Brevet FR2265080A1 — publié le 19751017

La présente invention se rapporte d'une manière générale aux appareils de mesure de température, et concerne plus particulièrement un appareil de mesure de température à thermocouple comprenant un dispositif destiné à compenser les variations de la température ambiante à laquelle est soumis le thermocouple de référence La mesure de lavtempérature du corps humain par les moyens classiques, comme par exemple avec un thermomètre à mercure, présente de nombreux inconvénients. Par exemple, il est nécessaire d'attendre plusieurs minutes avant d'obtenir une lecture précise. Pendant cette période, le patient doit être surveillé en permanence afin d'entre sur qu'il n'influence pas intentionnellement ou par inadvertance la lecture, par simulation ou dissimulation. Les thermomètres à mercure sont relativement couteux et ils doivent être réutilisés maintes et maintes fois. I1 est donc nécessaire de stériliser un thermomètre après chaque usage et bien entendu, puisqu'un thermomètre est sensible à la température, il faut le stériliser chimiquement et non par la chaleur. Si cette opération est faite-sans soin ou de manière incorrecte, le risque de contagion entre malades est important Les thermomètres à mercure sont fabriqués en verre, et si le verre casse, par exemple à-la prise de la température d'un enfant, d'un épileptique ou dtun hystérique, le patient risque d'etre blessé par le verre cassé et de subir un dommage chimique à cause du mercure qui-est toxique. Le problème est donc de disposer d'un thermomètre qui donne des informations de température rapides -et précises qui soit incassables en usage normal et qui n'ait pas besoin d'entre stérilisé après chaque emploi Des appareils électroniques de mesure de température comprenant des thermistances ont été proposés pour solutionner ce problème, mais n'ont pas reçu dtapplication pratique car les thermistances présentent de grandes variations de résistance et ne sont donc pas interchangeables, à moins qu'elles ne soient très coûteuses Le prix de la thermmst w ce, meme la moins coûteuse, fait qu'il est impossible de l'utiliser comme un article Jetable.La stérilisation des thermomètres cliniques comportant des thermistances est évitée crache à l'utilisation de matchons jetables en matière plastique qui sont enfilés sur la thermistances. Mais ces manchons aug mentent le temps nécessaire pour obtenir une valeur de température, de sorte qu'il nty a que peu d'avantages sur les thermomètres à mercure. Les thermomètres à thermoc' > uple sont connus dans les laboratoires mais n'ont pas été jusqutà présent employés comme thermomètres cliniques portatifs en raison du prix de l'amplificateur à gain élevé qu'ils doivent comporter et de la nécessité de maintenir le thermocouple de référence dans un bain de glace fondante, ou d'utiliser un compensateur de tension de haute stabilité pour compenser les variations de la température ambiante. L'invention permet de résoudre ces problèmes ainsi que dautresS grâce à un premier mode de réalisation qui comporte un premier thermocouple positionné, en utilisation, à proximité de l'objet dont la température doit être mesuré. L'appareil comporte également un second tiiermocouple, pratiquement identique au premier, et qui est conneet en serie avec ce dernier, mais avec des polarités opposées. Un dispositif est connecté aux thermocouples pour découper la tension continue différentielle de sortie de ces derniers, et amplifier le signal découpé. Un dispositif est également prévu pour redresser le signal découpé et amplifié, et un appareil indicateur est connecté à la sortie du redresseur. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure 1 est un schéma drun mode de réalisation de l'invention et, la figure 2 est une représentation partiellement schéma- tique d'un boitier destine au circuit de la figure 1. La figure l représente donc un thermocouple TCM de mesure de température connecté en sérié-opposition avec un thermocouple TCR de référence de caractéristiques similaires. La tension différentielle de sortie des thermocouples TCM et TCR est applique, rar des fils Il et 12, u une résistance 13 dont une extrémité est connecte à l'émetteur d'un transistor Tr1 et dont l'autre extrémité est connectée à l'ér.letteur d'un transistor Tr2.Le collecteur du transistor Tr2 est connecté à la masse par l'intermédiaire d'une résistance fixe 14 et le collecteur du transistor Trî est connecté au curseur d'une résistance variable 16, connectée elle-meme en dérivation sur une résistance 17 de compensation de température. Il est avantageux que la résistance 17 soit en contact thermique intime avec le thermocouple de référence TCR. La résistance A est connectée en série avec une résistance fixe i8 entre une source de tension positive (-non représentée) et la masse. Les transistors Tri et Tr2 se comportent comme un circuit découpeur classique qui découpe le signal différentiel conti- nu développé par les thermocouples TOM et TCR de mesure et de référence. Les signaux de commande qui bloquent et débloquent alternativement les transistors Trî et Tr2 sont appliqués aux bases de ces derniers par les résistances 21 et 22 et les fils 23 et 24.Les fils 23 et 24 sont connectés à leur tour aux circuits de collecteurs correspondants d deux transistors Tr3 et Tr4 connectés en multivîbrateur stable classique , La fréquence d'oscillation des transistors Tr3 et Tr4 est déterminée par les valeurs des résistances 26, 27, 28 et 29 et des condensateurs 31 et 32, et elle peut etre réglée par exemple aux environs de I KHz. Il est connu que la tension de sortie d'un élément à thermocouple est basse, par exemple inférieure à 50 V/ C et par conséquent, le signal continu découpé provenant des éléments de thermocouples TOM et TCR est appliqué par un condensateur 33 et une résistance 34 à 11 entrée d'un amplifié cateur opérationnel 36 à gain élevé, par exemple un amplifica- teur Siemens du type TAA 861. La sortie de l'amplificateur opérationnel 36 est connectez à son entrée par une résistance variable 37 afin de produire un signal de contre-réaction qui détermine le gain0 Le signal de sortie de l'amplificateur 36 est également appliqué à la base d'un transistor Tr5 qui fonctionne en charge d'émetteur0 L'émetteur du transistor Tr5 est corlnecté,par deux résistances 41 et 42, aux collecteurs de deux transistors redresseurs Tr6 et Tr70 La base du transistor Tr6 est connectée par une résistance 43 au collecteur du transistor Trl; et la base du transistor Tr7 est connectée de la même manière au collecteur du transistor Tr3 par une résistance 44.Un condensateur 46 et un appareil de mesure 47 sont connectés an dérivation entre les collecte-urs des transistors Tr6 et Tr7. Les tran sistors Tr6 et Tr sont également débloqués alternativement à la fréquence du circuit multivibrateur. Pour l'utilisation, le thermocouple TOM est placée contact avec l'objet dont la température doit être mesurée. Dans le cas d'applications médicales par exemple, le thermocouple est introduit dans le rectum du patient ou à l'intérieur de sa joue, suivant les circonstances. Selon un mode de réalisation, tous les circuits, y compris une source d'alimentation appropriée, par exemple une cellule à 12 volts régulée par un circuit de régulation (non représenté), sont enfermés dans un boîtier, à l'exception du thermocouple TOM qui leur est connecté par un câble dont l'extrémité libre porte un connecteur. Lorsque la température du thermocouple TCM s'élève audessus de la température du thermocouple de référence lCR, une tension différentielle est produite, que les transistors Trî et Tr2 découpent sous forme d'un signal alternatif rectangulaire dont la fréquence est déterminée par la fréquence du circuit multivibrateur constitué par les transistors Tr3 et Tr40 Le signal découpé est ensuite amplifié par l'amplifié cateur opérationnel 36 et redressé par les transistors Tr6 et Tr3 qui sont également connectés au circuit multivibrateur. La tension différentielle qui apparaît aux collecteurs des transistors Tr6 et Tr7 est détectée par l'appareil de mesure 47 qui peut etre éventuellement gradué directement en degrés. Le condensateur 46 régularise le signal redressé et élimine également la fréquence de 1 KHz provenant du circuit multivibrateur et qui pourrait etre gênante-pour un malade agité. Si la température ambiante varie, la tension différen Bielle de sortie des thermocouples TOM et TCR varie également et, en absence de correction, la lecture de température sur l'appareil 47 pourrait être erronée Mais il faut rappeler que la résistance 17 est en contact thermique intime avec le. thermocouple TCR et sa température suit donc très exactement la température du thermocouDle-de référence. Selon le prisent mode de réalisation, la résistance 17 est choisie avec un coefficient de température positif. Si la température ambiante augmente, la tension différentielle des thermocouples diminue, mais la tension développée aux bornes de la résistance 17 augmente et la fraction de cette tension qui est prélevée par la résistance variable 16 est appliquée au circuit de collec- teur du transistor Tr1 de manière à modifier, par décalage, le signal de sortie de ce transistor, et par conséquent l'am- plitude du signal appliqué à l'entrée de l'amplificateur opé- rationnel 36.L'effet résultant est que le fonctionnement du circuit est pratiquement indépendant de la temperature ambiante, sans aucune nécessité d'immerger le thermocouple de référence dans de la glace fondante par exemple. La résistance 16 n'a à ètre réglée qu'une seule fois, lorsque l'appareil est étalonné initialement en usine, et elle n'a pas à etre retouchée, à moins qu'un composant du circuit soit remplacé. La résistance 17 peut aussi être remplacée par une thermistance de compensation de température mais, du fait que le co ficient de température d'une thermistance est négatif, elle doit etre associée avec le transistor Tr2 plutôt qu1avec TrlO La résistance 17 peut etro constituée par une longueur de fil de cuivre ordinaire d'une résistance d'environ 10 ohms et la résistance 16 par un potentiomètre de 100 ohms. La résistance 16 peut ètre supprimée si la longueur, et par conséquent la valeur de la résistance 17 est réglée à la valeur optimale pendant l'étalonnage.Le thermocouple de détection peut etre constitué par deux fils de natures différentes soudés par points à une extrémité et enfermés dans des gaines isolantes Les extrémités libres des fils peuvent etre formées en contacts afin de pouvoir entre introduites dans le connecteur du cordon de 1'instrumentO Le thermocouple de dé tection peut donc être fabriqué à très bas prix, par exemple pour moins de 5 centimes l'unité, et il peut donc être jeté après chaque usage, de sorte qu'il est inutile de stériliser l'instrument entre deux malades0 La figure 2 illustre un mode de réalisation pratique de 1 aW?areil selon l'invention.L'easelilble des circuits de la figure I, à l'exception du thermocouple TCX, et y compris une source d'alimentation régulée (non représenteef),sont enfermes dans un boîtier portatifs 51. Ce boîtier contient l'appareil de mesure 47 qui peut etre étalonné directement en degrés Centigrades ou Fahrenheit (ou les deux), un commutateur 52 de marche-arr6t connecté à la source d'alimentation et un bouton de tarage 53 pour amener l'appareil de mesure à zéro. Le thermocouple TCM, comprenant un premier fil 54 et un second fil 56 isolés par des gaines 57 et 58, est connecté à un connecteur femelle 59 branché à l'extrémité libre d'un cible flexible 61 relié au boîtier 51, et par conséquent au thermocouple TCR et au transistor Tr20 L'invention a été décrite ci-dessus dans son application à la mesure de la température d'un patient humain. Mais ce meme appareil peut également convenir à-la mesure de la tem pérature d'un animal, comme un chien ou un chat, ou également à la mesure de la température d'un objet inanimé comme d'un four, d'une solution chimique, etc... Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil déerit et représenté sans sortir du cadre de l'invention0 REVENDIOP!rI0NS l. Appareil de mesure de la tempéra;iure d'un objet, comprenant un premier thermocouple positionné, pour l'utilisation, à proximité de objet dont la température doit etre mesurée, et un s-econd thermocouple pratiquement identique au premier et connecté en série avec lui, mais avec des polarités opposées, appareil caractérisé en ce qutil comporte un dispositif connecté audit premier et audit second thermocouple et destiné à découper la tension continue différentielle de sortie déve-loppée par ledit premier et ledit second thermocoupleS un dispositif connecté audit dispositif découpeur et destiné à amplifier ladite tension continue de sortie découpée, un dispositif connecté audit amplificateur et destiné a redresser ladite tension continue de sortie découpée et un dispositif indicateur connecté audit dispositif redresseur et destiné à indiquer la température dudit objet, la valeur indiquée par ledit dispositif indicateur étant proportionnelle à la tension continue différentielle de sortie dudit premier et dudit second thermocouple. 2. Appareil selon la revendication 1,- caractéris1 en ce qu'fil comporte également une résistance de compensation de température placée en contact thermique intime avec ledit second thermocouple, un dispositif destiné à appliquer un courant continu à ladite résistance de manière à développer une tension proportionnelle à la valeur instantanée de cette résistance, et un dispositif destiné à appliquer ladite tension audit dispositif découpeur de manière à modifier l'amplitude de son signal de sortie, par décalage, si une variation de la température ambiante que subit ledit second thermocouple modifie la tension continue différentielle de sortie dudit premier et dudit second thermocouple, 3 e Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite resistance de compensation de température présente un coefficient de température positif, 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite résistance de compensation de température présente un coefficient de température négatif. 5o Appareil selon la revendication 2 > caractérisé fn ce qu'il comporte également un circuit mU i tiVilArateur fonctionnant à une fréquence fixe prédéterminée, ledit dispositif découpeur comprenant-un premier et un second transistors dont les émetteurs sont connectés respectivement audit premier et audit second thermocouples et dont les bases sont connectées respecfivement aux sorties de phases opposées dudit circuit multivibrateur. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite résistance de compensation de température est associée au circuit de collecteur dudit premier transistor. 70 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite résistance de compensation de température est associée au circuit de collecteur dudit second transistor. 8. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif amplificateur comporte un amplificateur opérationnel comprenant une entrée connectée à la sortie dudit dispositif découpeur et une sortie; un dispositif de réaction destiné à régler le gain dudit amplificateur opera- tionnel et une charge d'émetteur connectée à la sortie dudit amplificateur opérationnel0 9.Appareil selon la revendication 5, caractérise en ce que ledit dispositif redresseur comporte un troisième et un quatrième transistors connectés en émetteur commun et dont les circuits de collecteurs contiennent chacun une résistance don-t une extrémité est connectée à ladite charge d'émetteur, et un dispositif qui relie respectivement les bases dudit troisième et dudit quatrième transistor aux sorties de phases opposées dudit circuit multivibrateur, ledit dispositif indicateur étant connecté entre les points de jonction correspondants des collecteurs dudit troisième et dudit quatrième transistor et les autres extrémités desdites résistances.. 10. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit premier thermocouple est extérieur audit appareil de manière à permettre la mesure de la température d'un animal ou d'une personne humaine par l'introduction dudit premier thermocouple dans sa cavité buccale ou sa cavité anale, l'appareil comportant également un conducteur flexible dont une extrémité est connectée audit second thermocouple et audit dispositif découpeur et dont l'autre extrémité est corqct'e audit premier thermocouple o 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit conducteur flexible comporte un connecteur femelle à ladite autre extrémité, ledit premier thermocouple comportant un connecteur male destiné à être enfiché dans ledit connecteur femelle. 12D Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit premier thermocouple est jetable et comporte un premier et un second fils de matieres différentes soudés par points à l'une de leurs extrémités pour former une jonction de thermocouple , et une gaine isolante placée autour due l'un au moins desdits fils dont les extrémités libres ne sont pas isolées de manière a' constituer elle-mêmes le connecteur male destiné à être introduit dans ledit connecteur femelle.