JP2013190282A - 電子体温計 - Google Patents

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Abstract

【課題】計測精度を低下させることなく消費電力を低減した電子体温計を提供する。
【解決手段】電子体温計1は、測温抵抗体20を含む発振回路を有する温度計測部32と、前記発振回路を一定の時間間隔で間欠的に駆動し、前記発振回路から出力される信号の周波数に基づいて温度値を算出する制御部30と、を備え、前記制御部30は、前記発振回路の間欠駆動における駆動時間を変更可能に構成されており、計測開始から完了までの期間において、前記駆動時間が計測完了時に比べて短時間である期間を有する。
【選択図】図5

Description

本発明は電子体温計に関する。
サーミスタなどの測温抵抗体を含むCR発振回路を用い、その発振周波数に基づいて温度を計測する温度計が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載された温度計においては、CR発振回路が一定の時間間隔で間欠的に駆動され、温度が一定の時間間隔でサンプリングされる。それにより、消費電力の低減が図られている。
また、特許文献2に記載された温度計においては、計測される温度の変化に応じてサンプリング間隔が変更され、温度変化が大きい際にはサンプリング間隔が短縮され、一方、温度変化が小さい際にはサンプリング間隔が延長される。それにより、消費電力の低減が図られている。
特開昭59−97026号公報 特開平10−160591号公報
電子体温計は、典型的にはボタン電池やコイン電池などの小型電池により、その動作電力が賄われている。よって、電子体温計においては、消費電力の低減が要請される。
電子体温計において、特許文献2に記載された温度計のように、計測温度の変化に応じてサンプリング間隔が変更されると、温度値の表示が更新されるタイミングも変わり、使用者を困惑させる虞がある。例えば、サンプリング間隔が延長されることにより、温度値の表示が比較的長時間にわたって更新されないといった事態が生じ、適切に計測がなされているのか否かといった不安を使用者に抱かせる虞がある。
また、実測式の電子体温計においては、熱的に平衡な状態となったことを検出して計測を完了するが、特許文献2に記載された温度計におけるサンプリング間隔の変更様式に従うと、平衡状態に近づくにつれてサンプリング間隔が延長されることになり、平衡状態の検出や計測精度に影響を及ぼす虞がある。
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、計測精度を低下させることなく消費電力を低減した電子体温計を提供することを目的としている。
測温抵抗体を含む発振回路を有する温度計測部と、前記発振回路を一定の時間間隔で間欠的に駆動し、前記発振回路から出力される信号の周波数に基づいて温度値を算出する制御部と、を備え、前記制御部は、前記発振回路の間欠駆動における駆動時間を変更可能に構成されており、計測開始から完了までの期間において、前記駆動時間が計測完了時に比べて短時間である期間を有する電子体温計。
本発明によれば、計測精度を低下させることなく消費電力を低減することができる。
本発明の実施形態を説明するための、電子体温計の一例を示す斜視図である。 図1の電子体温計を分解して示す斜視図である。 図1の電子体温計の機能ブロック図である。 図1の電子体温計の温度計測部の回路ブロック図である。 体温計測における温度値の変化曲線と共に図4の温度計測部の発振回路から出力される信号波形の一例を示すグラフである。 体温計測における温度値の変化曲線と共に図4の温度計測部の発振回路から出力される信号波形の他の例を示すグラフである。 体温計測における温度値の変化曲線と共に図4の温度計測部の発振回路から出力される信号波形の他の例を示すグラフである。 体温計測における温度値の変化曲線と共に図4の温度計測部の発振回路から出力される信号波形の他の例を示すグラフである。
図1及び図2は、本発明の実施形態を説明するための、電子体温計の一例を示す。
電子体温計1は、ケース2と、ケース2に収納される機能部3及び電池4とを備えている。
ケース2は、先細の中空筒状に形成された本体部10と、本体部10の細側の先端側の開口を閉塞するキャップ11と、本体部10の基端側の開口を閉塞するキャップ12とで構成されている。
機能部3は、詳細は後述するが、使用者の体温を検出する測温抵抗体20と、使用者による電源入断等の操作を受け付ける操作部33や計測温度等を表示する表示部34などが実装されたサブアセンブリ21とで構成されている。
電池4は、ケース2の本体部10の基端部内に装填される。本体部10の基端側開口を閉塞するキャップ12は、本体部10の基端部内に装填された電池4を保持する。
電子体温計1は、ケース2における本体部10の先端部側を使用者の腋下又は舌下などに挟み込まれて使用され、本体部10の先端側開口を閉塞するキャップ11は使用者に密接する。キャップ11は、例えばステンレス合金などの熱伝導性に優れる金属材料を用いて有底筒状に形成されている。
なお、本体部10やキャップ12は、例えば熱可塑性の硬質な樹脂材料を用いて射出成形により形成される。本体部10やキャップ12に用いられる樹脂材料としては、ABS(アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン共重合体)樹脂などを例示することができる。
測温抵抗体20は、キャップ11内に配置され、リード線22を介してサブアセンブリ21に接続されている。使用者の体温は、熱エネルギーとして、キャップ11を介して測温抵抗体20に伝達される。
本例の電子体温計1において、測温抵抗体20にはサーミスタが用いられている。なお、測温抵抗体20には、白金測温抵抗体なども用いることができる。
図3は、機能部3の構成を示す。
機能部3は、制御部30、記憶部31、温度計測部32、報知部35、電源部36、そして、上記の操作部33及び表示部34に大別される。
制御部30は、例えばCPU(Central Processing Unit)により構成され、機能部3の各部の動作を制御する。
記憶部31は、例えばROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)により構成される。記憶部31は、体温の計測処理を制御部30に実行させるためのプログラムを記憶している。
温度計測部32は、詳細は後述するが、測温抵抗体20を含んで構成され、使用者の体温を計測する。
操作部33は、例えば押し釦式のスイッチにより構成され、使用者による電源入断などの操作を受け付け、操作に応じて制御信号を制御部30及び電源部36に入力する。
表示部34は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)により構成され、計測された温度値などを表示する。
報知部35は、例えばブザーにより構成され、使用者の操作を受け付けたことや計測が終了したことなどを使用者に知らせる。
電源部36は、電池4を含んで構成され、制御部30や温度計測部32などの機能部3の各部に動作電力を供給する。
以上の、制御部30、記憶部31、温度計測部32、操作部33、表示部34、報知部35、電源部36は、電池4及び測温抵抗体20を除き、サブアセンブリ21(図2参照)に実装されている。
図4は、温度計測部32の構成を示す。
本例において、温度計測部32は、測温抵抗体20を負荷抵抗とするCR発振回路を用いて使用者の体温を計測する。制御部30は、このCR発振回路から出力される信号の周波数(発振周波数)に基づいて温度値を算出する。
以下に、CR発振回路の発振周波数に基づく温度計測の原理について説明する。
CR発振回路の発振周波数fは、次式(1)により表される。
Figure 2013190282
なお、式(1)において、Cはコンデンサの容量値を、Rは測温抵抗体20の抵抗値を、kは比例定数をそれぞれ示す。
本例において、測温抵抗体20にはサーミスタが用いられており、その抵抗値Rと、温度T[k]との関係は、次式(2)により表される。
Figure 2013190282
なお、式(2)において、Rは温度がT[k]であるときのサーミスタの抵抗値を示し、Bはサーミスタ定数を示す。
式(1)及び式(2)から、温度T[k]は、次式(3)により表される。
Figure 2013190282
なお、式(3)においてfは、温度がT[k]であるときの発振周波数を示す。
式(3)より、CR発振回路の発振周波数に基づいて測温抵抗体20の温度を算出することができる。
温度計測部32は、測温抵抗体20と、基準抵抗体42と、コンデンサ43と、発振制御回路44と、スイッチ素子45,46と、カウンタ47とで構成されている。
スイッチ素子45は測温抵抗体20と発振制御回路44との間に,またスイッチ素子46は基準抵抗体42と発振制御回路44との間にそれぞれ介装されており、制御部30により開閉される。制御部30は、測温抵抗体20及び基準抵抗体42のいずれか一方が選択的に発振制御回路44に接続されるように、スイッチ素子45,46を開閉する。
スイッチ素子45,46の開閉によって、測温抵抗体20及びコンデンサ43並びに発振制御回路44からなるCR発振回路(以下、センサ発振回路という)、又は基準抵抗体42及びコンデンサ43並びに発振制御回路44からなるCR発振回路(以下、基準発振回路という)が構成される。
センサ発振回路及び基準発振回路の各々は、制御部30から発振制御回路44に入力される制御信号によって、一定の時間間隔で間欠的に交互に駆動される。そして、これらの発振回路から出力される信号はカウンタ47に入力され、その電位レベルの変化におけるピーク数がカウントされる。カウンタ47によりカウントされたピーク数は、制御部30に取り込まれる。
以上の構成において、まず、制御部30は、基準発振回路を駆動し、基準発振を行う。制御部30は、カウンタ47によりカウントされるピーク数が規定回数に達するまで基準発振回路の駆動を継続し、その際の駆動時間をカウントする。
制御部30は、基準発振回路から出力される信号のピーク数が規定回数に達したところで、基準発振回路の駆動を停止する。次いで、制御部30は、所定の時間間隔をおいてセンサ発振回路を駆動し、センサ発振を行う。このセンサ発振において、制御部30は、直前の基準発振における基準発振回路の駆動時間と同じ時間だけセンサ発振回路を駆動する。
制御部30は、センサ発振回路を駆動している期間内にセンサ発振回路から出力された信号のピーク数をカウンタ47から取得し、取得したピーク数と、センサ発振回路の駆動時間とから、センサ発振回路の発振周波数を算出する。
センサ発振回路と基準発振回路とでは、実質的にCR発振回路を構成する負荷抵抗が異なるだけである。そこで、上述の通り基準発振回路を用いてセンサ発振回路の駆動時間を設定することにより、例えばコンデンサ43や発振制御回路44などの温度特性といった誤差要因を排除することができ、温度との関係においてセンサ発振回路の発振周波数を精度良く算出することができる。
そして、制御部30は、算出したセンサ発振回路の発振周波数に基づいて、測温抵抗体20の温度値を算出し、算出した温度値で表示部34の表示を更新する。
センサ発振回路の発振周波数に基づく温度の算出は、例えば、式(3)に表される自然対数を使用した演算によって行うことができる。また、予め発振周波数と温度との関係を取得し、この発振周波数の温度特性をルックアップテーブルとして記憶部31に記憶させておき、このルックアップテーブルを参照することによって行うこともできる。
制御部30は、体温の計測を完了するまで、一定の時間間隔で間欠的に基準発振及びセンサ発振を交互に繰り返し行い、一定の時間間隔で温度値をサンプリングして表示部34の表示を更新する。
センサ発振及び基準発振を間欠的に行うことにより、消費電力を低減することができる。また、一定の時間間隔で温度値をサンプリングして表示部34の表示を更新するので、使用者を困惑させることもない。
図5は、体温計測における温度値の変化曲線、及び基準発振回路及びセンサ発振回路から出力される信号波形の一例を示す。
サンセ発振回路の発振周波数の算出精度は、センサ発振回路の駆動時間の影響を受け、典型的には、駆動時間が長くなるほどに発振周波数の算出精度が高まり、ひいては体温の計測精度が高まる。特に、センサ発振回路の駆動時間と、その期間にセンサ発振回路から出力される信号のピーク数とから発振周波数を算出する場合に、駆動時間が発振周波数の算出精度に及ぼす影響は顕著となる。
例えば、センサ発振回路を時間tだけ駆動するものとして、その期間にセンサ発振回路から出力される信号のピーク数について、測温抵抗体20の温度が37.0℃のときに10000カウント、36.0℃のときに9600カウントであったとする。その場合に、分解能は0.0025℃((37.0−36.0)/(10000−9600))となる。
センサ発振回路の駆動時間を2tとすると、その期間にセンサ発振回路から出力される信号のピーク数は、測温抵抗体20の温度が37.0℃のときに20000カウント、36.0℃のときに19200カウントとなり、分解能は0.0013℃((37.0−36.0)/(20000−19200))となる。
一方で、センサ発振回路の駆動時間が長くなるほどに消費電力は増加する。
そこで、本例の電子体温計1においては、体温の計測開始から計測完了までの期間において、センサ発振回路の駆動時間が適宜変更され、その駆動時間が計測完了時における駆動時間に比べて短時間となる期間が設けられる。なお、計測完了時のセンサ発振回路の駆動時間とは、計測期間内において最後に行われたセンサ発振回路の駆動時間である。
上述した体温の計測処理において、センサ発振回路の駆動時間は基準発振回路から出力される信号のピーク数が規定回数に達するまでの基準発振回路の駆動時間とされており、制御部30は、基準発振回路の出力信号のピーク数に対して設定される規定回数を適宜変更することにより、センサ発振回路の駆動時間を変更可能に構成されている。
体温の計測が実測式で行われる場合には、使用者と電子体温計1との間で熱的に平衡な状態が形成されたことをもって計測を完了する。熱的に平衡な状態が形成されたか否かは制御部30により判定される。制御部30は、例えば一定の時間間隔でサンプリングする温度値の増減や変化率(絶対値)に対して所定の閾値を用い、増減や変化率が閾値よりも小さい場合に、平衡状態が形成されたものと判定する。
平衡状態が形成されたか否かの判定を高精度に行うには、細かな分解能が必要となる。そのため、平衡状態ないし準平衡状態が形成される計測の終期においては、センサ発振回路の駆動時間を比較的長くとることが好ましい。
一方で、計測の初期においては計測の終期ほどには分解能を必要としないから、センサ発振回路の駆動時間を比較的短くしても支障はない。
図5に示す例は、計測開始からの経過時間に基づいてセンサ発振回路の駆動時間を変更するものである。
制御部30は、計測開始からの経過時間をカウントし、経過時間が所定の閾値tthを超えているか否かを判定してセンサ発振回路の駆動時間を変更する。経過時間に対する閾値は、使用者と電子体温計1との間で熱的に平衡な状態が形成されるまでに要する時間が概ね腋下で10分程度であり、舌下で5分程度であることを考慮して、例えば2〜3分とすることができる。
経過時間が閾値以下であるとき(計測の初期)には、センサ発振回路の駆動時間はtとされ、経過時間が閾値を超えているとき(計測の終期)には、センサ発振回路の駆動時間は、初期における駆動時間tよりも長いtとされる。
このように、計測の初期において、センサ発振回路の駆動時間を計測の終期(計測完了時)の駆動時間よりも短時間とすることにより、消費電力を低減することができる。
そして、計測の終期においてセンサ発振回路の駆動時間を長くすることにより、分解能を高め、体温の計測精度を高めることができる。
図6は、体温計測における温度値の変化曲線、及び基準発振回路及びセンサ発振回路から出力される信号波形の他の例を示す。
図6に示す例は、体温計測において温度値が典型的には単調に増加することから、温度値に基づいてセンサ発振回路の駆動時間を変更するものである。
制御部30は、計測開始から一定の時間間隔で温度値をサンプリングし、温度値Tが所定の閾値Tthを超えたか否かを判定してセンサ発振回路の駆動時間を変更する。温度値に対する閾値Tthは、室温が概ね25℃程度、人体の平熱が概ね36℃程度であることを考慮して、例えば30℃とすることができる。
温度値Tが閾値Tth以下であるとき(計測の初期)には、センサ発振回路の駆動時間はtとされ、温度値Tが閾値Tthを超えているとき(計測の終期)には、センサ発振回路の駆動時間は、初期における駆動時間tよりも長いtとされる。
温度値Tに基づいてセンサ発振回路の駆動時間を変更するようにすれば、図5に示す経過時間に基づいてセンサ発振回路の駆動時間を変更する場合に比べて、より適切なタイミングで駆動時間を変更し、消費電力の更なる低減を図ることができる。
熱的に平衡な状態が形成されるまでに要する時間(計測期間)は、例えば使用者と電子体温計1との接触状態によって変動するが、温度値に対する所定の閾値によって駆動時間を変更するタイミングを定めるようにすれば、計測期間の変動に応じて、駆動時間を変更するタイミングを変化させることができる。
図7は、体温計測における温度値の変化曲線、及び基準発振回路及びセンサ発振回路から出力される信号波形の他の例を示す。
図7に示す例は、体温計測において温度値が典型的には対数関数的に単調に増加し、一定の時間間隔でサンプリングされる温度値の差分が漸減することから、温度値の差分に基づいてセンサ発振回路の駆動時間を変更するものである。
制御部30は、計測開始から一定の時間間隔で温度値をサンプリングし、温度値の差分ΔTが所定の閾値ΔTthを超えているか否かを判定してセンサ発振回路の駆動時間を変更する。
温度値の差分ΔTが閾値ΔTth以上であるとき(計測の初期)には、センサ発振回路の駆動時間はtとされ、温度値の差分ΔTが閾値ΔTth未満であるとき(計測の終期)には、センサ発振回路の駆動時間は、初期における駆動時間tよりも長いtとされている。
図8は、体温計測における温度値の変化曲線、及び基準発振回路及びセンサ発振回路から出力される信号波形の他の例を示す。
図8に示す例は、体温計測において温度値が典型的には対数関数的に単調に増加し、一定の時間間隔でサンプリングされる温度値の単位時間あたりの変化率が漸減することから、温度値の変化率に基づいてセンサ発振回路の駆動時間を変更するものである。
制御部30は、計測開始から一定の時間間隔で温度値をサンプリングし、温度値の変化率dTが所定の閾値dTthを超えているか否かを判定してセンサ発振回路の駆動時間を変更する。
温度値の変化率dTが閾値dTth以上であるとき(計測の初期)には、センサ発振回路の駆動時間はtとされ、温度値の変化率dTが閾値dTth未満であるとき(計測の終期)には、センサ発振回路の駆動時間は、初期における駆動時間tよりも長いtとされている。
温度値の差分ΔTないし変化率dTに基づいてセンサ発振回路の駆動時間を変更するようにすれば、図6に示す温度値Tに基づいてセンサ発振回路の駆動時間を変更する場合に比べて、より適切なタイミングで駆動時間を変更し、消費電力の更なる低減を図ることができる。
熱的に平衡な状態における温度値は、例えば使用者間の個人差や使用者の状態によって変動するが、温度値の差分ΔTや変化率dTに対する閾値によって駆動時間を変更するタイミングを定めるようにすれば、平衡な状態における温度値の変動に応じて、駆動時間を変更するタイミングを変化させることができる。
なお、図5から図8に示す例では、いずれも一つの閾値を用いて計測期間を初期と終期とに区分し、センサ発振回路の駆動時間を初期(t)と終期(t)とで変更しているが、複数の閾値を用いて計測期間を3以上に区分し、駆動時間をより細かく変更するようにしてもよい。
複数の閾値を用いて計測期間を3以上に区分する場合に、例えば、計測の初期から終期に向けて駆動時間が次第に長くなるようにしてもよいし、計測の初期及び終期においては駆動時間を長くし、計測の中期における駆動時間を短くしてもよい。
また、図5から図8に示す例では、いずれも計測期間を初期及び終期に区分し、初期及び終期の各々においては駆動時間を一定として、初期から終期に遷移する際にステップ的に駆動時間を変更しているが、例えば、経過時間や、一定の時間間隔でサンプリングされる温度値や温度値の差分ないし変化率を変数とする所定の演算を行って、それらの変数に基づいて連続的に駆動時間を変更するようにしてもよい。
また、体温の計測が実測式で行われる場合について説明したが、予測式で行われる場合についても、計測期間において、センサ発振回路の駆動時間が計測完了時における駆動時間に比べて短時間となる期間を設けることにより、計測精度を低下させることなく消費電力を低減することができる。
体温の計測が予測式で行われる場合には、熱的に平衡な状態が形成される前に計測を完了し、体温は、計測期間にサンプリングされた温度値の変化曲線に基づいて、所定の演算により予測される。
体温の予測を高精度に行うには、温度値の変化曲線を高精度に取得する必要があり、特に計測の終期における温度値の変化曲線の精度が重要である。そこで、計測の終期においては、センサ発振回路の駆動時間を長くして分解能を高め、計測の初期においては、センサ発振回路の駆動時間を計測の終期(計測完了時)の駆動時間よりも短時間とすれば、計測精度を低下させることなく消費電力を低減することができる。
また、予測式での計測を完了した後に実測式での計測に移行する場合に、実測式に移行してからの期間を新たな計測期間として、その計測期間において、上述の通り、センサ発振回路の駆動時間が計測完了時における駆動時間に比べて短時間となる期間を設けるようにしてもよい。それによれば、消費電力を更に低減することができる。
以上、説明したように、本明細書には以下の事項が開示されている。
(1) 測温抵抗体を含む発振回路を有する温度計測部と、前記発振回路を一定の時間間隔で間欠的に駆動し、前記発振回路から出力される信号の周波数に基づいて温度値を算出する制御部と、を備え、前記制御部は、前記発振回路の間欠駆動における駆動時間を変更可能に構成されており、計測開始から完了までの期間において、前記駆動時間が計測完了時に比べて短時間である期間を有する電子体温計。
(2) 上記(1)の電子体温計であって、前記制御部は、前記駆動時間と、該駆動時間内に前記発振回路から出力される信号のピーク数とから、前記発振回路から出力される信号の周波数を算出する電子体温計。
(3) 上記(1)又は(2)の電子体温計であって、前記制御部は、計測開始からの経過時間に基づいて前記駆動時間を変更する電子体温計。
(4) 上記(1)又は(2)の電子体温計であって、前記制御部は、算出した温度値に基づいて前記駆動時間を変更する電子体温計。
(5) 上記(1)又は(2)の電子体温計であって、前記制御部は、算出した温度値と前回駆動時に算出された温度値との差分に基づいて前記駆動時間を変更する電子体温計。
(6) 上記(1)又は(2)の電子体温計であって、前記制御部は、算出した温度値の単位時間当たりの変化率に基づいて前記駆動時間を変更する電子体温計。
1 電子体温計
2 ケース
3 機能部
4 電池
10 本体部
11 キャップ
12 キャップ
20 測温抵抗体
21 サブアセンブリ
22 リード線
30 制御部
31 記憶部
32 温度計測部
33 操作部
34 表示部
35 報知部
36 電源部
42 基準抵抗体
43 コンデンサ
44 発振制御回路
45 スイッチ素子
46 スイッチ素子
47 カウンタ

Claims (6)

  1. 測温抵抗体を含む発振回路を有する温度計測部と、
    前記発振回路を一定の時間間隔で間欠的に駆動し、前記発振回路から出力される信号の周波数に基づいて温度値を算出する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記発振回路の間欠駆動における駆動時間を変更可能に構成されており、
    計測開始から完了までの期間において、前記駆動時間が計測完了時に比べて短時間である期間を有する電子体温計。
  2. 請求項1に記載の電子体温計であって、
    前記制御部は、前記駆動時間と、該駆動時間内に前記発振回路から出力される信号のピーク数とから、前記発振回路から出力される信号の周波数を算出する電子体温計。
  3. 請求項1又は2に記載の電子体温計であって、
    前記制御部は、計測開始からの経過時間に基づいて前記駆動時間を変更する電子体温計。
  4. 請求項1又は2に記載の電子体温計であって、
    前記制御部は、算出した温度値に基づいて前記駆動時間を変更する電子体温計。
  5. 請求項1又は2に記載の電子体温計であって、
    前記制御部は、算出した温度値と前回駆動時に算出された温度値との差分に基づいて前記駆動時間を変更する電子体温計。
  6. 請求項1又は2に記載の電子体温計であって、
    前記制御部は、算出した温度値の単位時間当たりの変化率に基づいて前記駆動時間を変更する電子体温計。
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