DE3605501C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Thermometer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein solches Thermometer ist aus der DE-OS 33 46 218 bekannt. Diese Thermometer besitzen als Temperaturfühler einen Thermistor und eine Rechenschaltung, die es ermöglicht, einen Vorhersage-Temperaturwert zu ermitteln. Dies geschieht dadurch, daß in bestimmten Zeitabschnitten Temperaturwerte abgenommen, gegebenenfalls gemittelt und zur Berechnung eines Gradienten herangezogen werden. Aus dem Verlauf der Temperaturanstiegs- bzw. -Abklingkurve läßt sich eine Vorhersage über den zu erwartenden Endwert erreichen. Der Temperaturausgleich zwischen dem Ermeßpunkt an einem Meßobjekt und dem Temperaturfühler erfolgt theoretisch erst nach unendlich langer Zeit.

Man kann nun bei einem elektronischen Thermometer die Messung abbrechen, wenn sich nach einer gewissen Zeitspanne noch sehr kleine Temperaturänderungen am Meßfühler einstellen.

Bei dem bekannten elektronischen Thermometer läßt sich zwar ein sehr genauer Vorhersagewert ermitteln, jedoch ist ein beträchtlicher Zeitaufwand erforderlich, um Gewißheit über die Meßgenauigkeit des Thermometers zu erhalten. War es früher notwendig, bei elektronischen Thermometern mit Hilfe eines Umschalters von einem Vorhersagewert auf eine direkte Meßwertablesung überzugehen, um die Genauigkeit des Thermometers z. B. durch Eintauchen in ein Konstanttemperaturbad zu ermitteln, so ist in der genannten DE-OS vorgeschlagen, unter Verzicht auf eine solche Umschaltung die Meßzeit praktisch beliebig zu verlängern, damit sich der Vorhersagewert sehr genau dem aktuellen Wert annähern kann. Der nach relativ langer Meßzeit erhaltene Vorhersagewert stimmt zwar dann mit dem aktuellen Meßwert überein, und man erhält dadurch eine Aussage über die Meßgenauigkeit, jedoch ist der Zeitaufwand beträchtlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Thermometer der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art anzugeben, bei dem die Möglichkeit besteht, einerseits innerhalb kurzer Zeit die Meßgenauigkeit des Thermometers zu überprüfen, andererseits alsbald einen ziemlich genauen Vorhersagewert zu erzielen, wobei jedoch nach Ende einer von bestimmten Kriterien abhängigen Meßzeit aktuelle (momentane) Temperaturwerte angezeigt werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch im Patentanspruch angegebenen Merkmale.

Wenn der Temperaturgradient relativ hoch ist, erfolgt eine Anzeige der tatsächlichen oder momentanen Temperaturwerte. Dies signalisiert dem Benutzer, daß kein brauchbarer Meßwert zur Verfügung steht. Wenn dann die Temperatur sich nur noch langsam ändert, also der Temperaturgradient einen niedrigen Wert hat, erfolgt eine Anzeige des Vorhersagewerts. Dieser Vorhersagewert ist in der Praxis ausreichend genau. Um eine Aussage über die Genauigkeit des Thermometers zu erlangen, braucht man nur das Ende der Meßzeit abzuwarten, während das Thermometer z. B. in eine Konstanttemperaturbad eingetaucht ist. Dabei wird dann nicht ein Vorhersagewert, sondern ein direkter, aktueller Momentanwert angezeigt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines elektronischen Fieberthermometers,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für das in Fig. 1 gezeigte Thermometer und

Fig. 3 ein Flußdiagramm, welches die Arbeitsweise des Thermometers nach Fig. 1 veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht ein erfindungsgemäßes elektronisches Fieberthermometer 1. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung läßt sich die Temperatur einer Probe, beispielsweise eine Wassertemperatur, messen, um die Temperatur-Meßgenauigkeit des Thermometers zu bestimmen.

Nach Fig. 1 enthält ein Thermometerkörper des Thermometers 1 an seiner Spitze einen Temperaturfühler 2, bei dem es sich um einen Thermistor oder eine ähnliche Einrichtung handelt, der in der Lage ist, Temperaturen zu fühlen. Der Temperaturfühler wird in direkte Berührung mit einem Meßobjekt gebracht, z. B. einem menschlichen Körper. Eine Anzeigevorrichtung 3 liefert eine Temperaturanzeige der vom dem Temperaturfühler 2 erfaßten Temperatur, wozu die Temperaturdaten des Temperaturfühlers in seinen drei Ziffern umfassenden Temperaturwert umgesetzt werden. Der Temperaturwert wird z. B. in Celsius angezeigt. Außerdem ist ein Ein-/Aus- Schalter 4 vorgesehen.

Nach Einschalten des Schalters 4 zeigt die Anzeigevorrichtung 3 selektiv eine Vorhersage-Temperatur oder einen momentan gemessenen Temperaturwert an, abhängig von der Größe des Temperaturgradienten während der Messung.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung des erfindungsgemäßen Thermometers.

Das von dem Temperaturfühler 2 kommende Analogsignal wird einem Analog-/Digital-Umsetzer 5 zugeführt, welcher entsprechende digitale Signale erzeugt. Die digitalen Signale werden in eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 6 eingegeben. Ansprechend auf die eingegebenen elektrischen Signale berechnet die CPU 6 Temperaturwerte. Das Rechenprogramm hierzu ist in einem Speicher 7 gespeichert, bei dem es sich z. B. um einen Festspeicher (ROM) handelt.

Die CPU 6 arbeitet so, daß die Änderungen der Temperaturwerte bestimmt werden und die Anzeige der momentan gemessenen Temperatur oder der Vorhersage-Temperatur gesteuert wird, wobei die Vorhersage-Temperatur eine als mögliche Temperatur in Frage kommende Temperatur ist. Wenn die CPU entscheidet, daß die momentane Temperatur angezeigt werden soll, werden die berechneten Temperaturwerte von der CPU 6 direkt an die Anzeigevorrichtung 3 gegeben. Andernfalls, wenn eine Vorhersage- Temperatur angezeigt werden soll, berechnet die CPU 6 auf der Grundlage der momentanen Temperaturwerte die Vorhersage-Temperatur und zeigt diese auf der Anzeigevorrichtung 3 an.

Nach Fig. 2 sind eine Zeitsteuerschaltung 8 und eine Meßende- Detektoreinheit 9 vorgesehen, die zusammen ermitteln, ob eine Messung abgeschlossen ist oder nicht. Die Detektoreinheit 9 empfängt laufend die in der CPU 6 berechneten Temperaturwerte. Nachdem ein Temperaturwert in die Detektoreinheit 9 eingegeben wurde, liefert diese an die CPU ein Meßende-Signal, wenn nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne eine andere Temperatur eingegeben wird, die gegenüber der zuvor eingegebenen Temperatur um einen bestimmten Grenzwert höher (oder niedriger) liegt.

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, welches erläutert, unter welchen Umständen und wie die momentane Temperatur oder die Vorhersage-Temperatur angezeigt wird.

Schritt S0: Der Ein-/Aus-Schalter 4 wird eingeschaltet.
Schritt S1: Bei einem Zeitpunkt t = 0 wird der Temperaturfühler 2 in Berührung mit dem Meßobjekt gebracht. Hier wird die zu einem Zeitpunkt t vorhandene Temperatur T kurz mit T(t) bezeichnet. Im Laufe der Messung überschreitet die Temperatur T(t) einen Schwellenwert T₀.
Schritt S2: Wenn die Temperatur T(t) den Schwellenwert T₀ übersteigt, wird bestimmt, ob eine Temperatur T (T-Δt) eine kurze Zeit (Δt) vor der derzeitigen Eingabe eingegeben wurde.
Schritt S3: Dieser Schritt wird durchgeführt, wenn die Temperatur T (t-Δt) eingegeben wurde. Es wird der Temperaturgradient dT(t)/dt aus der sehr kurzen Zeitspanne "Δt" bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt berechnet. Im vorliegenden Fall handelt es sich um die Beziehung dt(t)/dt = t(t)-T(t-Δt)/dt.
Schritt S4: Abhängig davon, ob der Temperaturgradient dT(t)/ dt gleich oder größer ist als ein Schwellenwert A0 oder nicht, wird entweder die momentane Temperatur oder die Vorhersage-Temperatur als anzuzeigende Temperatur festgelegt.
Schritt S5: Wenn dT(t)/dt gleich oder größer als A0 ist, wird in diesem Schritt die momentane Temperatur angezeigt.
Schritt S6: Andernfalls, also wenn dT(t)/dt kleiner ist als A0, folgt dieser Schritt.
Schritt S7: Im Fall einer noch nicht beendeten Messung wird im Schritt S7 die Vorhersage-Temperatur berechnet.
Schritt S8: Die Vorhersage-Temperatur wird angezeigt.

Der Schritt S4 ist deshalb vorgesehen, weil bei Wasser viel weniger Zeit zur Temperaturangleichung benötigt wird als beim menschlichen Körper.

Die Vorhersage-Temperatur wird folgendermaßen berechnet:
T0: die Temperatur des Thermometerkörpers vor der Messung, normalerweise also die Zimmertemperatur.
Tf: die Temperatur des Meßobjekts.
α: die Zeitkonstante des Thermistors.

Im Zeitpunkt t läßt sich eine Temperatur T(t) durch folgende Gleichung darstellen:

Die Gleichung (1) wird nach der Zeit differenziert, und man erhält folgende Gleichung (2):

Aus den Gleichungen (1) und (2) läßt sich die Temperatur T(t) des Meßobjekts wie folgt darstellen:

Bezüglich der Zeit t wird die obigen Gleichung differentiell approximiert mit der sehr kurzen Zeitspanne "Δt", so daß man folgende Beziehung erhält:

Wenn man also die Zeitkonstante "α" in dem Speicher 7 speichert, läßt sich eine Vorhersage-Temperatur Tf auf der Grundlage der Temperatur T(t) im Zeitpunkt t und der Temperatur T(t-Δt) im Zeitpunkt (t-Δt) berechnen.

Im Schritt S6 läßt sich, selbst wenn der Temperaturgradient dT(t)/dt kleiner ist als der Schwellenwert A0, das Ende der Messung ermitteln, wenn die Temperaturwerte unverändert sind. Im Schritt S5 wird die momentane Temperatur angezeigt. Dies deshalb, weil die momentane Temperatur schließlich gemessen wird, selbst wenn die Genauigkeit der Vorhersage-Temperatur abhängig von dem Meßobjekt (menschlicher Körper) variieren kann. Im Ergebnis zeigt sich, daß innerhalb einer kurzen Zeit eine Vorhersage möglich ist, und daß zusätzlich die momentane Temperatur selbst in einer relativ langen Zeit gemessen werden kann.

Zur Unterscheidung zwischen der Ausgabe der momentanen Temperatur und der Vorhersage-Temperatur läßt sich das oben beschriebene System, bei dem Temperaturgradient dT(t)/dt verwendet wird, ersetzen durch eine der nachstehend angegebenen Alternativen.

• A. Die Summe der Temperaturgradienten von einer ersten Temperatur T(t), die einen ersten Schwellenwert T0 übersteigt, zu einer zweiten Temperatur T(t), die einen zweiten Schwellenwert T1 übersteigt. Dieser Temperaturgradient wird als Temperaturgradient des ersten Typs bezeichnet.
• B. Der Mittelwert der Temperaturgradienten des ersten Typs.
• C. Der Maximalwert der Temperaturgradienten des ersten Typs.
• D. Ein Temperaturgradient dT(t)/dt, der gerade einen Schwellenwert- Gradienten dTa/dt übersteigt. Dieser wird auch als Temperaturgradient zweiten Typs bezeichnet.
• E. Die Summe der Temperaturgradienten innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne von beispielsweise 5 Sekunden, nachdem der Temperaturgradient des zweiten Typs erreicht wurde.
• F. Der Mittelwert der Temperaturgradienten innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem der Temperaturgradient des zweiten Typs erreicht wurde.
• G. Der Maximalwert der Temperaturgradienten innerhalb einer vorbestimmten Zeit, nachdem der Temperaturgradient des zweiten Typs erreicht wurde.

Zur Erfassung der Temperatur-Konvergenz sind auch andere Mittel möglich. Beispielsweise läßt sich die Temperatur- Konvergenz dadurch feststellen, daß man eine spürbare Abnahme der Temperaturgradienten innerhalb einer speziellen Zeit zwischen einem Meßbeginn und der Stabilisierung der Temperatur feststellt.

Wenn nach Einschalten des Ein-/Aus-Schalters 4 die Temperatur außerhalb des anzeigbaren Wertebereichs liegt, wird automatisch die niedrigst mögliche Temperatur von beispielsweise 34,5°C angezeigt. Wenn die Temperatur stabil ist, wird automatisch als anzuzeigende Temperatur die momentane Temperatur bestimmt.

Claims (2)

1. Elektronisches Thermometer, insbesondere Fieberthermometer, mit

   • - einem Temperaturfühler (2), der momentane Temperaturwerte erfaßt,
   • - einer Vorhersageeinrichtung (6, 7, 9), die auf den Temperaturfühler (2) anspricht, und auf der Grundlage der momentanen Temperaturwerte einen Temperaturgradienten und einen Vorhersage-Temperaturwert berechnet,
   • - eine Ausgabesteuereinrichtung, und
   • - eine Meßende-Detektoreinrichtung (9), die ein Meßende- Signal erzeugt, wenn nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne eine Temperatur erfaßt wird, die gegenüber einem zuvor erfaßten Temperaturwert um mehr als einen vorbestimmten Grenzwert abweicht,
2. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabesteuereinrichtung (6, 8, 9) abhängig von Änderungen der momentanen Temperaturwerte selektiv die momentanen Temperaturwerte oder einen Vorhersage-Temperaturwert ausgibt, wobei der Vorhersage-Temperaturwert ausgegeben wird, wenn der Temperaturgradient kleiner als ein Schwellenwert (A0) ist und die Messung noch nicht beendet ist, anderenfalls die momentanen Temperaturwerte ausgegeben werden.