Устройство для измерения температуры

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТШПЕРАТУРЫ, содержащее корпус в виде стакана из теплоизолирующего материала и термочувствительный элемент, о т л и ч а to щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения температуры кровеносных тканей лежащих под кожей биологической ткани , с любого участка поверхности кожного , стакан снабжен перегородками, расположенньа14и параллельно основанию стакана на одинаковом расстоянии одна от другой, на внешней перегородке, закрывгшщей полость стакана, изнутри расположен термочувствительный элемент,, при:чем отношение высоты стакана к рас|стоянию между перегородками равно (п+1), где лцелое число, выра- , жахицее высоту стакана в сантиметрах а отношение диаметра с7 стакана к (/) его высоте лежит в предел 1Х}

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

М59 0 01 К 7 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н аетоооионт оннаатильотнт

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3483998/18-10 (22) 13.08.82 (46) 28.02.84. Бюл. 9 8 (72 ) A.Í. Балашов, Ю.В. Горемыкин, .Ю.Д. Тон, Ю.П. Захаров и В.В. Чер» нов (71) Специализированное конструкторско-технологическое бюро твердотельной электроники с опытным производством Института прикладной физики

AH МССР (53) 536.532(088.8) т(56) 1. Патент США Р 3721001, кл. Н 01 С 7/04, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

9 808871, кл . G 01 .К 7/00, 1981 . (прототип). (54)(57) УСГРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ . 1ЕИПЕРКУУРЫ, содержащее корпус в виде стакана из теплоизолирующего материала и термочувствительный..SU„„73 A элемент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, .с целью расширения функциональных возможностей путем измерения температуры -крсженосных тканей, лежащих.под кожей биологической ткани, с любого участка поверхности кожного покрова, стакан снабжен перегородками, расположенными параллельно основанию стакана на одинаковом расстоянии одна от другой, на внешней перегородке, закрывающей полость стакана, изнутри расположен термочувствительный элемент„ при;чем отношение высоты стакана к рас:. стоянию между перегородками равно (и+1), где A целое число, выражающее высоту стакана в сантиметрах, Е а отношение днашатра ef отанана н его высоте 8 лежит в пределах

l " «сз

1076773

Изобретение относится к .термометрии, а именно к устройствам для измерения температуры лежащих под кожей кровеносных тканей.

Известен клинический термометр, содержащий корпус в виде стакана, закрытого с одной стороны электроизолирующим диском, а с другой " металлической крышкой, и термочувствительный элемент, прикрепленный к внутренней стенке трубки вблизи . $0 крышки Г11.

Однако данное устройство позволяет измерять температуру тела телько в естественных нишах (под мышкой, под языком, в прямой кищке 35 и т.д.), что ограничивает возможности устройства для решения ряда задач медицинской практики.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения температуры, содержащее корпус в виде стакана из теплоизолирующего материала и термочувствительный элемент установлен ный в полости стакана f21.

Однако известное устройство не обеспечивает измерение температу= ры в слое биологической ткани.

Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей путем измерения температуры кровеносных тканей, лежащих под кожей биологической ткани, с любого участка поверхности кожного покрова.

Указанная цель достигается тем, . ЗФ что в устройстве для измерения температуры, содержащем корпус в виде стакана иэ теплоиэолирующего материала и термочувствительный элемент, стакан сйабжен перегородками, 40 расположенными параллельно основанию стакана на одинаковом расстоя- . нии одна от другой, на.внешней перегородке, закрывающей полость стакана, изнутри расположен термочувст- 45 вительный элемент, причем отношение . высоты стакана к расстоянию между перегородками равно (n+2.), где целое число, выражающее высоту стакана в сантиметрах, а отношение диа-. gg метра стакана и .к его высоте 3 лежит в пределах

1 (-у-<3

На фиг. 1 схематически изображено устройство на фиг. 2 - распределе ние температуры в условном попереч-. ном разрезе кожной ткани ари естест- венном теплообмене, на фиг. 3то же, при наложении устройства, &О на фиг. 4 - схема расчета критерия соотношения размеров датчика предлагаемого устройства.

Предложенная совокупность призна.ков приводит к значительному сокра; &я щению теплоотдачи с измеряемого участка.

Устройство содержит (фиг. 1) теплоизолирующий стакан 1, металлическую крышку 2, к которой прикреплен термочувствительный элемент 3.

Внутренний объем стакана разделен на ячейки перегородками 4.

При наложении устройства иа кожу таким образом, чтобы крышка 2 соприкасалась с поверхностью кожного покрова температура накрытого участка начинает возрастать.

Установившееся значение температуры в центре крьнаки соответствует температуре лежащих под кожей кровеносных тканей.

Рассматривая температурное поле в подкожном слое биологической ткани, можно показать, что происходящий в нем теплообменный процесс в первом приближении описывается моделью, включающей пассивный слой кожи (состоящий в общем csvAae иэ эпидермиса и сетчатого слоя дермы) и расположенный под ним непрерывный источник теплоты постоянной температуры - ткань, пронизанную кровеносными сосудами кожи.

Градиент -температуры в пассивном слое кожи 5 (фиг. 2) определяется условиями теплообмена с окрУжающей средой

77

> (7л T pl где 4< - тецлопроводность пассивного слоя)

Г - толщина пассивного слоя (глубина залегания кровеносной ткани}; о(- суммарный коэффициент теп." лоотдачиу

Т вЂ” температура глубоких слоев;

Т д,температура поверхности кожного покрова;

Т „ - температура окружающей среды.

Из выражения.(1) видно, что тем« пература на поверхности кожи Тд тем меньше отличается от температуры глубоких слоев Т, чем меньше коэфТ . фициент теплоотдачи аС . При AZ O

Т„приближается к Т>. Повышения температуры Тт в этих условиях не происходит вследствие терморегуляции организма.

Йри наложении предлагаемого устройства на кожу с накрытого участка полностью прекращается теплоотдача испарением, значительно ослабляется теплоотдача излучением.

Кроме того, в результате отсутст- вия конвенции в полости стакана перенос тепла с поверхности осуществляется только теплопроводностью.

Стенки стакана выполнены теплоизоли-.

107б773 рующнми для минимизации отвода тепла в направлении поперечной оси Ох.

После окончания переходного процесса распределение температуры по

:оси Ох в пассивном слое кожи и устройстве примет вид, показанный на фнг. 3. Отношение температур определится выражением

К тт-тя 3к т в к и акр х К к Ъ где t . --. .длина устройства, A> - теплопроводиость материала устройства.

Отсюда следует, что при прекращении испарения, излучения и конвекции условием остается получение, достаточно большого теплового сопротивления устройства.

Для достижения высокого быстродействия необходимо, чтобы материалы,.: вкходящие в устройство, имели большой коэффициент температуропроводности. Всем этим требованиям в .Наибольшей Степени удовлетворяет гаэообразная.среда, а наилучшей формой устройства является полый теплоизолирукщий,стакан, разделенный на.ячейки с характеристическим размером,-удовлетворяющим условию

: 6„ Р„.(Ю закрытый тонкостенной метал- . . лической:крышкой.

Критерий Грасгофа . ) 2 где p - коэффициент теплового расширения воздуха ф - ускорение свободного падения, 4 кинематическая вязкость воздуха,,йТТ„ -Т, р температурный напор, т,„р= 20 С

Т - температура поверхности .кол ного покрова, а - расстояние. между перегородками °

Учитывая, что для воздуха критерий Прандтля Р равен О,?, получаем, ь г д цgT о, .". (1 ,д 2

%ли „®9 2

"3

49. (0 (м ((сц, I

Таким образом, расстояние ежду

5 перегородками в полости стакана должно быть меньше 1 см.

Очевидно, что температура,Т в области.измерения определяется ..л глубиной залегания кровеносных тка-, g0 ней Г„, диаметром устройства, eto, высотой и теплофнэическими характе . ристиками пассивного слоя кожи и устройства. Для обеспечения точное»:. ти измерения температуры «ровеносных тканей не ниже 0,1 С, экспериментально установленное отношение диаметра к максимальной глубине измерения устройства h лежит в пре» делах 14 а — 22, а отношение диамет»

cf

20 ра и к его длине В - в пределах (14 у 3. При этом, увеличение верхних пределов указанных соотношений практически не приводит к изменению

25 показаний устройства. Величина ниж него предела найдена из условия достижения принятой в..медицине точности измерения температуры 9 1 С.

Таким образом, нрн конкретной реа»

3О лизации устройства необходимо установить максимальную глубину залегания кровеносйых тканей на исследуемом участке тела и.определить размеры устройства .rra.sàäàêíûì аоот35 ношениям Корпус лучше scего asm«. товить as пенопласта, крышку и перегородки ячеек кз полированной металлической фольги. Типичные размеры устройства, предназначенного для использования на мягких тканях, 40 следующиег диаметр 50 мм, высота

20 me, расстояние между перегородками 5 мч, толщина фольги 10 мкм.

Испытания устройства показали, что время установления показаний

45 на мягких участках кожного покрова составляет 2-3 мин.

Предлагаемое устройство позволяет бескровным методом измерять температуру лежащих под кожей тканей

5g практически на любом участке тела, обеспечивает высокую точность измерения, а также характеризуется простотой в эксплуатации и не требует специальнйх мер по стерилизации и может быть широко использовано в диагностике- и при проведении различных медико-биологических исследований.

1076773

ВПИИПИ Заказ 733/)9 Тирам 823 Подписное

4алвал ППП "Патеит, .г. Умгород, ул. Проектная,4