ЭЛЕКТРОННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ТЕРМОМЕТР С ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к электронным медицинским термометрам для определения температуры тела человека.
Известны электронные медицинские термометры с термоэлектрическим источником питания для измерения температуры тела человека [1-3]. Источником питания таких термометров является термоэлектрический преобразователь (термобатарея), который в качестве источника тепла использует тело человека.
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности является электронный медицинский термометр с термоэлектрическим источником питания [3], который состоит из трех основных функциональных узлов: датчик температуры, регистратор температуры и термоэлектрический источник питания. В свою очередь, регистратор температуры содержит корпус, аналого-цифровой преобразователь, стабилизатор напряжения, конденсатор и цифровой дисплей. Термоэлектрический источник питания состоит из двух термобатарей и теплоотводящего радиатора, который отводит тепло с холодных сторон термобатарей в окружающую среду и выполнен в виде корпуса термометра из материала с высокой теплопроводностью. При этом датчик температуры расположен на острие нетеплопроводного элемента, который соединен с термоэлектрическим источником питания. Принцип работы такого термометра заключается в измерении температуры тела человека путем преобразования тепловой энергии в электрический сигнал, который обрабатывается аналогово-цифровым преобразователем, и затем выводится значение температуры в цифровом виде на дисплей. Преимуществами данного термометра по сравнению с обычным электронным является экологическая безопасность, поскольку он не содержит химических гальванических источников питания, требующих специальной утилизации, а также простота эксплуатации, обусловленная отсутствием периодической замены источников питания. Еще одним важным преимуществом такого электронного медицинского термометра является высокая точность измерения температуры, которая обеспечивается тем, что в термометре датчик температуры и термоэлектрический источник питания расположены на таком расстоянии между собой, при котором изменение температуры тела, вызванное термоэлектрическим источником питания, не приводит к изменению температуры тела, где расположен датчик температуры. Таким образом, отсутствует влияние термоэлектрического источника питания на температуру тела человека в зоне измерения.
Однако основным недостатком такого электронного медицинского термометра является то, что он не пригоден для работы при повышенных температурах окружающей среды, поскольку при температурах окружающей среды близких к температуре тела человека устанавливается недостаточный перепад температуры на термобатарее и как следствие (согласно эффекта Зеебека) недостаточная величина электрического напряжения для питания такого термометра.
Поэтому задачей предложенной полезной модели является совершенствование конструкции электронного медицинского термометра с термоэлектрическим источником питания с целью работы такого термометра при повышенных температурах окружающей среды.
Указанная задача решается тем, что электронный медицинский термометр с термоэлектрическим источником питания содержит устройство для охлаждения спаев термобатареи путем испарения жидкости.
Соответствие критерию "новизна" предложенному устройству обеспечивает то обстоятельство, что заявленная совокупность признаков не содержится ни в одном из объектов существующего уровня техники.
В полезной модели предложено принципиально новое решение для электронного медицинского термометра с термоэлектрическим источником питания, который состоит в том, что такой термометр содержит устройство для охлаждения спаев термобатареи путем испарения жидкости.
Поэтому признак, который не встречается ни в одном из аналогов - электронный медицинский термометр с термоэлектрическим источником питания содержит устройство для охлаждения спаев термобатареи путем испарения жидкости - обеспечивает заявленному прибору необходимый «изобретательский уровень».
Промышленное использование предложенного электронного медицинского термометра с термоэлектрическим источником питания не требует применения специальных технологий и материалов, его реализация возможна на существующих предприятиях приборостроительного направления.
2
На фиг.1 представлено схематическую конструкцию электронного медицинского термометра с термоэлектрическим источником питания. Такой термометр содержит собственно сам электронный медицинский термометр и термоэлектрический источник питания. В свою очередь, электронный медицинский термометр содержит корпус 1, датчик температуры 2, аналого-цифровой преобразователь 3, стабилизатор напряжения 4, конденсатор 5 и цифровой дисплей 6. Термоэлектрический источник питания состоит из двух термобатарей 7 и теплоотводящего радиатора 8, который отводит тепло с холодных сторон термобатарей 7 в окружающую среду. Теплоотводящий радиатор 8 выполнен в виде корпуса термометра из материала с высокой теплопроводностью. Датчик температуры 2 расположен на острие нетеплопроводного элемента 9, соединенного с термоэлектрическим источником питания. Кроме того, электронный медицинский термометр содержит устройство для охлаждения спаев термобатареи путем испарения жидкости. Такое устройство представляет собой адсорбирующий элемент 10, расположенный на теплоотводящем радиаторе 8. Каждая термобатарея 7 состоит из совокупности соединенных в последовательную электрическую цепь полупроводниковых термопарных элементов [4, 5], промежутки между которыми заполнены электроизоляционным эпоксидным компаундом, и двух керамических пластин, которые плотно контактируют с верхней и нижней гранями термопарных элементов, а также двух электрических выводов. Такая термобатарея изготовлена на базе современных высокоэффективных термоэлектрических материалов на основе Bi-Те. Технология изготовления таких термобатарей обеспечивает плотность упаковки на уровне 2500 веток термоэлектрического материала n- и p-типов проводимости на 1 см площади. Экспериментально подтверждено, что такой термоэлектрический источник питания может в полной мере заменить обычный химический гальванический элемент и обеспечить работу электронного медицинского термометра.
Предложенный электронный медицинский термометр с термоэлектрическим источником питания работает следующим образом. При приложении электронного медицинского термометра с термоэлектрическим источником питания к телу (например, под мышку) осуществляется измерение температуры тела с помощью датчика температуры 2, который непосредственно контактирует с телом человека. При этом, источником электропитания такого термометра являются две термобатареи 7, которые используют тепло тела человека. Для того, чтобы получить необходимые электрическое напряжение и мощность с помощью термобатарей 7 для питания электронного медицинского термометра следует организовать перепад температуры между гранями каждой такой термобатареи. При контакте термоэлектрического источника питания термометра с телом человека создается градиент температуры между соответствующими гранями термобатарей 7 и вследствие эффекта Зеебека на их выводах генерируется электрическое напряжение, которое с помощью стабилизатора напряжения 4 поддерживается на уровне U7=1.5 В и обеспечивает электропитание электронного медицинского термометра. Величина напряжения пропорциональна значению теплового потока, проходящего через термобатареи 7, холодные стороны которых контактируют с теплоотводящим радиатором 8, который отводит тепло в окружающую среду. В конструкции прибора, кроме стабилизатора напряжения 4, используется также конденсатор 5 для накопления электрического заряда, необходимого для кратковременного повышения мощности источника питания в момент включения электронного медицинского термометра.
При температурах окружающей среды близких к температуре тела человека устанавливается недостаточный перепад температуры на термобатареи и как следствие недостаточная величина электрического напряжения для питания такого термометра. В таком случае смачивается жидкостью адсорбирующий элемент 10, расположенный на теплоотводящем радиаторе 8. Испарение жидкости из адсорбирующего элемента 10 интенсифицирует теплоотдачу с теплоотводящего радиатора 8 в окружающую среду, в результате этого увеличивается перепад температуры между гранями термобатарей 7 и, соответственно, генерируется достаточное электрическая мощность для питания такого термометра.
Экспериментальные испытания заявленного электронного медицинского термометра с термоэлектрическим источником питания показали, что термоэлектрический источник питания может в полной мере заменить обычный химический гальванический элемент и обеспечить работу электронного медицинского термометра при повышенных температурах окружающей среды. Такой термометр имеет ряд преимуществ по сравнению с другими электронными медицинскими термометрами, в частности источник питания такого термометра не содержит вредных веществ, требующих периодической утилизации, стабильный во времени и не требует затрат на обслуживание.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Пат.87400 Украïна, МПК H01L 35/00. Електронний медичний термометр з термоелектричним джерелом живлення / Анатичук Л.I., Кобилянський P.P., Романюк С.Б.; Iнститут термоелектрики. - №u 201308794; заявл. 15.07.13; опубл. 10.02.14, Бюл. №3.
2. Пат.8 7399 Украïна, МПК H01L 35/00. Електронний медичний термометр з комбiнованим джерелом живлення / Анатичук Л.I., Кобилянський P.P., Романюк С.Б.; Iнститут термоелектрики. - №u 2013 08793; заявл. 15.07.13; опубл. 10.02.14, Бюл. №3.
3. Пат.89035 Украïна, МПК H01L 35/00. Електронний медичний термометр з термоелектричним джерелом живлення / Анатичук Л.I.; Iнститут термоелектрики. - №u 201312570; заявл. 28.10.13; опубл. 10.04.14, Бюл. №7.
4. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник. - К.: Наукова думка, 1979. - 768 с.
5. Анатычук Л.И. Термоэлектричество. Т.2. Термоэлектрические преобразователи энергии. - Киев, Черновцы: Институт термоэлектричества, 2003. - 376 c.