SU1719927A1 - Электронный медицинский термометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к приборостроению , в маетности к средствам измерени  температуры. Целью изобретени   вл етс  уменьшение погрешности измерени  температуры и упрощение устройства. Термометр содержит тем- пературно-зависимый резонатор 1 и температурно-стабильный резонатор 3, св занные с кварцевыми генераторами 2 и Ц, схемы 5 Ю сравнени , коммутатор 6, счетчик 7 с дешифратором, индикатор 8, счетчики 9, 12, 15, 16, делитель 13, усилитель 17, звуковой сигнализатор 18 и стартовый элемент 19. 2 ил.

Description

со

ic

5

фигЛ

J 1719927

Изобретение относитс  к приборостроению , в частности к средствам измерени  температуры дл  нужд здравоохранени .,

Известен медицинский термометр, содержащий емкость и отсчетную трубку , св занные между собой и частично заполненные ртутью. Трубка жестко св зана со шкалой. Конструкци  ю позвол ет определ ть температуру тела пациента, не отнима  прибор от точки измерени .

Недостатками устройства  вл ютс  экологическа  опасность, так как в 15 нем используетс  ртуть, и недостаточна  точность, так как отсчет производитс  на глаз, по положению ртутного мениска относительно шкалы.

Наиболее близким к предлагаемому 20  вл етс  электронный медицинский термометр, содержащий два кварцевых генератора с вынесенными пьезоэлектрическими кристаллами и схему обравым генератором 2 и температурно-ста- бильный резонатор 3, св занный с вторым кварцевым генератором k. На фиг.1 показаны также перва  схема 5 сравнени , коммутатор 6, двоично-дес тичный счетчик 7 с дешифратором, индикатор 8, первый счетчик 9, втора  схема 10 сравнени , формирователь 11 цикла измерени , второй счетчик 12, делитель 13 формирователь 14 временного интервала между смежными измерени ми, третий и четвертый счетчики 15 и 16, усилитель 17, звуковой сигнализатор 18, стартовый элемент.- пускова  кнопка 19.

Работа термометра основана на сравнении частот двух генераторов - опорного k и температурно-зависимо- го 2. Частота опорного генератора стабилизирована кварцевым резонатором типа РК-206 и имеет высокую стабильность на частоте 32768 Гц во всем диапазоне измер емых температур. Чаботки сигнала, котора  включает сред- 25 стота температурно-зависимого генераства дл  периодического измерени  температуры, сравнени , подсчета и давлени  числа импульсов, дл  коммутации , прин ти  решений и цифровой индикации результатов измерени . 30

Недостатками прототипа  вл ютс  . излишн   сложность, обусловленна  заложенным в приборе алгоритмом оценки результатов измерени  и определени  окончани  процесса измерени , 35 большие габариты, обусловленные наличием трехступенчатой индикации результатов измерени .

Цель изобретени  - упрощение конструкции и уменьшение габаритов уст- 40 ройства при повышении точности измерений.

Цель достигаетс  за счет размещени  устройства в корпусе, соответсттора 2 измен етс  по линейному закону благодар  использованию температу но-зависимого кварцевого резонатора 1 типа РКТ-206 с чувствительностью 1,9-2,1 Гц/°С.

Устройство содержит два аналогичных генератора 2 и k. Частоты-резонаторов 1 и 3 отличаютс  на некоторую величину, определ емую диапазоном изменени  параметра. Причем резо натор 1 представл ет собой температу но-зависимый кварцевый измерительный преобразователь. На схему 5 сравнени  поступают частоты F0 и (t°). Сигнал разностной частоты AF подаетс  на коммутатор 6. С помощью делите л  13 формируютс  сигналы с часто а- ми 1; 2; 102 Гц. Формирователь 14 формирует интервал времени измеревующем по форме корпусу обычного ртут-tf ни равный 5 с, и управл ет формирователем 11 цикла, который, в свою очередь, с помощью коммутатора 6 под ключает выход схемы 5 сравнени  к вх дам счетчиков 9 и 12 с коэффициентом пересчета и двоично-дес тичного счетчика с дешифратором 7. Выходы его соединены с трехразр дным семисегментным индикатором 8. Состо ние счетчиков 9 и 12 сравниваетс  схемой 10 сравнени . При равенстве кодов счетчиков 9 и 12 на выходе 10 по вл ютс  импульсы, количество которых подсчитываетс  счетчи ком 15. Сигнал с выхода счетчика 15

ного медицинского термометра, с выносом температурно-зависимого резонатора в утонченную часть корпуса, выполненную из материала с высоким коэффициентом теплопередачи, и за счет расположени  в корпусе автономной схемы обработки сигналов.

На фиг. 1 изображена схема прибора; на фиг. 2 - структурна  схема блока обработки.

Электронный медицинский термометр содержит температурно-зависимый резонатор 1 , св занный с первым кварцевым генератором 2 и температурно-ста- бильный резонатор 3, св занный с вторым кварцевым генератором k. На фиг.1 показаны также перва  схема 5 сравнени , коммутатор 6, двоично-дес тичный счетчик 7 с дешифратором, индикатор 8, первый счетчик 9, втора  схема 10 сравнени , формирователь 11 цикла измерени , второй счетчик 12, делитель 13 формирователь 14 временного интервала между смежными измерени ми, третий и четвертый счетчики 15 и 16, усилитель 17, звуковой сигнализатор 18, стартовый элемент.- пускова  кнопка 19.

Работа термометра основана на сравнении частот двух генераторов - опорного k и температурно-зависимо- го 2. Частота опорного генератора стабилизирована кварцевым резонатором типа РК-206 и имеет высокую стабильность на частоте 32768 Гц во всем диапазоне измер емых температур. Чатора 2 измен етс  по линейному закону благодар  использованию температурно-зависимого кварцевого резонатора 1 типа РКТ-206 с чувствительностью 1,9-2,1 Гц/°С.

Устройство содержит два аналогичных генератора 2 и k. Частоты-резонаторов 1 и 3 отличаютс  на некоторую величину, определ емую диапазоном изменени  параметра. Причем резонатор 1 представл ет собой температур но-зависимый кварцевый измерительный преобразователь. На схему 5 сравнени  поступают частоты F0 и (t°). Сигнал разностной частоты AF подаетс  на коммутатор 6. С помощью делител  13 формируютс  сигналы с часто а- ми 1; 2; 102 Гц. Формирователь 14 формирует интервал времени измерени равный 5 с, и управл ет форми

рователем 11 цикла, который, в свою очередь, с помощью коммутатора 6 подключает выход схемы 5 сравнени  к входам счетчиков 9 и 12 с коэффициентом пересчета и двоично-дес тичного счетчика с дешифратором 7. Выходы его соединены с трехразр дным семисегментным индикатором 8. Состо ние счетчиков 9 и 12 сравниваетс  схемой 10 сравнени . При равенстве кодов счетчиков 9 и 12 на выходе 10 по вл ютс  импульсы, количество которых подсчитываетс  счетчиком 15. Сигнал с выхода счетчика 15

блокирует формирователь I и разрешает работу счетчика 16, который управл ет работой усилител  17с нагрузкой в виде малогабаритного телефона 18.

.Схема работает следующим образом.

После нажати  на кнопку 19 происходит установка всех счетчиков в нулевое состо ние. Сигнал разностной частоты &F частоты коммутатор 6 в течение 5 с поступает на счетчики 7 и 9- Следующие 5 с этот сигнал подаётс  на счетчик 12. Затем происходит сравнение кодов счетчиков 9 и 12 с помощью схемы 10. В случае совпадени  кодов четыре раза подр д счетчик 15 блокирует формирователь I и через него 11-тый коммутатор 6, а счетчик

to

длительный. Помеща  термометр а по шечную впаДину, производ т прогрев не только датчика, но и корпуса те мометра. При этом температура тела несколько понижаетс , а затем снов начинает повышатьс , т.е. по вл ет с  колебательный процесс установле температуры. Поэтому нельз  считат измерение законченным при первом с падении результатов двух смежных и рений. Двухкратное совпадение резу татов может удовлетворить точности измерени , но следует учитывать, ч при любом дискретном измерении погрешность составл ет ±1 младшего р да. Поэтому дл  получени  более достоверных результатов необходимо трехкратное совпадение результатов

16 формирует импульса длительностью20 Однако с точки зрени  схемотехники

0,5 с, которые разрешают прохождение звуковой частоты 102 Гц на вход усилител  17. Счетчик 16 становитс  на самоблокировку, а на индикаторе 8 индицируетс  показание измеренной тем-25 пературы с дискретностью 0,1°С. Если чувствительность датчика равна 2 Гц/рС, то при изменении температуры на 1°С за врем  измерени  5 с на

счетчик с коэффициентом пересчета 3 получают с помощью двух триггеро с обратными св з ми. Эти же два три гера, но без обратных св зей, дают пересчет А, что удлин ет процесс измерени  температуры, но увеличива ет достоверность полученных результатов измерени .

Блок обработки выполнен в виде о ной бескорпусной большой интегральн схемы (БИС), разработанной на основ высококачественной КМДП-технологии с самосовмещенным поликремниевым за твором и двух микронными проектными нормами.

счетчики проходит 10 импульсов, а на индикаторе отображаетс  число 01,0°С. В результате при первоначальной настройке температурно-зави- симого резонатора на частоту 32768 Гц при 0СС и времени измерени  5 с получают устройство с высокой линейностью и равномерностью шкалы в широком диапазоне измерени  температуры . Обработка результатов сводитс  к простому счету числа периодов разностной частоты без дополнительной обработки и введени  масштабных коэф фициентов.

Датчик 1  вл етс  низкочастотным. Его малые размеры позвол ют разместить датчик на общей печатной плате. Подстройка устройства осуществл етс  изменением частоты опорного генератора стандартными методами (триммер , электронна  настройка и т.д;) при температуре окружающей среды на уровне измер емого диапазона (например , его середины - 38 С).

Чувствительность датчика 1 высока , а посто нна  времени составл ет 1 с. При измерении температуры- тела 37°С от температуры окружающей среды 20°С требуетс  17 с. Сам процесс измерени  температуры более

o

длительный. Помеща  термометр а подмышечную впаДину, производ т прогрев не только датчика, но и корпуса термометра . При этом температура тела несколько понижаетс , а затем снова начинает повышатьс , т.е. по вл етс  колебательный процесс установлени  температуры. Поэтому нельз  считать измерение законченным при первом совпадении результатов двух смежных измерений . Двухкратное совпадение результатов может удовлетворить точности измерени , но следует учитывать, что при любом дискретном измерении погрешность составл ет ±1 младшего разр да . Поэтому дл  получени  более достоверных результатов необходимо трехкратное совпадение результатов.

Однако с точки зрени  схемотехники

5

0

5

0

5

0

5

счетчик с коэффициентом пересчета 3 получают с помощью двух триггеров с обратными св з ми. Эти же два триггера , но без обратных св зей, дают пересчет А, что удлин ет процесс измерени  температуры, но увеличивает достоверность полученных результатов измерени .

Блок обработки выполнен в виде одной бескорпусной большой интегральной схемы (БИС), разработанной на основе высококачественной КМДП-технологии с самосовмещенным поликремниевым затвором и двух микронными проектными нормами.

БИС осуществл ет выделение разностной частоты эталонного кварцевого k и температурного кварцевого 2 генераторов за определенное врем  с учетом чувствительности конкретного датчика,  вл ющейс  функцией от измер емой температуры. БИС проводит сравнение предыдущего и последующего замеров, осуществл ет дешифрацию и вывод информации, а также функцию управлени  жидкокристаллическим инди- .катором в режиме двухуровневого мультиплексировани .

Структурна  схема БИС дл  электронного термометра приведена на фиг.2. Микросхема содержит следующие основные блоки: блок 20 кварцевого генератора (КГ), блок 21 кварцевого генератора температуры (КГТ), блок 22 делител  частоты (ДЧ), блок 23 счетчика времени измерений (СЧ) , блок 2k синхронизации (БС) , блок 25 выделени  разностной частоты (БВ), блок 26 счета разностной частоты (СЧР), ариф

мётическо-логическое устройство 27 (АЛУ), регистр 28 предварительного хранени  (РГП), регистр 29 поправки (РГП) , регистр 30 вывода данных (РГВ), дешифратор 31 (ДШ) .

Блоки 20 и 21 кварцевых генераторов содержат активные и пассивные элементы, интегрированные в составе БИС (кварцевые резонаторы, внешние элементы генераторов подключаютс  к выводам ВхГ, ВыхГ, ВхГТ, ВыхГТ).

Делитель частоты осуществл ет деление частоты эталонного сигнала 32768 Гц до частоты 1 Гц, а также формирует исходные сигналы дл  тактовых последовательностей сигналов БС 24. Счетчик 23 осуществл ет счет временного интервала, в течение которого производитс  очередное измерение температуры.

Блок 2k синхронизации формирует последовательность тактовых сигналов синхронизирующих работу узлов БИС, а также осуществл ет управление работой блоков БИС в зависимости от последовательностей логических сигналов на внешнем выводе КН, соединенном с кнопкой управлени  термомет ра, и обеспечивает работу БИС в соответствии с выбранным алгоритмом управлени .

Блок 25 выделени  разностной частты осуществл ет выделение разностной частоты температурного и эталонного кварцевых генераторов и формирует импульсы на вход СЧР 26, который производит счет импульсов и их хранение до момента поступлени  сигнала обнулени  из БС.

АЛУ 27 производит суммирование ил вычитание поправки на каждый градус, величина которой зависит от содержимого РгП, а знак - от состо ни  входа БИС 1 подстройки. Кроме того, АЛУ 27 производит сравнение содержимого СЧР 26 и РгПх 28 и при совпадени результата, по команде БС 2k, выдает информацию на ДШ 31

РгПх 28 служит дл  предварительного хранени  результата, поступающего из АЛУ 27. Дешифрированна  блоком 31 информаци , представл юща  собой семисегментный позиционный код, поступает на РгВ 30, осуществл ющий хранение информации в  чейках пам  ти, а также управление жидкокристал

0

0

5

30

лическим индикатором в режиме двухуровневого мультиплексировани 

Одной из важнейших характеристик микросхемы, определ ющей автономность работы электронного термометра от элементов питани ,  вл етс  ток потреблени .

Ток потреблени  КМДП БИС можно рассматривать как сумму токов утечки р-п переходов областей транзисторов , р-п переходов карман-подложка, токов утечки каналов закрытых транзисторов , поверхностных токов утеч- 5 ки, которые определ ютс , в основном, технологией изготовлени  микросхем. Дл  используемой КМДП технологии с самосовмещенным поликремниевым затвором и охраной толстым окислом дл  БИС, содержащей 2000 транзисторов, этот ток составл ет не более 0,05мкА. Динамический ток микросхемы пр мо пропорционален напр жению питани  емкости, перезар жаемой схемой, и частоте переключени  схемы. Максимальную рабочую частоту имеют блоки 20 и 21 кварцевых генераторов и первые каскады делител  22 частоты, работающие на частоте, близкой к 32768 Гц.

Напр жение питани , при котором работает делитель частоты, равно 1,5 В110%. При использовании триггеров с минимальными узловыми емкост ми величина динамического тока делител  частоты и схемы кварцевого генератора составл ет 0,2-0,3 мкА. Учитыва  наличие блоков 21 и 25, этот ток составл ет величину пор дка 0,4 - 0,5 мкА. Вклад в ток потреблени  остальных блоков, с учетом того, что часть элементов схемы 30 подключека к шине повышающего преобразовател  (на фиг. 2 не указаны) напр жением -3,0 В±10% и с учетом КПД преобразовател , составл ет не более 0,3- 0,4 мкА. Вклад кроссовых токов составл ет до 0,1 мкА.

Таким образом,ток потреблени  микросхемы составл ет величину не более 1,1 мкА. Источником питани  электронного термометра  вл етс  химический источник тока СЦ-30 емкостью 60 мА/ч.

Автономность определ етс  следу- ющим образом

35

40

45

50

55

L06T

. 9- f

с учетом самоQ - емкость ХИТ

разр да;

1Т - суммарный ток потреблени  термометра.

де

I Т -Ы т ЧБИС ки

1С6ИС ток потреблени  СБИС

ки

1,2 мкА; и- ток потреблени  ЖКИ 1 ,8 мкА.

180QO ч,

авт.

51 мА/ч

что соответствует 2,05 лет.

Таким образом автономность работы термометра составл ет не менее 2 лет непрерывной работы.

Изготовленный опытный образец устройства имеет следующие технические характеристики: диапазон измер емых температур тип индикатора - жидкокристаллический (ЖКИ), трехразр дный, с двум  символами; дискретность вывода значений температуры 0,1°С; погрешность измерени  0,1°С; габаритные размеры МО мм; форма - аналогична  форме обычного ртутного медицинского термометра; источник питани  СЦ-30, 1 шт; ток потреблени  в процессе измерени  не более 3 мкА; автономность не мене 2: лет; конструкци  рассчитана на многократную дезинфекцию путем выдержки термометра в водных дезинфицирующих растворах.

Все узлы и элементы электронной схемы смонтированы на одной печатной плате, выполненной из двухстороннего фольгированного гальваностойкого стеклотекстолита, и имеют выт нутую форму, соответствующую форме корпуса издели . В центральной части печатной платы в углублении смонтирована БИС, выводные площадки-которой соединены с площадками печатного монтажа платы с помощью ультразвуковой разварки. После сборки микросхема герметизирована компаундом .

Навесные элементы - подстроечные конденсаторы, кварцевые резонаторы, бескорпусные емкости, минусовой контакт элемента питани  - смонтированы на контактные площадки платы методом пайки с одной стороны платы, что снижает трудоемкость сборки.

Дл  обеспечени  совмещени  контактных площадок печатной платы с кон

0

5

0

5

0

5

0

5

0

s

тактными площадками ЖКИ на плате вы- : полнены две базовых отверсти  ф мм, в которые вход т фиксирующие штыри сопр гаемой детали - рамки .

По длинным сторонам платы имеютс  выступы, выполн ющие функции как элементов фиксации пружинной рамки, так и направл ющих дл  установки собранной платы (электронного блока) в корпус.

Рамка - элемент конструкции,обеспечивающий установку и фиксацию ЖКИ слоистого соединител , коммутацию ЖКИ с платой. Рамка выполнена из термопластичной пластмассы методом лить  под давлением. Окончательна  сборка блока и фиксации индикатора с обоймой на плате осуществл ютс  металлической пружинной рамкой.Пружинна  рамка выполнена из нержавеющей стали (бронзы) толщиной 0,2 мм и выполн ет р д дополнительных функций:  вл етс  посадочным местом дл  элемента питани , контактной пружиной кнопки управлени , держателем элемента питани  и экраном дл  защиты электронной схемы от воздействи  статического электричества на элементы электронной схемы.

Собранный электронный блок устанавливаетс  в корпус. Корпус состоит из следующих элементов: собственно корпус - основна  деталь элептичес- кого сечени , выполненна  из ударопрочного сополимера .типа АБС 2030 белого цвета. Внутренн   полость имеет пр моугольное сечение и направл ющие пазы дл  установки блока. В средней части корпуса выполнено окно , в которое монтируютс  защитное стекло индикатора и отверстие дл  кнопки управлени . В удлиненной части корпуса, дл  размещени  датчика- резонатора, установлен металлический полый тонкостенный, полированный наконечник , выполненный из алюминиевого сплава. Установка наконечника в корпус производитс  с помощью кле .

С обратной стороны на корпусе выполнена ступенька, на которую одеваетс  крышка, также выполненна  из ударопрочного пластика.

Сборка издели  проводитс  в следующей последовательности: монтаж на плату БИС и проверка на функционирование , герметизаци ; монтаж Навесных элементов и минусового контакта

питани ; монтаж рамки, установка соединител  (зебра) И ЖКИ, фиксаци  их пружинной рамки; проверка функционировани  и настройка; сборка корпуса (установка наконечника и стекла); установка блока в корпус; установка кнопки управлени ; установка элемента питани  и крышки.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Электронный медицинский термометр, содержащий расположенные в корпусе , температурно-зависимый и опорный квартз цевые резонаторы, соединенные с первым и вторым генераторами соответственно , первый и второй элементы сравнени , коммутатор, первый и второй счетчики, двоично-дес тичный счетчик 20 с дешифратором, соединенный выходом с индикатором, и блок обработки, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  погрешности измерени  температуры и упрощени  тер- 25 мометра, в него введены кнопка, последовательно соединенные усилитель и звуковой сигнализатор, а блок обработки содержит последовательно соединенные дeлиteль, подключенный вхо0

   з 0 5

   дом к выходу второго генератора и первому входу первого элемента сравнени , формирователь временных интервалов и формирователь цикла, соединенный выходом с входом коммутатора , третий и четвертый счетчики,.при этом первый элемент сравнени  подключен вторым входом к выходу первого генератора и выходом к управл ющему входу коммутатора, подсоединенного первым, выходом к входам двоично-дес тичного счетчика с дешифратором и первого счетчика, соединенного выхог дом с первым входом второго элемента сравнени , подключенного вторым входом через второй счетчик к второму выходу коммутатора и выходом к одному из входов формировател  цикла и входу третьего счетчика, подсоединенного выходом к одному из входов формировател  временных интервало в и первому входу четвертого счетчика, соединенного вторым входом с первым выходом делител  и выходом с первым входом усилител , подключенного вторым входом к второму выходу делител , а третий счетчик; подсоединен входом установки через кнопку к нулевой шине.

   ,&Ј

   ВухГТ

   Входы подстройки

   На ЖКИ

   Фиг.2.