Пневматический термометр

 

Использование термометрия, контроль внутритканевой температуры в сеансах общей и локальной ВЧ- и УВЧ-гипертемии при лечении онкологических заболеваний. Цель: повышение точности и быстродействия и упрощение конструкции. В термометре использован основной термобаллон 1, соединенный основным капилляром 2 с одним из входов нуль-органа 3, представляющего собой участок основного капилляра 2, содержащего каплю 4 жидкости и снабженного датчиком 5 положения капли 4. Термометр содержит также глухой компенсационный капилляр 6, соединенный с другим входом нуль-орган 3 и с дополнительным термобаллоном 7 Нуль-орган 3 через элемент 8 обратной связи соединен с терморегулятором 9 дополнительного термобаллона 7 что при работе термометра обеспечивает равенство температур дополнительного термобаллона 7 и основного термобаллона 1, помещенного в исследуемую среду 4 з.п. ф-лы, 4 ил (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛ IK (51)5 G 01 К 5/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ф

,С (ь) о,>

) ь

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4829172/10 (22) 28,06.90 (46) 23.06.92. Бюл. ¹ 23 (71) Казанский физико-технический институт и Казанский научный центр АН СССР (72) В.А, Гончаров (53) 536.513(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 275461, кл. G 01 К 5/32, 1968.

Авторское свидетельство СССР

N- 1051384, кл. G 01 К 5/32, .982. (54) ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ТЕРМОМЕТР (57) Использование; термометрия, контроль внутритканевой температуры в сеансах общей и локальной ВЧ- и УВЧ-гипертемии при лечении онкологических заболеваний, Цель: повышение точности и быстродействия и

Изобретение относится к термометрии, конкретно к газовым термометрам, и может быть использовано, например, для кон гроля внутритканевой температуры в сеансах общей и локальной ВЧ- и УВЧ-гипертермии при лечении онкологических заболеваний.

Известны термометры, содержащие термобаллон, основной и компенсационный капилляры, а также блок регистрации.

Действие прибора основано на расширении газа в термобаллоне, Давление газа, зависящее от температуры термобаллона, передается посредством основного капилляра к блоку регистрации. Для исключения погрешности, связанной с непостоянством температуры основного капилляра, служит глухой компенсационный капилляр, проложенный вдоль основного.

„„. Ж „„1742639 А1 упрощение конструкции. В термометре использован основной термобаллон 1, соединенный основным капилляром 2 с одним из входов нуль-органа 3, представляющего собой участок основного капилляра 2, содержащего каплю 4 жидкости и снабженного датчиком 5 положения капли 4. Термометр содержит также глухой компенсационный капилляр 6, соединенный с другим входом нуль-орган 3 и с дополнительным термобаллоном 7. Нуль-орган 3 через элемент 8 обратной связи соединен с терморегулятором 9 дополнительного термобаллона 7, что при работе термометра обеспечивает равенство температур дополнительного термобаллона

7 и основного термобаллона 1, помещенного в исследуемую среду, 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Известен пневматический термометр содержащий основные термобаллон и капилляр, дополнительные термобаллон и капилляр, два глухих компенсационных капилляра, нуль-орган (нуль-индикатор) в виде жидкостного дифференциального манометра и устройство для контролируемого изменения температуры дополнительного термобаллона (жидкостный термостат), Один вход нуль-индикатора соединен с компенсационным капилляром, проложенным вдоль дополнительного капилляра, а посредством основного капилляра — с основHhIM термобаллоном. Другой вход нуль-индикатора соединен с компенсационным капилляром, проложенным вдоль ocHoBHolo, а посредством дополнительного

1742639

10

25

35

55 капилляра — с дополнительным термобаллоном.

Известное техническое решение имеет следующие недостатки.

Низкая точность при измерении распределения температур в исследуемом объекте, обусловленная большим объемом основного термобаллона (порядка 500 куб. мм.), что, в свою очередь, связано с применением жидкостного дифманометра. Следует особо подчеркнуть, что для измерения внутритканевой температуры, например, при сеансах гипертермии, необходим имплантируемый термодатчик с объемом основного термобаллона порядка 5 мм и менее з и диаметром основного капилляра порядка

0,01 мм (в известном техническом решении диаметр основного капилляра порядка 0,5 мм).

Низкое быстродействие термометра, которое связано с большой тепловой инерционностью основного термобаллона, обусловленной его значительными размерами и массой, и с необходимостью балансировки термометра путем регулирования температуры жидкостного термостата с визуальным контролем баланса по дифманометру.

Недостаточное быстродействие, в свою очередь, приводит к тому, что не обеспечивается необходимая точность при динамических измерениях, когда скорость изменения температуры объекта достигает единиц градусов в минуту, что имеет место в сеансах локальной ВЧ- и УВЧ-гипертермии.

Конструктивная сложность и громоздкость, связанные с применением жидкостного термостата и дифманометра, что приводит, в частности, к необходимости использования длинного капилляра, соединяющего дополнительный термобаллон с дифманометром, и второго компенсационного капилляра.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия и упрощение конструкции термометра, Цель достигается тем, что в пневматическом термометре, содержащем основной термобаллон, соединенный через основной капилляр с входом нуль-органа, дополнительный термобаллон и глухой компенсационный капилляр, последний соединен непосредственно с дополнительным термобаллоном, снабженным регулятором температуры, и с другим входом нуль-органа, а нуль-орган выполнен в виде частично заполненного жидкостью продолжения основного капилляра и снабжен датчиком положения капли жидкости, выполненным с элементом обратной связи, через который он соединен с регулятором температуры.

Предложенное техническое решение позволяет довести диаметр основного капилляра до величин порядка 0.01 мм, а объем основного термобаллона — до 1 — 10 мм . з

Основной термобаллон и основной капилляр выполнены из стекла или из плавленого кварца, что обеспечивает жесткость термобаллона и одновременно достаточную гибкость капилляра.

Использование указанных материалов гарантирует также нечувствительность термометра к высокочастотным электромагнитным полям, чем определяется, в частности, его применимость для контроля температуры в сеансах ВЧ- и УВЧ-гипертермии.

Уменьшение объема основного термобаллона приводит к понижению его тепловой инерционности, а следовательно, к увеличению быстродействия термометра.

Быстродействие и точность термометра увеличиваются также за счет использования элемента обратной связи, Предложенное техническое решение позволяет исключить имеющиеся в прототипе капилляр дополнительного термобаллона и второй компенсационный капилляр, поскольку в предложенной конструкции термометра отсутствуют жидкостный термостат и дифманометр. Таким образом, для решения поставленной задачи необходимо наличие основного и одного компенсационного капилляров, Полная компенсация погрешности, вызванной изменениями температуры окружающей среды, имеет место в том случае, когда отношение объемов компенсационного капилляра V2 и дополнительного термобаллона V> установлено равным отношению объемов основного капилляра Ч и основного термобаллона V>, т.е. Чг lV> =М(V>.

Возможен вариант, когда основной и компенсационный капилляры расположены один внутри другого, например, основной капилляр внутри компенсационного.

При этом основной капилляр помещают в защитную оболочку, а пространство между внутренней поверхностью защитной оболочки и внешней поверхностью основного капилляра играет роль компенсационного капилляра, что оптимизирует конструкцию термометра. В ряде случаев более удобной может оказаться реализация, когда компенсационный капилляр размещен внутри Qcновного.

Возможен также вариант, когда не только нуль-орган, но и компенсационный капилляр, а также дополнительный термо1742639 баллон, выполнены в виде продолжения основного капилляра. При этом полной компенсации погрешности, вызванной изменениями температуры окружающей среды, не происходит. Но в данном случае эта погрешность определяется отношением объемов основного капилляра Чт и основного термобаллона Ч1 и может быть сделана достаточно малой. Например, при Vz =

=0,01 V1 изменение температуры окружающей среды (т.е. температуры основного капилляра) на 1 К приводит к изменению показаний термометра на 0,01 К.

На фиг. 1 изображена общая схема термометра; на фиг, 2 — термометр, когда основной капилляр расположен внутри компенсационного капилляра; на фиг. 3 — то

>ке, вариант; на фиг. 4 — термометр, когда компенсационный капилляр и дополнительный термобаллон выполнены в виде продолжения основного капилляра, Основной термобаллон 1 соединен основным капилляром 2 с одним из входов нуль-органа 3, представляющая собой участок основного капилляра 2. содержащий каплю (столбик) 4 жидкости (минеральное масло) и снабженный датчиком 5 положения капли 4, Другой вход нуль-. ;,:гана 5 соединен с глухим компенсационнь,м капилляром

6, образующим единую полость с дополнительным термобаллоном 7. Нуль-орган 3 через элемент обратной связи 8 соединен с регулятором 9 температуры дополнительного термобаллона 7, В варианте (фиг, 2) термометра основной капилляр 2 помещен в защитную оболочку 10, в оконечную часть которой герметично запрессован термобаллон 1.

При этом роль обьема компенсационного капилляра 6 выполняет объем, заключенный между внутренней поверхностью защитной оболочки 10 и внешней поверхностью основного капилляра 1.

В варианте (фиг. 3), компенсационный капилляр 6 помещен в оболочку 10, полость которой сообщается с полостью основного термобаллона 1, при этом роль объема основного капилляра 2 выполняет объем, заключенный между внутренней поверхностью оболочки 10 и внешней поверхностью компенсационного капилляра

", В этом случае жидкость в нуль-органе 3 заполняет область тороидальной формы между компенсационным капилляром 6 и защитной оболочкой 10.

В варианте, (фиг. 4) компенсационным капилляром служит отрезок 6 капилляра 1.

Термометр работает следуюшим образом.

10 дополнительным термобаллоном 7 и ком15 пенсационным капилляром 6, на другой вход, В случае, если температура термобал20

Термобаллон 1 помещают в исследуемую среду. В частности, при измерении внутритканевой температуры (в сеансах

УВЧ- и ВЧ-гипертермии) термобаллон 1 вводят в исследуемый участок ткани с помощью инъекцион ной иглы, которую затем удаляют из зоны измерения температуры, или через ранее введенный микрокатетер. Давление газа (воздуха) в полости, образованной основным термобаллоном 1 и основным капилляром 2, воздействует на один вход нуль-органа 3 (левый на фигурах

1 — 4), а давление в полости, образованной лона 1 превышает температуру термобаллона 7, столбик жидкости 4 в нуль-органе 3 оказывается смещенным в сторону термобаллона 7 от положения, соответствующего равенству температур термобаллонов 1 и 7 и показанного на фиг. 1 — 4. При этом с датчика 5 положения, состоящего из осветителя и фотоэлектрического элемента (фоторезистор, фотодиод и т,п.), на элемент обратной связи 8 поступает сигнал, обеспечивающий - помощью терморегулятора 9 повышение температуры термобаллона 7 до значения, равного температуре термобаллона 1, столбик 4 жидкости при этом возвращается в нейтральное положение, показанное на фиг, 1 — 4. Аналогично, если температура термобаллона 1 ниже температуры термобаллона 7, столбик жидкости 4 смещен в с-.орону термобаллона 1, и с датчика 5 поступает сигнал уменьшения температуры термобаллона 7.

Таким образом, температура термобаллона 7 автоматически поддерживается равной гемпературе термобаллона 1. Температура термабаллона 7 может быть измерена с высокой точностью. В конкретноом варианте исполнения ее измеряют цифровым термометром с медным или платиновым датчиком сопротивления, Терморегулятор 9 представляет собой малоинерционный нагреватель (при измерении температур выше температуры окружающей среды) или полупроводниковый термоэлемент на эффекте Пельтье, В варианте конструкции (фиг. 4) температура компенсационного капилляра 6 может отличаться от средней температуры основного капигляра 2, однако и в этом случае наличие компенсационного капилляра 6 обеспечивает сохранение масштаба преобразования температуры dT< /dT<= 1 (Т1 и T) — температуры основного и дополнительного термобаллонов, соответственно).

1742639

Таким образом, предложенное техническое решение упрощает конструкцию, а также повышает точность и быстродействие термометра, что особенно важно при его использовании для контроля внутритканевой температуры в сеансах общей и локальной ВЧ- и УВЧ-гипертермии, например, при лечении онкологических заболеваний. Qcoбо следует подчеркнуть, что мощные ВЧ- и

УВЧ-электромагнитные поля не оказывают влияния на показания термометра.

Формула изобретения

1, Пневматический термометр, содержащий основной термобаллон, соединенный через основной капилляр с входом нуль-органа, дополнительный термобаллон и глухой компенсационный капилляр, о т л ич а ю шийся те л, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения температуры и упрощения конструкции, глухой компенсационный капилляр соединены непосредственно с дополнительным термобаллоном, снабженным регулятором температуры, и с другим входом нуль-органа, причем нуль-орган выполнен в виде частично заполненного жидкостью продолжения основного капилляра и снабжен датчиком положения капли жидкости, выполненным с элементом обратной связи,.

5 через который он соединен с регулятором температуры, 2. Термометр по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что отношение объемов глухого компенсационного капилляра и дополни10 тельного термобаллона равно отношению объемов основногО капилляра и основного термобаллона, 3. Термометр по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс " "тем, что основной и глухой компенсаци15 онный капилляры расположены один в другом.

4. Термометр по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, iTo глухой компенсационный капилляр и Дополнительный термобаллон выпол20 нены в виде продолжения Основного капилляра

5, Термометр по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что основной термобаллон и основHGI капилляр выполнены из стекла или из

25 плавленого кваоца.

1742639

40

Составитель В. Гончаров

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M. Максимишинец

Редактор С, Патрушева

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2277 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС и ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5