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Elektronisches Maximalthermometer Die Erfindung befaßt sich mit einem
elektronischen Maximalthermometer, z. B. einem solchen zur Messung von, Fiebertemperaturen,
bei dem der Meßwert an einem im Stromkreis eines elektronisch arbeitenden Verstärkers
liegenden Meßinstrument abzulesen ist.
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Will man bei einer über einen gewissen Zeitraum erstreckten Temperaturmessung
den erreichten Maximalwert festhalten, so bedient man sich, abgesehen von komplizierten
technischen Meßeinrichtungen, bekanntlich eines Maximalthermometers. Hierfür sind
verschiedene Arten im Gebrauch. Auch ein Fieberthermometer stellt ein solches vor,
denn es hält den Maximalwert fest und gestattet seine Ablesung, nachdem die eigentliche
Messung bereits beendet ist. Mechanische Thermometer im allgemeinen, also auch Maximalthermometer,
deren Anzeige auf der Längenänderung von festen oder flüssigen Körpern mit der Temperatur
beruht, arbeiten sehr träge. An einem Fieberthermometer mit Hg-Füllung kann z. B.
das erreichte Maximum immerhin erst nach Minuten mit Sicherheit abgelesen werden.
Eine Abkürzung der Meßzeit würde bei Massenabfertigungen und auch-,sonst zweifellos,
einen bedeutenden technischen Fortschritt bedeuten.
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Es sind daher bereits für andere Temperaturmeßmethoden, z.. B. elektrische,
die auf der Widerstandsänderung von elektrischen Leitern oder Halbleitern oder der
Erzeugung einer Thermospannung beruhen, entsprechende Einrichtungen angegeben bzw.
verwirklicht worden. Sie gewähren
zwar eine kürzere Meßzeit, 'ermöglichen
jedoch nicht die Festhaltung eines Maximalwertes. Das ist aber in vielen Fällen,
z. B. für Fiebermessungen, erforderlich und entspricht der bisherigen Gewohnheit
in der Praxis. An dieser sind ' bekanntgewordene elektrische Fieberthermometer vorbeigegangen.
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Diesem Mangel abzuhelfen, setzt sich die vorliegende Erfindung zum
Ziel. Nachstehend wind daher eine Einrichtung beschrieben, die in einem gewünschten
Meßbereich, z. B. 35 bis 4@° C für ein Fieberthermometer, eine elektrische Temperaturmessung
mit elektronisch betätigter Anzeige des gespeicherten Maximalwertes erlaubt. Die
Verhältnisse werden dabei am Beispiel einer für Fiebermessungen bestimmten Einrichtung
erläutert. Es wird jedoch bemerkt, daß nach den GedankenderErfindung,auch Einrichtungen
für andere Zwecke und Meßbereiche gebaut werden können.
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Erfindungsgemäß ist die Temperaturmeßbrücke dadurch gekennzeichnet,
daB in der Brückendiagonale ein Kondensator mit einem Umschalter so angeordnet ist,
daß der Kondensator in der einen Schalterstellung (Messen) über einen Gleichrichter
aus der bei der Messung zwischen den Brückendiagonalpunkten auftretenden Spannung
geladen, in der anderen Schalterstellung (Ablesen) aber seine Ladespannung an den
Eingang eines elektronischen Verstärkers gelegt wird.
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Eine Einrichtung zur elektrischen Temperatur= mess:ung besteht bekanntlich
aus einem Temperaturfühler und einer elektrischen Schaltung mit Anzeigeinstrument.
Der Temperaturfühler kann ein Thermoelement enthalten. Dieses liefert bei Erwärmung
eine Spannung, die dann in der Regel unmittelbar mittels eines in Temperaturgraden
geeichten Anzeigeinstruments :gemessen wird. D a jedoch die bekannten Thermoelemente
nur eine geringe Spannung je Grad erzeugen und damit auch nur eine recht kleine
Leistung für den Zeigerausschlag des Anzeigeinstruments zur Verfügung steht, muß
dieses sehr empfindlich sein. Es ist damit störanfällig und für einen etwas rauheren
Gebrauch wenig geeignet. Obgleich eine besondere Spannungsquelle nicht erforderlich
!ist, haben sich daher Fieberthermometer nach diesem Prinzip nicht einführen können.
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Für elektrische Temperaturmessungen besonders bewährt hat sich das
Prinzip der »Widerstandsthermometer«. Ein solches arbeitet vorzugsweise in einer
Brückenschaltung, in deren einen Zweig der einen temperaturabhängigen Widerstand
enthaftende Temperaturfühler geschaltet ist. Die Brücke arbeitet nach der Nullmethode
oder gestattet eine unmittelbare Ablesung .des Meßwertes am Anzeigeinstrument. Da
nur das letztere Verfahren für ein praktisches Meßgerät in Frage kommt, wird es
der zu beschreibenden Einrichtung zugrunde gelegt.
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Außer von der Speisespannung der Brücke sowie der richtigen Wahl ihrer
einzelnen Widerstände hängt die erforderliche Empfindlichkeit ihres Anzeigeinstruanents
wesentlich vom Temperaturkoeffizienten des verwendeten Temperaturfühlers ab. Als
Heißleiter bekannte Halbleitermaterialien besitzen hier besonders vorteilhafte Eigenschaften.
Für die Einrichtung nach der Erfindung wird daher vorzugsweise ein Temperaturfühler
mit einem ,solchen Material vorgesehen. Es ergibt beispielsweise den außerordentlich
hohen Wert von rund 4% Widerstandsänderung je Grad Temperaturänderung. Da seine
Widerstandswerte in der Herstellung jedoch stark streuen, ist eine entsprechende
Justierung vorzusehen, die später beschrieben wird.
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Temperaturmeß:brücken mit Heißleiterfühlern sind an sich bekannt.
Sie lassen sich wegen der bezeichneten hohen Änderungssteilheit des Heißleitermaterials
empfindlich gestalten und unter Einfügung einer Verstärkung im Stromkreis des Anzeigeinstruments
sogar für sehr kleine Meßbereiche bauen. Auch hierfür gibt es bereits entsprechende
Ausführungen.. Sie arbeiten jedoch mit Anzeige im Moment der Temperaturmessung,
zeigen also nicht die Merkmale der Ermittlung eines Temperaturmaximalwertes. Die
hierfür erforderlichen besonderen Einrichtungen ergeben sich aus folgenden Überlegungen.
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Die gebräuchlichen Hg-Fieberthernnometer haben sich als robust und
zuverlässig durchaus bewährt. Abgesehen von der natürlich. bestehenden Bruchgefahr
und der verhältnismäßig langen MeBz:eit wäre als Nachteil vielleicht zu verzeichnen,
daß ihre Anzeige von interessierten Kranken dadurch beeinflußt werden kann, daß
an der Meßstelle über die Dauer der langen Meßzeit ein mehr oder weniger guter Kontakt
absichtlich herbeigeführt wird. Entsprechende Fehlmessungen sind .in der ärztlichen
Praxis, vor allem bei Massenabfertigungen durch überlastetes Pflegepersonal, immer
wieder festzustellen.
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Es ,ist nun klar, daß die Möglichkeit zu solchen Fehlmessungen mit
einer Verkürzung der Meßzeit stark eingeschränkt bzw. ganz ausgeschaltet werden
kann. Insofern bietet die Verwendung eines elektrischen Thermometers mit seiner
fast augenblicklichen Anzeige bereits eine wesentliche Verbesserung des Meßverfahrens.
Der Nachteil der bisher bekanntgewordenen elektrischen Fieberthermometer besteht
jedoch darin, daß die Temperatur im Augenblick ihrer Einwirkung auf den Temperaturfühler
gemessen wird. Um zu einer richtigen Messung zu gelangen, :muß während derselben
natürlich e-in guter Kontakt an der Meßstelle gewährleistet sein. Da es nun aber
praktisch nicht leicht ist, gleichzeitig auf diesen erforderlichen guten Kontakt
und den sich bei seiner Aufhebung sofort verändernden Ausschlag des Anzeigeinstruments
zu achten, können sofort anzeigende elektrische Fieberthermometer nicht den ärztlichen
Ansprüchen genügen. Das Hg-Fieberthermometer ist bekanntlich als Maximalthermometer
ausgebildet, und es gestattet, den erreichten Maximalwert der gemessenen Temperatur
nach vollzogener Messung mit Sicherheit in aller Ruhe abzulesen. Es speichert den
Maximalwert. Nur
ein solches Verfahren hat Aussicht auf ärztliche
Zustimmung. Um also ein brauchbares elektrisches Fieberthermometer zu schaffen,
muß an einem solchen in erster Linie eine Speicherung des gemessenen Temperatur-Maximums
vorgesehen werden.
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Das ist nun durchaus möglich, wenn .man die an den Brückendiagonalpunkten
als Kennzeichen der gemessenen Temperatur auftretende Spannung nicht unmittelbar
einem Anzeigeinstrument zuführt, sondern sie zunächst in einem Kondensator speichert,
um sie erst später zu messen. Verschwindet die Ladespannung, so würde sich der Kondensator
allerdings sofort rückentladen. Um dies zu verhindern, ist ein Gleichrichter gewissermaßen
als Rückschlagventil vorzusehen. Wird nun noch dem Kondensator zur Festlegung einer
Zeitkonstante ein Widerstand parallel geschaltet und der so entstandene Komplex
umschaltbar eingerichtet, so ergibt sich eine wesentliche Einrichtung nach der Erfindung.
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Am Beispiel eines in Abb. i dargestellten Schaltbildes wird nun die
grundsätzliche Einrichtung eines elektronischen Maximalthermometers nach der Erfindung
behandelt.
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In einer über einen Schalter 8 aus einer Batterie 7 gespeisten Brückenschaltung
mit den Widerständen i und 3 bis 6 stellt 3 den in eine Steckvorrichtung 22 ei.nsteckbaren,
temperatwrabhängig en Widerstand des Temperaturfühlers, 4 einen mittels eines Umschalters
2 an seiner Stelle einzuschaltenden und beispielsweise mittels _ eines Parallelwiderstandes
5 zu regelnden Widerstand vor, während i und 6 die weiteren Widerstände der Brückenschaltung
bedeuten.
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Nach einer später noch zu beschreibenden Abgleichung und Justierung
der Brücke tritt nun bei ihrem Betriebe zwischen den Punkten 2o und 2,1 die zu speichernde
Spannung auf, die über einen Gleichrichter i i und die Ruhekontakte eines doppelpoligen
Umschalters 12 an dem genannten Komplex 9-io liegt. In diesem dargestellten Zustand
wird die Temperatur gemessen und deren Meßwert gespeichert.
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Mit dem Umlegen des Umschalters 12 wird der Komplex 9-io an den Eingang
eines elektronischen Verstärkers, der in der Abb. i beispielsweise als einstufiges
Röhrenvoltmeter gezeichnet ist, geschaltet, so daß der Meßwert an seinem Anzeigeinstrüment
16 abgelesen werden kann. Der Meßvorgang ist deutlich in zwei aufeinanderfolgende
Operationen zerlegt: a) Messen. Infolge seiner äußerst geringen Masse des, nur punktgroßen
aktiven Temperaturfühlers 3 ändert sich dessen Widerstand fast augenblicklich und
verursacht die sofortige Ladung des Speicherkondensators 9. Der Zeitgewinn gegenüber
einem trägen Hg-Thermometer ist bedeutend. Während der sehr kurzen eigentlichen
Meßzeit kann kaum ein Patient den M.eßwert willkürlich beeinflussen.
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b) Ablesen. Es kann in gewohnter Weise in Ruhe anschließend geschehen,
denn dieentsprechend der Höhe des Meßwertes im Kondensator 9 gespeicherte elektrische
Energie kann über den Gleichrichter i i nicht in umgekehrter Richtung in die Brücke
zurückfließen.
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Zur unmittelbaren oder mittelbaren Betätigung des Umschalters 12 ist
ein Druckknopf 2@3 (Abb. 2) vorgesehen, der nur bei der Ablesung bedient zu werden
braucht. Würde er jedoch gedrückt, bevor eine -Messung am Patienten gemacht wurde,
so entstünde ohne den Gleichrichter i i zwischen den Brückenpunkten 2o und 21 eine
schädliche umgekehrte Spannung, die durch ihn aber gesperrt wird. Dieser Schutz
macht das Meßgerät »narrensicher«.
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Bekanntlich muß an einem Maximalthermometer der Meßwert nach seiner
Ablesung gelöscht werden. Dies könnte bei der benutzten elektrischen Speichervorrichtung
z. B.. dadurch geschehen, daß der Kondensator 9 mittels eines zu betätigenden Schalters
kurzgeschlossen wird. Ein solcher wird sich jedoch erübrigen, wenn nicht etwa -eine
ungewöhnlich rasche Folge von Messungen verlangt wird.
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Im Interesse einfachster Bedienung ist nach der Erfindung für die
normale Ausführung de§ Meßgerätes daher in dem Parallelwiderstand io eine selbsttätige
Löschung vorgesehen, diii# je nach dessen Größe wirken wird.
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Zur Steigerung der Empfindlichkeit arbeitet die Brücke in an sich
bekannter Weise mit einem elektronischen Verstärker, in dessen Ausgangskreis erst
das eigentliche Anzeigeinstrument 16 liegt. Der Anoden- und Hilfsgitterruhestrom
der beispielsweise dargestellten Endröhre 13 muß kompensiert werden. Dies geschieht
nach der Erfindung über dien Justierwiderstand 17 aus der Heizbatterie 14, deren
Spannung über den Arbeitskontakt des Umschalters 15 zugleich an den- Glühfaden der
Endröhre 13 wie an den Kompensationskreis des Anzeigeinstrumentes 16 gelegt werden
kann. Da nun -der aus der Endröhre 13 über 16 fließende Strom infolge der Wärmeträgheit
des Glühfaidens später seinen stationären Wert erreicht als der Kompensationsstrom,
würden beim Ein- und Ausschaltendes Arbeitskontaktes am Anzeigeinstrument schädliche
und störende Prellschläge eintreten. Um sie zu verhindern, ist der Umschalter 15
mit einem nachschleppenden Ruhekontakt versehen, der das Anzeigeinstrument kurzschließt
und erst öffnet, . nachdem der Arbeitskontakt geschlossen ist. Diese Einrichtung
ermöglicht eine besonders angenehme und sichere Ablesung.aa 16. Sind die einzelnen
Widerstände 3 bis 6 und i für einen bestimmten Meßbereich der Brücke bemessen, so
kann diese mittels des einstellbaren Widerstandes 6 in bekannter Weise für den Anfang
des Meßbereichs abgeglichen werden. Zwischen den Punkten 2o und 21 der Schaltung
herrscht dann die Spannung Null. Weicht jedoch die Anfangstemperatur von. der Raumtemperatur
ab, so ist ein Abgl.eich natürlich nur dann richtig durchzuführen" wenn der Temperaturfühler
3 auf die genannte An'Fangstemperatur gebracht wird. Da dies indessen auf praktische
Schwierigkeiten stößt, ist nach der h'rfindung
die Widerstandskombination
4-5 voT-gesehen, die mittels des Schalters?, an Stelle des Temperaturfühlers 3 eingeschaltet
-,verden kann.
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Für die Anfangstemperatur, beispielsweise also 35° C, wird in der
Fabrik der genaue Widerstandswert des Temperaturfühlers 3 ermittelt. Wird dann der
resultierende Widerstand der Kombination 4-5 auf den gleichen Widerstand eingestellt,
so kann die Brücke einwandfrei und ohne Schwierigkeit am Widerstand 6 für die Anfangstemperatur
abgeglichen werden, wenn der Schalter 2 sich in der gestrichelten Stellung befindet.
Dies Verfahren ist auch besonders -geeignet, die größe Streuung der Widerstandswerte
in der Herstellung der Temperaturfühler zu berücksichtigen.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kommt in erster Linie für Krankenhäuser,
Kliniken us.w., also für die ärztliche Praxis in Frage, da sie hier eine hygienisch
einwandfreie und zeitsparende Messung ermöglicht. Das Pflegepersonal zeigt nun erfahrungsgemäß
eine verständliche Scheu vor komplizierteren technischen Geräten. Die grundsätzlich
beschriebene Einrichtung muß daher in ihrer praktischen Ausführung sehr einfach
zu be-.dienen sein, wenn der gebotene technische Fortschritt auch nutzbar gemacht
werden soll. Deshalb sieht die Erfindung werter die folgenden, in den Abb. 2 und
3 dargestellten Einrichtungen vor.
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Das ganze Meßgerät soll praktisch aus einem vorzugsweise annähernd
hohlzylindrischen Gehäuse 25 bestehen, in das alle zu seinem Betrieb erforderlichen
Mittel, mit Ausnahme des Temperaturfühlers 3 eingebaut sind-. Wird an einer Stirnseite
das Anzeigeinstrument 16, xweckmäßigerweise mit Rundausschlag über beispielsweise
3i5°, eingebaut und an der gegenüberliegenden, kegelförmig abgestumpften Stirnfläche
eine Steckvorrichtung 22 für den einsteckbar ausgebildeten Temperaturfühler 3 angeordnet,
so gewinnt das Meßgerät nach Form und Größe das Aussehen einer Spritze, die gut
in der Hand liegt.
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Ist es schon aus Gründen der Hygiene wie einer bequemen Gesamtverpackung
geraten, .den Temperaturfühler vom übrigen Meß:gerät trennbar zu gestalten, so liegt
der Gedanke, den die Erfindung verwirklicht, nahe, die Steckvorrichtung 22 mit dem
Schalter 8 - so zu kombinieren, daß bei Einstecken des Temperaturfühlers 3 mittels
des Schalters 8 die Batterie 7 eingeschaltet wird. Sie liefert, wie aus Abb. i ersichtlich,
die Spannung zum Bttrieb der Brücke wie auch die Anodenspannung für die dargestellte
Endröhre 13. Duych Einstecken des Temperaturfühlers 3 wird somit das Meßgerät betriebsfertig
gemacht. Es ist ferner nach Ziehen von 3 selbsttätig außer Betrieb gesetzt. Kombiniert
man weiter nach einem Gedanken der Erfindung die Schaltersteckvorrichtung 8 bis
22 auch mit dem Umschalter 2 zum Umschalten des Temperaturfühlers 3 und bildet ihn
beispielsweise mittels eines Drehringes 24 bedienbar aus, so sind damit alle nur
gelegentlich zu bedienenden Schaltorgane in idealer Weise an der Spitze des Meßgerätes
vereinigt. Sieht man von der auch nur gelegentlich erforderlichen Bedienung des
justierwiderstandes 17 ab, so ist, nachdem das Meßgerät nach Einstecken des Temperaturfühlers
3 meßbereit ist, für seine Ablesung nur noch die Betätigung der beiden Umschalter
12 und 15 nötig. Sie soll nach der Erfindung etwa durch einen gemeinsamen Druckknopf
23 oder über ein Relais 18 erfolgen, um eine möglichst einfache Bedienung zu erreichen.
Da in dem zusammengefaßten Umschalter 12 bis 15 immerhin drei Federsätze umzuschalten
sind, wäre mittels der elektrischen Auslösung über einen einfachen Kontakt i9 eine
weitere Erleichterung der Bedienung herbeizuführen.