den zylindrischen Abschnitt der Metallspitze vom Messgehäuse getrennt.
Der zylindrische Abschnitt wird bei der Berührung mit dem Gewebe des Patienten
erwärmt.
Ein Temperaturgefälle
wird dabei vermieden oder verringert. Die gesamte Metallspitze berührt das
Gewebe des Patienten und wird dabei ebenfalls erwärmt. Da
die Wärmekapazität des menschlichen
Körpers
extrem gross ist verglichen mit der Wärmekapazität der Metallspitze, wird die
Metallspitze erwärmt,
ohne das Gewebe des Patienten wesentlich abzukühlen. Die Heizmittel das Patentes
US 4,183,248 werden gemäss der vorliegenden
Erfindung durch den röhrenförmigen Abschnitt
der verlängerten
Metallspitze ersetzt, der durch die direkte Berührung mit dem Gewebe des Patienten
erwärmt wird.
Der röhrenförmige Abschnitt
der verlängerten Metallspitze
bildet eine Wärmeisolation
zwischen dem geschlossenen Ende der Metallspitze mit dem Temperaturfühler und
dem Rest der Messgehäuses, was
verhindert, dass die von der Spitze erfasste Wärmeenergie zum Gehäuse des
Thermometers abgeführt
wird.
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Der
Temperaturfühler
ist vorzugsweise flach gestaltet, wird innerhalb der Metallspitze
des Messgehäuses
angeordnet und hat vorzugsweise eine thermische Zeitkonstante von
weniger als 4 Sekunden in stillstehender/nicht bewegter Luft. Die
thermische Zeitkonstante ist als jene Zeitdauer definiert, in der
die Temperatur des Fühlers
63,2% der Temperaturdifferenz erreicht.
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Die
Metallspitze des Messgehäuses
hat vorzugsweise eine Länge
von mindestens 10 Millimetern (mm), vorzugsweise ca. 12 bis 15 mm,
und einen Durchmesser von ca. 3 bis 4 mm. Das Messgehäuse sollte
so lang wie möglich
ausgebildet sein. Jedoch sollte sichergestellt werden, dass die
gesamte Kontaktfläche
der Metallspitze in Berührung
mit dem menschlichen Gewebe bleibt.
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Die
Metallspitze hat vorzugsweise eine Dicke von weniger als ca. 0.12
mm.
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Der
Temperaturfühler
ist am Ende der Metallspitze angeordnet und ist vorzugsweise durch
einen Tropfen Klebstoff daran befestigt, vorzugsweise durch ein
Epoxydharz mit einer guten Wärmeleitfähigkeit.
Der Rest des Hohlraums, der durch die Metallspitze geformt ist,
ist frei von Klebstoff, d. h. nur mit Luft oder Gas oder einem anderen
Material mit einer geringen Wärmekapazität gefüllt.
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Die
Metallspitze ist üblicherweise
aus Metall gebildet, beispielsweise aus rostfreiem Stahl. Die Metallspitze
könnte
je doch aus jedem anderen geeigneten Material mit einer ausreichenden
Wärmeleitfähigkeit
gefertigt werden.
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Das
Thermometer umfasst üblicherweise Schaltmittel
um an-/ausgeschaltet
zu werden und Anzeigemittel zum Angeben der Temperatur. Der Schalter
kann manuell oder automatisch (z. B. in Kombination mit einem Behälter oder
einem Bewegungsfühler)
betätigbar
sein und die Anzeige kann in das Gehäuse des Thermometers eingebaut
oder an einem entfernten Ort angeordnet sein.
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Die
Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung im Zusammenhang
mit den begleitenden Abbildungen besser verstanden werden. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
eines herkömmlichen
kompakten elektronischen Fieberthermometers,
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2 eine schematische Darstellung
des Messgehäuses
in der Umgebung der Metallspitze eines herkömmlichen kompakten elektronischen
Fieberthermometers,
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3 eine schematische Darstellung
des Wärmeflusses
in einer Ausführung
gemäss 2,
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4 eine Darstellung eines
Thermometers wie in
US 4,183,248 beschrieben,
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5 eine schematische Darstellung
des Wärmeflusses
in einer Ausführung
gemäss 4,
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6 eine schematische Darstellung
des Messgehäuses
in der Umgebung der Metallspitze der vorliegenden Erfindung,
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7 eine schematische Darstellung
des Wärmeflusses
gemäss 6, und
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8 eine schematische Darstellung
der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt eine übliche Ausführungsform
eines herkömmlichen
kompakten elektronischen Fieberthermometers 1. Das Thermometer
umfasst ein Messgehäuse 13 mit
einer Metallspitze 42, in welcher ein Thermistor befestigt
ist. Das Thermometer beinhaltet eine Anzeige 14 und einen
Schaltknopf 25.
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2 zeigt die vergrösserte Ansicht
des Messgehäuses 41 in
der Umgebung der Metallspitze 42, in welcher ein wulst-artiger
Thermistor 43 durch den Klebstoff 34 befestigt
und mit den Leitern 44 verbunden ist.
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3 zeigt den Wärmefluss
einer solchen Ausführung.
Die Wärme
des Gewebes des Patienten fliesst durch die Spitze 42 wie
durch die Pfeile 46 dargestellt nach Innen und dann zum
Fühler 43.
Zur gleichen Zeit fliesst Wärme
wie durch die Pfeile 37 dargestellt von der Metallspitze 42 durch
den Schaft 45, und wie durch die Pfeile 39 dargestellt
durch den Klebstoff 34 zum Schaft 45. Es gibt
auch einen gewissen Wärmefluss
durch die Leiter 44. Es wird wiederum erkannt, dass die
Wärme durch
alle drei Wege fliessen wird, bis eine Gleichgewichtstemperatur
erreicht ist. Aufgrund des Volumens und der Masse der beteiligten
Teile, wird dieses Gleichgewicht erst nach einer beträchtlichen
Zeitdauer erreicht (schätzungsweise
60 bis 90 Sekunden).
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4 offenbart ein Thermometer
31 wie
es in
US 4,183,248 offenbart
ist. Das Thermometer
31 ist mit einem Messgehäuse mit
einer Metallspitze
32 versehen. Innerhalb der Metallspitze
ist ein erster Thermistor
33 zum Messen der Temperatur
des Gewebes des Patienten und ein zweiter Thermistor
34 zum
Verfolgen der Temperatur des seitlichen Abschnittes der Metallspitze.
Der erste Temperaturfühler
33 ist
auf der Innenseite des vorderen Endes der Metallspitze befestigt
und der verfolgende Thermistor ist am seitlichen Abschnitt der Metallspitze
befestigt. Elektrische Leiter für
die beiden Fühler
33,
34 sind mit
diesen beiden Fühlern
verbunden und führen durch
die hohle Mitte eines Messschaftes
35. Die Leiter sind
mit einem Schaltkreis zum Berechnen und Anzeigen der Temperatur
des Gewebes des Patienten verbunden. Dieses Thermometer
31 enthält auch ein
Heizelement
30, welches innerhalb der Metallspitze an deren
hinterem Ende angeordnet ist. Dieses Heizelement
30 ist
durch Leiter mit dem Temperatur-Kontroll-Schaltkreis verbunden.
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Der
Wärmefluss
in einem Thermometer 31 gemäss 4 ist in 5 dargestellt.
Beim Einführen
des Messgehäuses
in eine Körperhöhle des
Patienten fliesst die Wärme
einwärts
durch die Spitze 32 des Messgehäuses und dann zum Fühler 33.
Dieser Weg des Wärmeflusses
ist durch die Pfeile 36 angedeutet. Die Wärme fliesst
zudem gegen das Heizelement 30, dieser Fluss ist durch
die Pfeile 40 angedeutet.
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Bei
diesem Wärmefluss
wird natürlich
angenommen, dass die Körperhöhle eine
höhere
Temperatur aufweist als das Messgehäuse, was üblicherweise vor dem Einführen der
Fall ist. Gleichzeitig wird Wärme
von der Spitze durch zusätzliche
Wege abgeführt,
die durch die Pfeile 37 und 38 angedeutet sind. Es
ist zu erkennen, dass die Wärme
durch alle drei Wege fliessen wird, bis eine Gleichgewichtstemperatur
erreicht wird oder im gesamten thermisch-mechanischen System, einschliesslich
der Spitze und angrenzend zur Umgebung der Spitze angenähert wird. Durch
das Fliessen der Wärme
durch die Wege 36, 37, 38, 40 besteht
ein Temperaturgefälle
im Aufbau von 5, von
der höchsten
Temperatur am Gewebe in Berührung
mit der Umgebung der Spitze, zur tiefsten Temperatur entlang dem
Schaft 35 entfernt von der Umgebung der Spitze. Solange
Wärme fliesst, existiert
das Temperaturgefälle
und die Temperatur des Fühlers 33 wird
tiefer sein als die Temperatur des Gewebes in Berührung mit
der Oberfläche
der Metallspitze. In der Praxis, wenn keine Heizfunktion vorhanden
ist, kann es bis zu drei Minuten dauern, bis ein Gleichgewicht erreicht
wird, bei dem die Temperatur des Schaft-Abschnitts in der Umgebung
der Spitze hoch genug wird, um den Wärmefluss bis zum Zustand zu
vermindern, in dem die Temperatur des Temperaturfühlers 33 innerhalb
von 1/10 Grad der Gewebetemperatur liegt.
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Beim
Thermometer 31, das mit einem Heizelement 30 ausgestattet
ist, das durch den Temperaturunterschied zwischen den Thermistoren 33 und 34 gesteuert
wird, so lange ein Temperaturunterschied gemessen wird, wird das
Heizelement in Betrieb sein, bis sich der Temperaturunterschied
Null annähert. Wenn
einmal kein Temperaturunterschied mehr besteht, bedeutet das, dass
der Wärmefluss 40 aufgehört hat.
Diese Ausführungsform
dient als Wärmeisolation
zwischen der Metallspitze und dem Rest des Thermometergehäuses 31.
Als Ergebnis kann in diesem Stand der Technik eine Messzeit von
ungefähr 16
Sekunden erreicht werden.
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6 zeigt ein Thermometer 1 gemäss der vorliegenden
Erfindung. Das Thermometer umfasst eine Metallspitze 2 und
ein Messgehäuse 13 aus Kunststoff,
das nicht im Detail gezeigt ist (siehe 8). Die Metallspitze 2 ist mit
etwas Klebstoff 16 mit dem Messgehäuse 13 verbunden,
das im allgemeinen aus einem Kunststoffmaterial besteht.
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Die
Metallspitze 2 ist als ein im wesentlichen röhrenförmiger Abschnitt
aus dünnem
Metall geformt. Die Metallspitze ist am Ende 15 geschlossen. Das
Ende 15 umfasst einen im Wesentlichen kegelförmigen Abschnitt 17,
der durch ein flaches oder abgerundetes Endstück abgeschlossen ist.
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An
der Innenfläche
des kegelförmigen
Abschnitts 17 ist ein Temperaturfühler 4 mit einem Punkt Klebstoff 7 angebracht,
z. B. einem Epoxydharz mit guter Wärmeleitfähigkeit.
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Der
Rest der Metallspitze 2 ist frei von Klebstoff und enthält vorzugsweise
Luft oder ein Gas. Insbesondere sind am flachen oder abgerundeten
Teil 18 und an den kegelförmigen und zylindrischen Abschnitten 17 der
Metallspitze 2 keine weiteren thermischen Massen angelegt.
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Die
Leiter 9 verbinden den Temperaturfühler 4 mit einem Schaltkreis
zum Berechnen und Anzeigen der Temperatur, die im Temperaturfühler 4 gemessen
wird.
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Der
Temperaturfühler
ist ein wärmeempfindlicher
Widerstand, zum Beispiel ein Thermistor des Typs SEMITEC, Typ 503FT-3P.
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Die
Metallspitze 2 umfasst eine Kontaktfläche 3, die geeignet
ist, mit dem Gewebe eines Patienten in Berührung gebracht zu werden, und
die einen im Wesentlichen hohlen Innenraum 8 umgibt.
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Gemäss der vorliegenden
Erfindung ist die Länge
L der Kontaktfläche 3 mindestens
drei mal grösser
als der äussere
Durchmes ser d der Metallspitze 2. Wesentlich für den Wärmefluss
ist die Kontaktfläche 3,
die mit dem Gewebe des Patienten in Kontakt zu bringen ist, d. h.
die Aussenfläche
der Metallspitze 2. In der besonderen Ausführungsform
von 6 hat die Messspitze
eine Länge
L von ca. 9 bis 15 mm und einen äusseren
Durchmesser d von ca. 3 bis 5 mm.
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Die
Metallspitze 2 ist aus rostfreiem Stahl oder aus einem
beliebigen anderen Material mit guter Wärmeleitfähigkeit gefertigt und hat eine
Dicke von ca. 0.1 bis 0.12 mm.
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Da
der Innenraum 8, der von der Metallspitze 2 umschlossen
ist, im Wesentlichen hohl ist, mit der Ausnahme des Punktes Klebstoff 7,
der den Temperaturfühler 4 an
der Innenseite der Metallspitze 2 befestigt, ist die Gesamtmenge
von Material, die für
die Wärmekapazität der Metallspitze
von Bedeutung ist, verhältnismässig klein
im Vergleich mit dem herkömmlichen
elektronischen Fieberthermometer wie in 2 beschrieben.
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7 zeigt den Wärmefluss
des Messgehäuses
in der Umgebung der Metallspitze 2 gemäss der vorliegenden Erfindung.
Wärme vom
Gewebe des Patienten wird wie mit den Pfeilen 20 gezeigt durch
die Metallspitze 2 geleitet.
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Gleichzeitig
fliesst Wärme
durch die verhältnismässig lange
Metallspitze 2 wie durch die Pfeile 21 angedeutet
und durch die Leiter 9 wie durch die Pfeile 22 angedeutet.
Da die Metallspitze verhältnismässig lang
ist und das Gewebe des Patienten über ihre gesamte Länge berührt, wirkt
das Gewebe, das die Metallspitze umgibt, wie ein verteilendes Heizelement.
So kann das Temperaturgefälle über die
Metallspitze 2 vernachlässigt
werden, was zu einem sehr kleinen Wärmefluss 21 führt. Die
verlängerte Metallspitze
dient als Wärmeisolation
zwischen dem vorderen Teil 15 der Metallspitze und dem
restlichen Teil des Messgehäuses 13.
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Die
Leiter 9, die den Thermistor 4 mit dem elektronischen
Schaltkreis verbindet, ist sehr dünn, was bedeutet, dass der
Wärmefluss 22 ebenfalls
vernachlässigt
werden kann.
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Die
Ausführung
der vorliegenden Erfindung offenbart eine einzigartige strukturelle
Anordnung der Messspitze, die für
eine kleine Wärmeleitfähigkeit und
eine Funktion als thermische Isolation zwischen der Messspitze und
dem restlichen Thermometergehäuse
sorgt. Das führt
zu einer bedeutenden Verringerung der Messzeit von ursprünglich 60
bis 90 Sekunden auf 20 bis 30 Sekunden mit beinahe den gleichen
Herstellungskosten im Vergleich zu einem herkömmlichen elektronischen Fieberthermometer.
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8 zeigt ein Thermometer
gemäss
der vorliegenden Erfindung. Das Thermometer 1 umfasst eine
Metallspitze 2, ein Messgehäuse 13, eine Anzeige 5 und
einen Schalter 25.