ЭЛЕКТРОННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ТЕРМОМЕТР С ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к электронным медицинским термометрам для определения температуры тела человека.
В медицинской практике известны электронные медицинские термометры для измерения температуры тела человека [1-6]. Такие термометры используют в качестве источника электрической энергии химические гальванические источники питания.
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности является электронный медицинский термометр [6]. Он содержит датчик температуры, аналогово-цифровой преобразователь, дисплей, корпус и источник 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 дисплее. Преимуществом данного термометра по сравнению со ртутным является его безопасность использования, поскольку в таком термометре отсутствует ртуть, и он не представляет никакой угрозы при разрушении или повреждении корпуса. Также к его преимуществам можно отнести высокую скорость измерения температуры, простоту считывания результатов измерения, а также возможность хранения информации о последних измерениях. Однако основным недостатком такого термометра является наличие химических гальванических источников питания, которые требуют периодической замены и содержат в своем составе ядовитые вещества, такие как разного рода щелочи, свинец, кадмий, ртуть, цинк, никель и т.д. Способы утилизации и переработки таких гальванических элементов практически отсутствуют. Химические гальванические элементы имеют еще один недостаток - в период, когда заканчивается их срок годности, возникает проблема достоверности показаний электронного термометра. Эта проблема очень важна, поскольку именно от показаний термометра зависит принятие первоочередных решений для сохранения жизни человека.
Поэтому задачей предложенной полезной модели является замена в электронном медицинском термометре химического гальванического источника питания на такой, который не имеет указанных недостатков.
Указанная задача решается тем, что в электронном медицинском термометре в качестве источника питания применяется термоэлектрический преобразователь, который в качестве источника тепла использует тело человека, а в качестве стока тепла - окружающую среду.
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, которое заключается в том, что в качестве источника питания такого термометра применяется термоэлектрический преобразователь человека, а в качестве стока тепла - окружающую среду, который в качестве источника тепла использует тело
Поэтому признак, который не встречается ни в одном из аналогов, - в электронном медицинском термометре в качестве источника питания применяется термоэлектрический преобразователь, который в качестве источника тепла использует тело человека, а в качестве стока тепла использует окружающую среду - 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
3
2
На фиг. 1в представлена схематическая конструкция электронного медицинского термометра с термоэлектрическим источником питания. Такой термометр содержит собственно сам электронный медицинский термометр 1 (фиг. 1б) и термоэлектрический источник питания 2 (фиг. 1а). В свою очередь, электронный медицинский термометр 1 содержит корпус 3, датчик температуры 4, аналого-цифровой преобразователь, стабилизатор напряжения, конденсатор и цифровой дисплей 5. В свою очередь, термоэлектрический источник питания 2 состоит из термоэлектрического микромодуля 6, радиатора 7, который воспринимает тепло тела человека, и радиатора 8, который отводит тепло в окружающую среду. Термоэлектрический микромодуль 6 содержит термопарную батарею, состоящую из совокупности соединенных в последовательную электрическую цепь полупроводниковых термопарных элементов, промежутки между которыми заполнены электроизоляционным эпоксидным компаундом, и две керамические пластины, плотно контактирующие с верхней и нижней гранями термопарных элементов, а также два электрических вывода [7]. Такой термоэлектрический микромодуль изготовлен на базе современных высокоэффективных термоэлектрических материалов на основе BiTe. Технология изготовления таких микромодулей обеспечивает плотность упаковки на уровне 2500 ветвей термоэлектрического материала n- и p-типов проводимости на 1 см площади микромодуля. Экспериментально подтверждено, что такой термоэлектрический источник питания 2 может в полной мере заменить обычный химический гальванический элемент и обеспечить работу электронного медицинского термометра.
1
2
1
2
Предложенный электронный медицинский термометр с термоэлектрическим источником питания работает следующим образом. Измерение температуры тела человека с помощью электронного медицинского термометра осуществляется датчиком температуры 4, который непосредственно контактирует с телом человека, а электропитание такого термометра обеспечивается за счет тепла тела человека. Для того, чтобы получить необходимые напряжение и мощность с помощью термоэлектрического микромодуля 6 для питания электронного медицинского термометра 1 следует организовать перепад температуры между гранями микромодуля. Для обеспечения необходимого теплового потока Q через термоэлектрический микромодуль 6 используется радиатор 7, контактирующий с телом человека, и радиатор 8, который отводит тепло Q от холодной грани микромодуля 6 в окружающую среду. Соответственно Q - тепловой поток от тела человека к радиатору 7, а Q - тепловой поток от радиатора 8 в окружающую среду (фиг. 2). Таким образом, при приложении электронного медицинского термометра с термоэлектрическим источником питания к телу (например, под мышку) создается градиент температуры между соответствующими гранями термоэлектрического микромодуля 6, в результате чего на его выводах согласно эффекту Зеебека генерируется термоэлектродвижущая сила (термоЭДС), что обеспечивает электропитание такого прибора. Величина термоЭДС соответствует значению теплового потока, проходящего через радиатор 7, который контактирует с телом человека, и термоэлектрический микромодуль 6. В конструкции прибора используется также конденсатор 9 для накопления электрического заряда, необходимого для включения электронного термометра, и стабилизатор напряжения 10 термоэлектрического микромодуля 6 до уровня 1.5 В.
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. Такой термометр перспективен для измерения температуры тела человека и имеет ряд преимуществ по сравнению с другими медицинскими термометрами, ведь электропитание такого термометра стабильно во времени и не требует затрат на обслуживание.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Patent EP 0180951 B1. Electronic clinical thermometer // Toshiaki Takagi. - 1990.
2. Patent EP 0410186 B1. Electronic clinical thermometer // Thomas Vincent Mclinden, James A. O′Connell, Robert Zaragoza. - 1993.
3. Patent US 7275866 B2. Digital thermometer // Chao-Man Tseng. - 2007.
4. Patent US 20110235677 A1. Digital thermometer structure // Chao-Man Tseng. - 2011.
5. Patent EP 1643228 B1. Electronic clinical thermometer with a detachable probe // Sanlian Chen. - 2012.
6. Patent JP 2012063300 (A). Electronic thermometer and manufacturing method thereof // OMRON HEALTHCARE CO LTD. - 2012.
7. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник. - К.: Наукова думка, 1979. - 768 с.