FI70645B - Foerfarande foer framstaellning av temperaturmaetningsanordningar - Google Patents

Description

_ __ ....PATENTTIJULKAISU nntAC

tCMH) PATENTSKRIFT 70645 (51) Kv.lki/Int.Cl!* G 01 K 7/22 (21) Patenttlhikemui — Patentansökning 800102 (22) Hakemispäivä — Ansöknlngsdag 1 4. 01.80 (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 1 4. 01.80 SUOMI — FINLAND (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 26.07.30 ,·>·« (44) Nähtäväksipanon ja kuul.julkalsun pvm.— 06.06.86 VV Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (45) Patentti myönnetty — Patent meddelat 24.09.86

Patentti- ja rekisterihallitus (86) Kv.hakemus — Int.ansökan

Patent-och registerstyrelsen (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 25.01 .79

Ruotsi-Sverige(SE) 7900673”0 (73) Crafon Aktiebolag, c/o AB Astra, Legal Department, Södertälje,

Ruots i-Sver i ge(SE) (72) Bo Hakan Hakansson, Lund, Ruotsi-Sverige(SE)

George W. Oettle, Woodbridge, New Jersey, USA(US) (74) Oy Koister Ab (54) Menetelmä lämpötilanmittauslaitteiden valmistamiseksi - Förfarande för framstä11 ning av temperaturmätningsanordningar

Keksinnön kohteena on menetelmä lämpötilanmittauslaittei-den valmistamiseksi, joilla laitteilla on yhtenäiset ominaisuudet ja jotka käsittävät vähintään ensimmäisen ja toisen lämpötilalle herkän sensorin, jolla kullakin on vähintään yksi mitattava sähköinen ominaisuus, joka vaihtelee lämpötilan funktiona, välineen ensimmäisen ja toisen sensorin välisen sähköisen kytkennän aikaansaamiseksi, sekä sensoreihin kytketyt sähköjohtimet, jotka on liitettävissä lukulaitteistoon mainitun ominaisuuden lämpötilaa vastaavan arvon lukemiseksi, jossa menetelmässä mainittu sähköinen ominaisuus mitataan usealle sensorille vähintään yhdessä lämpötilassa, jonka jälkeen suoritetaan sensorien välinen sähköinen kytkentä, joiden sensoreiden sähköisille ominaisuuksille on mitattu sellaiset arvot, että sensoreiden yhdistelmällä on yhteen kytkemisen jälkeen edeltäkäsin määrätty sähköistä ominaisuutta vastaava arvo.

Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetaan laitteisto, joka ensisijaisesti on tarkoitettu käytettäväksi lääketieteelliseen 2 70645 lämpötilanmittaukseen. Pyrkimyksenä on sen vuoksi tehdä menetelmä niin yksinkertaiseksi ja halvaksi, että sensori voidaan heittää pois käytön jälkeen, ts. sitä ei tarvitse käyttää uudelleen.

Samanaikaisesti laite on kuitenkin voitava valmistaa sellaisella tarkkuudella, että varmasti voidaan luottaa luettuihin arvoihin, joilla on erittäin suuri merkitys juuri lääketieteellisen käytön yhteydessä.

Ammattimiehelle on kuitenkin selvää, että keksinnön mukaista laitetta voidaan käyttää myös muissa yhteyksissä, esim. puhtaasti teollisen sovellutuksen yhteydessä, joissa halutaan yksinkertaista ja halpaa, mutta kuitenkin luotettavaa lämpötilan lukemista.

US-patentista 3 109 227 on tunnettu johdannon mukainen menetelmä. Tämän tunnetun menetelmän avulla on tarkoitus valmistaa lämpötilanmittauslaitteita, jotka toimivat suurella lämpötila-alueella, esimerkiksi -250°C - +1000°C, jolla alueella laitteilla on vastus-lämpötilakäyrä, joka melko tarkkaan vastaa ennalta määrättyä käyrää. Tämän saavuttamiseksi vastukset, jotka muodostuvat joukosta termistoreja, mitataan kahdessa lämpötilassa, jotka edullisesti sijaitsevat lämpötila-alueen molemmissa ääripäässä. Mitatut vastusarvot määritetään joka termistorille, jotka sijoitetaan yksitellen esimerkiksi suojuksen sisään, johon on merkitty kyseisen termistorin arvo. Tämän jälkeen valitaan osaksi joukko umpimähkäisestä valittuja termistoreja, osaksi termistorei-ta, jotka toisessa lämpötilassa, esimerkiksi matalassa lämpötilassa, yhdessä ensin valitun termistorin kanssa antaa yhdistelmälle vastusarvon, joka sijaitsee tietyn toleranssialueen sisällä. Tämän jälkeen selvitetään yhteensopivuus toisessa lämpötilassa ja viimeisessä ryhmässä olevista termistoreista valitaan yksi, joka yhdessä ensimmäiseksi valitun termistorin kanssa toisessa lämpötilassa antaa yhdistelmälle vastusarvon, joka on annetun toleranssi-alueen sisällä. Jatketaan kuvatulla tavalla kunnes kaikki tai niin moni termistori kuin mahdollista on saatettu pareiksi. Mikäli kysymyksessä on suuri lämpötila-alue, termistorien vastukset voidaan mitata useammassa kuin yhdessä lämpötilassa. On selvää, että tunnettu menetelmä on perinpohjainen ja erityisen aikaavievä, mistä syystä valmistetut lämpötilanmittauslaitteet muodostuvat verrattain kalliiksi.

3 70645

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada lämpötilanmittauslaitteiden valmistusmenetelmä, joita lämpötilan-mittauslaitteita käytetään erityisesti lääketieteellisessä lämpö-tilanmittauksessa, joka valmistusmenetelmä on niin helppo ja nopea, että laitteet on valmistettavissa hintaan, joka mahdollistaa kertakäytön.

Edellä mainittujen tavoitteiden saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että sähköinen ominaisuus mitataan suurelle joukolle sensoreita tietyssä lämpötilassa (esim. 38°C), ja että sensorit tämän perusteella jaetaan ryhmiin, jotka kukin käsittää sensoreita, joilla on sähköisen ominaisuuden suhteen tietty poikkeama, jonka jälkeen ilman lisämittausta suoritetaan sensorien välinen sähköinen kytkentä, jotka sensorit ovat sellaisista ryhmistä, että mainitun sähköisen ominaisuuden arvo, johon yhdistelmässä päädytään, tulee vastaamaan arvoa, johon päädytään kun vastaavasti kytketään yhteen kaksi sensoria, joilla on mainitut edeltäkäsin määrätyt arvot mainitussa lämpötilassa.

Lämpötilanmittauslaitteiden sähköisen ominaisuuden, esimerkiksi vastuksen mittaus, ja sitä seuraava lajitus ryhmiin mittaustulosten perusteella on suoritettavissa helposti ja nopeasti ja on omiaan automatisoitavaksi. Lajituksen jälkeen valitaan kaksi ryhmää, joiden sensorit sähköisessä kytkennässä antavat sensoreita, joiden sähköisen ominaisuuden arvo on ennalta asetetun arvon suuruinen, jonka jälkeen jokainen yhdessä ryhmässä oleva sensori ainoastaan on kytkettävä yhteen toisessa ryhmässä olevan mielivaltaisen sensorin kanssa. Näin ollen ei ole tarpeen arvioida yksittäisten sensoreiden tarkkoja mittausarvoja ja parittaa ne yhteen tämän perusteella. Esillä olevan keksinnön mukaiset sensorit ovat siten erityisen halpoja valmistaa ja sopivat erityisesti kertakäyttöisiksi. Tarvittava tarkkuus on saavutettavissa valitsemalla sopivan suuri määrä ryhmiä.

Keksinnön mukaiset sensorit ovat kytkettävissä sarjaan kahden sähkönjohtimen väliin sekä valittavissa siten, että niiden summa, joka muodostuu yhteenlasketuista poikkeamista ennalta-määrätystä arvosta saa ennaltamäärätyn arvon, esimerkiksi nolla.

Edellä mainitut sensorit muodostavat edullisesti kahdesta termistorista, jotka on kiinnitetty kuparikaivolle, kuten lähemmin kuvaillaan selityksessä myöhemmin.

4 70645 Näiden termistorien lajittelu tapahtuu tällöin edullisesti lämpötilakammiossa/ jonka lämpötila on vakiinnutettu esim. arvoon 38°C - 0,5°C tai mikäli mahdollista paremmin.

Näytteen resistanssin mittaus voi tapahtua virralla 300 ^uA, joka antaa komponentissa tehonkulutuksen n. 270 ^uW, joka on niin alhainen, että lämpötila ei mainittavasti kohoa.

Sama virta kulkee referanssitermistorin läpi, joka lämpenee silloin yhtä paljon. Tämä on sijoitettu, aivan sen kohdan läheisyyteen, josta näyte mitataan. Molempien termistorien välinen ero ratkaisee sitten, mihin lokeroon näyte asetetaan.

Esimerkiksi voidaan lajitella termistoreja, joiden vastus on 300011 , lokeroon, jonka leveys on 0,5 % (15-H-). Nämä termistorit yhdistetään sen jälkeen sarjakytkennässä, niin että niiden vastaavat resistanssit lasketaan yhteen. Esim. 6000-TLjn vastus saadaan kahdella resistanssilla, jotka ovat 3105 ja 2895, tai kahdella resistanssilla, jotka ovat juuri 3000-fL .

Tällä menetelmällä voidaan oleellisesti kaikkia termistoreja käyttää hyväksi, ts. hyötysuhde on 100 %.

Jos sen sijaan trimmataan, on vaikeaa päästä yli 80 % ja sitä paitsi saadaan komponentti, joka on mekaanisesti paljon heikompi .

Asentaminen voi sen jälkeen tapahtua siten, että kahden tyhjiöpinsetin avulla asetetaan termistori vastaavasta ryhmästä pienelle kuparikalvopalalle ja nämä juotetaan kiinni tähän. Molempia termistoreja voidaan sen jälkeen pitää yhtenä sensorina, kuten on myös tapahtunut seuraavassa selityksessä samalla tavalla kuin samanaikaisesti sisäänjätetyn saman hakijan patenttihakemuksen selityksessä.

Vaihtoehtoisesti voidaan termistorit kytkeä rinnankytkentään käyttäen hyväksi kaavaa 1 = 1 1 .

R Rj R2

Jos tällöin halutaan vastus, joka on 6000, voidaan tämä saada kytkemällä rinnan esim. vastus 12100,0-TL ja vastus 11901,6-CL .

Mittaamisen etuna referenssitermistoria käyttäen, joka voidaan sijoittaa välittömästi tutkitun termistorin läheisyyteen, on 5 70645 että lämpötilaa mittauskohdassa ei tarvitse pitää rajoissa - 0,05°, mikä muuten olisi ollut välttämätöntä lääketieteellistä lämpötilanmittausta varten riittävän tarkkuuden aikaansaamiseksi.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen laitteen edullista suoritusmuotoa, jolloin tiettyjä osia on murrettu pois eri materiaa-likerroksista.

Kuvio 2 esittää samaa laitetta sivulta nähtynä.

Kuvio 3 esittää laitteen etupään suurennusta.

Kuvio 4 esittää sen sensorin vaihtoehtoista muotoilua, jota käytetään kuvioiden 1-3 mukaisessa laitteessa.

Esimerkkinä esitetty laite käsittää siis lämpötilalle herkän sensorin, jota on kokonaisuudessaan merkitty numerolla 1 kuvioissa 1 ja 3 ja vastaavasti numerolla 1' kuviossa 4. Tämä sensori muodostuu kuvioiden 1-3 mukaisesti kahdesta termistorista 2 ja 3,jotka on yhdistetty toisiinsa välijohtimella 4. Kuviossa 4 on termistoreja sen sijaan merkitty numeroilla 2', ja vastaavasti 3', kun taas välijohtimen muodostaa kuparikaivo, jota on merkitty numerolla 4'. Kukin näistä termistoreista muodostaa siis sensorin siinä merkityksessä kuin tätä sanaa käytetään patenttivaatimuksissa, samanaikaisesti kun ne myös kokonaisuudessaan muodostavat sensorin, kuten käy ilmi seuraavasta selityksestä. Viite-merkinnöillä 2a' ja 2b1 merkitään tällöin ensimmäisen termistorin koskettimia, kun taas viitemerkinnöillä 3a' ja 3b' merkitään toisen termistorin koskettimia.

Molemmat termistorit 2 ja 3 on edelleen liitetty sähköjoh-timiin 5 ja vastaavasti 6. Kuvion 4 mukaisessa suoritusmuodossa liitetään vastaavat johtimet koskettimiin 2a' ja 3a'.

Molemmat sähköjohtimet 5 ja 6 on suljettu sisään kahden eristävän kerroksen 7 ja 8 väliin, joissa on toisiinsa nähden siirretyt reiät 9 ja vastaavasti 10 kyseisiä johtimia 6 ja vastaavasti 5 vastapäätä. Täten nämä johtimet 6 ja 5 paljastuvat reikien 9 ja 10 kautta.

Kummatkin eristävät kerrokset 7 ja 8 ovat edullisesti muovilla päällystettyä paperia, mikä helpottaa valmistusta, koska lämpökiinnitystä voidaan käyttää molempien kerrosten yhdistämiseksi toisiinsa ja muihin materiaaleihin. Samalla mahdollistuu keksinnön mukaisen laitteen käyttö kosteassa ympäristössä.

6 70645

Molemmissa eristävissä kerroksissa 7 ja 8 on edelleen toisiaan vastapäätä ja sensoria vastapäätä sijaitsevat reiät 11.

Sensori 1 ja tätä vastapäätä sijaitsevat reiät 11 on peitetty kahdella eristävällä ulkokerroksella 12 ja 13. Nämä ulkokerrokset on sovitettu ainoastaan laitteen etupäätä pitkin eivätkä ne siis peitä reikiä 9 ja 10.

Kuten parhaiten ilmenee kuviosta 1, on kummallakin sähkö-johtimella 5 ja 6 oleellisesti sama pituus kuin niillä kahdella pitkänomaisella eristävällä kerroksella 7 ja 8, joiden välissä ne sijaitsevat, jolloin sensori 1 sijaitsee lähellä sitä päätä, jota edellä ja seuraavassa on nimitetty laitteen etupääksi, kun taas toisiinsa nähden siirretyt reiät 9 ja 10 sijaitsevat eristävien kerrosten vastakkaisen pään läheisyydessä.

Molemmat eristävät ulkokerrokset 12 ja 13 ulottuvat siten kahden eristävän sisäkerroksen etupään yli, että ne eristävät myös näiden välissä sijaitsevien johtimien 5 ja 6 päät. Täten voidaan tämä etupää pyöristää, ilman että nämä johtimet paljastuvat.

Ensiksi valmistetaan yhdistetty sensori, joka muodostuu kahdesta termistorista, lajittelemalla ja yhdistelmällä kuten edellä on selitetty.

Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetun lämpötilan-mittauslaitteen tulee sisältää, kuten on mainittu, vähintään ensimmäinen ja toinen lämpötilasensori 2 ja 3 , jolla kullakin on mitattava sähköinen ominaisuus x ja y, joka vaihtelee lämpötilan funktiona. Keksinnön mukaisesti sähköinen ominaisuus mitataan suurelle joukolle sensoreita ja mittaustulokset käytetään yhdistämään sensoreita lämpötilanmittauslaitteita varten, joilla laitteilla on tietty haluttu arvo sähköisen ominaisuuden suhteen. Tarkemmin sanottuna kunkin sensorin sähköinen ominaisuus mitataan ainoastaan yhdessä lämpötilassa, esimerkiksi 38°C, kun mittauslaitetta käytetään mittamaan kehon lämpötilaa lämpötila-alueella 35-42°C, ja mitattuja arvoja x^, x^, x^...y^, y^r y^·.· käytetään sensoreiden 2 ja 3 jakamiseksi ryhmiin, joka kukin sisältää sensoreita, joilla on tietty poikkeama Δχ^,Δχ^,Δ x^... ja Δ y^ ,L· y^, Δ y^... tie 7 70645 tystä ennalta määrätystä arvosta xq ja y . Jokainen ryhmä voi sisältää hyvin suuren määrän sensoreita- Jokaisen mittauslaitteen valmistamiseksi yhdistetään sensoreita tällaisista ryhmistä ja ne yhdistetään siten, että sensorin sähköisen ominaisuuden arvo tulee samaksi kuin arvo, joka saadaan kun samalla tavalla kytketään yhteen sensoreita, joilla on ennalta määrätyt arvot xq ja y . Käyttämällä riittävän monta ryhmää voidaan saavuttaa se, että ryhmässä oleva mikä tahansa sensori voidaan kytkeä yhteen toisen ryhmän minkä tahansa sensorin kanssa mittauslaitteen aikaansaamiseksi, jolla laitteella, määrätyn toleranssin puitteissa on haluttu arvo sähköisen ominaisuuden suhteen.

xQ voi olla sama kuin y . Kytkettäessä sensorit sarjaan voi lisäksi olla voimassa, että Δχ^=-Δ y^, Δ χ^ = -Δγ^ . . . . Ryhmään kuuluvien mielivaltaisen poikkeaman Axn omaavan sensorin sarjakyt-kentä mielivaltaisen poikkeamanΔγ^ omaavan sensorin kanssa johtaa tällöin aina mittauslaitteeseen, jonka sähköisen ominaisuuden arvo on x + y = 2x =2y . Vaikka ei olekaan yhtä selvää, niin vastaavan-tapaista pätee, mikäli käytetään toista kytkemistapaa kuin suoja-kytkentää, ja mikäli arvo xq poikkeaa arvosta. yQ ja mikäli mainittu yhteys poikkeamien Δχ jaΔy suhteen ei päde.

Claims (4)

8 70645

1. Menetelmä lämpötilanmittauslaitteiden valmistamiseksi, joilla laitteilla on yhtenäiset ominaisuudet ja jotka käsittävät vähintään ensimmäisen ja toisen lämpötilalle herkän sensorin (2,3), jolla kullakin on vähintään yksi mitattava sähköinen ominaisuus (x,y), joka vaihtelee lämpötilan funktiona, välineen (4) ensimmäisen ja toisen sensorin (2,3) välisen sähköisen kytkennän aikaansaamiseksi, sekä sensoreihin (2,3) kytketyt sähköjohtimet (5,6), jotka on liitettävissä lukulaitteistoon mainitun ominaisuuden lämpötilaa vastaavan arvon lukemiseksi, jossa menetelmässä mainittu sähköinen ominaisuus (x,y) mitataan usealle sensorille vähintään yhdessä lämpötilassa, jonka jälkeen suoritetaan sensorien välinen sähköinen kytkentä, joiden senso-reiden sähköisille ominaisuuksille on mitattu sellaiset arvot, että sensoreiden yhdistelmällä on yhteen kytkemisen jälkeen edeltäkäsin määrätty sähköistä ominaisuutta vastaava arvo, tunnet-t u siitä, että sähköinen ominaisuus (x,y) mitataan suurelle joukolle sensoreita (2,3) tietyssä lämpötilassa (esim. 38°c), ja että sensorit tämän perusteella jaetaan ryhmiin, jotka kukin käsittää sensoreita, joilla on sähköisen ominaisuuden suhteen tietty poikkeama (Δχ.^ ,Δχ·2 , Δχ·3 . .. »Ay^^ ,Ay2 y^ .. .) , jonka jälkeen ilman lisämittausta suoritetaan sensorien (2,3) välinen sähköinen kytkentä, jotka sensorit ovat sellaisista ryhmistä, että mainitun sähköisen ominaisuuden (esim. x^ + y^) arvo, johon yhdistelmässä päädytään, tulee vastaamaan arvoa (esim. xq + y ), johon päädytään kun vastaavasti kytketään yhteen kaksi sensoria (2,3), joilla on mainitut edeltäkäsin määrätyt arvot (xQ,yo) mainitussa lämpötilassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sensorit kytketään rinnan ja valitaan siten, että ne täyttävät kaavan 1 = 1 + 1 + 1··· R R1 R2 R3

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että sensorit (2,3 tai 2',3') kytketään sarjaan mainit- 70645 9 tujen sähköisten johtimien (5,6) väliin sekä valitaan siten, että summalla, joka muodostuu laskemalla yhteen poikkeamat edeltäkäsin määrätyistä arvoista, on edeltäkäsin määrätty arvo, esimerkiksi nolla.

4. Jonkun tai joidenkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sensorien mainitun ominaisuuden mittaus tapahtuu vertaamalla referenssisensoriin, joka sijoitetaan mittauksessa olevan sensorin läheisyyteen ja saatetaan alttiiksi olennaisesti samoille olosuhteille kuin tämä. ίο 706 4 5