Електронний медичний термометр з термоелектричним джерелом живлення

Реферат: UA 89035 U UA 89035 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до вимірювальної техніки, зокрема до електронних медичних термометрів для визначення температури тіла людини. Відомо електронні медичні термометри з термоелектричним джерелом живлення для вимірювання температури тіла людини [1, 2]. Такі термометри працюють від тепла тіла людини. З відомих аналогів найбільш близьким по технічній суті є електронний медичний термометр з термоелектричним джерелом живлення [2], який складається з трьох основних функціональних вузлів: датчик температури, регістратор температури та термоелектричне джерело живлення. В свою чергу, регістратор температури містить корпус, аналого-цифровий перетворювач, стабілізатор напруги, конденсатор та цифровий дисплей. Термоелектричне джерело живлення складається з термоелектричного модуля, теплопідвідного радіатора, який сприймає тепло тіла людини, та тепловідвідного радіатора, що відводить тепло з холодної сторони термоелектричного модуля у навколишнє середовище. Принцип роботи такого термометра полягає у вимірюванні температури тіла людини шляхом перетворення теплової енергії в електричний сигнал, який обробляється аналогово-цифровим перетворювачем, і після цього виводиться значення температури у цифровому вигляді на дисплей. Перевагою даного термометра у порівнянні із звичайним електронним є екологічна безпечність, оскільки він не містить хімічних гальванічних джерел живлення, що потребують спеціальної утилізації, а також простота експлуатації, що зумовлена відсутністю періодичної заміни джерел живлення. Однак основним недоліком такого термометра є похибка вимірювання температури, що зумовлена тепловим впливом термоелектричного джерела живлення на температуру тіла людини в зоні вимірювання. Тому задачею запропонованої корисної моделі є підвищення точності вимірювання температури тіла людини. Поставлена задача вирішується тим, що в електронному медичному термометрі датчик температури і термоелектричне джерело живлення розташовані на такій відстані між ними, при якій зміна температури тіла, викликана термоелектричним джерелом живлення, не приводить до зміни температури тіла, де розташований датчик температури; відстань між датчиком температури і термоелектричним джерелом живлення має бути рівною або більшою від величини, яка залежить від похибки вимірювання температури, що викликана впливом термоелектричного джерела живлення, і визначається згідно залежності L(Т) = 0.5 1.5 2 0.5 1.5 2 2.5 (а+сТ +eT+gT +iT )/(1+bT +dT+fT +hT +jT ), де L - відстань між датчиком температури і термоелектричним джерелом живлення, T - похибка вимірювання температури, коефіцієнти а =56,667757, b = 55,97536, с = 4504,9994, d=5420,2644, e =193369,08, f=16196,544, g =-62445,826, h =-7992,4153, і = -8885,923, j=4548,9939; датчик температури розташований на вістрі нетеплопровідного елемента, з'єднаного з термоелектричним джерелом живлення, що містить дві плоскі термоелектричні батареї; термоелектричне джерело живлення містить спіральну термоелектричну батарею. У корисній моделі запропоновано принципово нове рішення для електронного медичного термометра з термоелектричним джерелом живлення, яке полягає в тому, що датчик температури і термоелектричне джерело живлення розташовані на такій відстані між ними, при якій зміна температури тіла, викликана термоелектричним джерелом живлення, не приводить до зміни температури тіла, де розташований датчик температури; відстань між датчиком температури і термоелектричним джерелом живлення має бути рівною або більшою від величини, яка залежить від похибки вимірювання температури, що викликана впливом термоелектричного джерела живлення, і визначається, згідно із залежністю L(Т) = 0.5 1.5 2 0.5 1.5 2 2.5 (а+сТ +eT+gT +iT )/(1+bT +dT+fT +hT +jT ), де L - відстань між датчиком температури і термоелектричним джерелом живлення, T - похибка вимірювання температури, коефіцієнти а = 56,667757, b=55,97536, с = 4504,9994, d=5420,2644, e = 193369,08, f=16196,544, g =-62445,826, h =-7992,4153, і = -8885,923, j=4548,9939; датчик температури розташований на вістрі нетеплопровідного елемента, з'єднаного з термоелектричним джерелом живлення, що містить дві плоскі термоелектричні батареї; термоелектричне джерело живлення містить спіральну термоелектричну батарею. Промислове використання запропонованого електронного медичного термометра з термоелектричним джерелом живлення не вимагає застосування спеціальних технологій та матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівного напрямку. На кресленні представлено схематичну конструкцію електронного медичного термометра з термоелектричним джерелом живлення. Такий термометр містить власне сам електронний медичний термометр та термоелектричне джерело живлення. В свою чергу, електронний медичний термометр містить корпус 1, датчик температури 2, аналого-цифровий перетворювач 3, стабілізатор напруги 4, конденсатор 5 та цифровий дисплей 6. Термоелектричне джерело 1 UA 89035 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 живлення складається з двох термоелектричних мікромодулів 7 та тепловідвідного радіатора 8, що відводить тепло з холодних сторін термоелектричних мікромодулів 7 у навколишнє середовище. Тепловідвідний радіатора 8 виконаний у вигляді корпусу із матеріалу з високою теплопровідністю. Датчик температури 2 розташований на вістрі нетеплопровідного елемента 9, з'єднаного з термоелектричним джерелом живлення. Кожен термоелектричний мікромодуль 7 містить плоску термоелектричну батарею [3, 4], яка складається із сукупності з'єднаних в послідовне електричне коло напівпровідникових термопарних елементів, проміжки між якими заповнені електроізоляційним епоксидним компаундом, та дві керамічні пластини, що щільно контактують з верхньою і нижньою гранями термопарних елементів, а також два електричних вивода. Такий мікромодуль виготовлений на базі сучасних високоефективних термоелектричних матеріалів на основі Ві2Tе3. Технологія виготовлення таких мікромодулів забезпечує щільність упаковки на рівні 2500 гілок термоелектричного матеріалу n- та р-типів провідності на 1 см площі мікромодуля. Як термоелектричні мікромодулі 7 може бути використана спіральна термоелектрична батарея. Експериментально підтверджено, що таке термоелектричне джерело живлення може в повній мірі замінити звичайний хімічний гальванічний елемент та забезпечити роботу електронного медичного термометра. Запропонований електронний медичний термометр з термоелектричним джерелом живлення працює наступним чином. Вимірювання температури тіла людини за допомогою електронного медичного термометра здійснюється датчиком температури 2, який безпосередньо контактує з тілом людини, а електричне живлення такого термометра забезпечується термоелектричними мікромодулями 7 за рахунок тепла тіла людини. Для того, щоб отримати необхідні електричну напругу та потужність за допомогою термоелектричних мікромодулів 7 для живлення електронного медичного термометра слід організувати перепад температури між гранями мікромодулів. При прикладанні електронного медичного термометра з термоелектричним джерелом живлення до тіла людини (наприклад під пахву) створюється градієнт температури між відповідними гранями термоелектричних мікромодулів 7, внаслідок чого на їх виводах генерується термоелектрорушійна сила (термоЕРС), що забезпечує електричне живлення такого приладу. Величина термоЕРС відповідає значенню теплового потоку, що проходить через термоелектричні мікромодулі 7, холодні сторони яких контактують з тепловідвідним радіатором 8, який відводить тепло у навколишнє середовище. В конструкції приладу використовується також стабілізатор напруги 4 термоелектричних мікромодулів 7 до рівня 1,5 В та конденсатор 5 для накопичення електричного заряду, необхідного для включення електронного медичного термометра. Експериментальні випробування заявленого електронного медичного термометра з термоелектричним джерелом живлення показали, що термоелектричне джерело живлення може в повній мірі замінити звичайний хімічний гальванічний елемент та забезпечити роботу електронного медичного термометра. Такий термометр має підвищену точність вимірювання температури тіла людини та ряд переваг в порівнянні з іншими медичними термометрами, адже електричне живлення такого термометра стабільне в часі та не потребує затрат на обслуговування. Джерела інформації: 1. Заявка № u201308793 від 15.07.13. Електронний медичний термометр з комбінованим джерелом живлення // Анатичук Л.І., Кобилянський P.P., Романюк С.Б. - 2013. 2. Заявка № u201308794 від 15.07.13. Електронний медичний термометр з термоелектричним джерелом живлення // Анатичук Л.І., Кобилянський P.P., Романюк С.Б. 2013. 3. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник. - К.: Наукова думка, 1979. - 768 с. 4. Анатычук Л.И. Термоэлектричество. Т.2. Термоэлектрические преобразователи энергии. Киев-Черновцы: Институт термоэлектричества, 2003. - 376 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Електронний медичний термометр з термоелектричним джерелом живлення, що містить датчик температури, регістратор температури та термоелектричне джерело живлення, що працює від тепла тіла людини, який відрізняється тим, що датчик температури і термоелектричне джерело живлення розташовані на такій відстані між ними, при якій зміна температури тіла, викликана термоелектричним джерелом живлення, не приводить до зміни температури тіла, де розташований датчик температури. 2 UA 89035 U 5 10 15 2. Електронний медичний термометр з термоелектричним джерелом живлення за п. 1, який відрізняється тим, що відстань між датчиком температури і термоелектричним джерелом живлення має бути рівною або більшою від величини, яка залежить від похибки вимірювання температури, що викликана впливом термоелектричного джерела живлення, і визначається, 0.5 1.5 2 0.5 згідно із залежністю L(Т) = (а + сТ + еТ + gТ + iТ ) / (1+bТ +dТ + 1.5 2 2.5 fТ +hТ +jТ ), де L - відстань між датчиком температури і термоелектричним джерелом живлення, Т - похибка вимірювання температури, коефіцієнти а=56,667757, b=55,97536, с=4504,9994, d=5420,2644, e=193369,08, f=16196,544, g =-62445,826, h=-7992,4153, і=-8885,923, j=4548,9939. 3. Електронний медичний термометр з термоелектричним джерелом живлення за п. 1, який відрізняється тим, що датчик температури розташований на вістрі нетеплопровідного елемента, з'єднаного з термоелектричним джерелом живлення, містить дві плоскі термоелектричні батареї. 4. Електронний медичний термометр з термоелектричним джерелом живлення за п. 1, який відрізняється тим, що термоелектричне джерело живлення містить спіральну термоелектричну батарею. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3