DE3018863A1

DE3018863A1 - Beheizter messwertnehmer fuer physiologische messgroessen mit einem eingebauten temperaturabhaengig steuerbaren schalter

Info

Publication number: DE3018863A1
Application number: DE19803018863
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 7800 Freiburg Leist
Original assignee: Hellige GmbH
Current assignee: GE Medical Systems Information Technologies GmbH
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1980-05-16
Publication date: 1981-11-26
Also published as: EP0040416B1; DE3165368D1; US4432365A; JPS6220812B2; EP0040416A1; JPS5717642A

Description

HELLIGE GMBH PW-P 445

TER MEER · MÖLLER ■ ST ElW4EIS TETR 3018863

-A-BESCHREIBUNG

Gegenstand des Hauptpatents (der Hauptpatentanmeldung P 29 11 601.6) ist ein Meßwertaufnehmer für physiologische Meßgrößen mit einer Einrichtung zur vorzugsweise elektrischen Beheizung, in den aus Gründen der Sicherheit zur Vermeidung von tibertemperaturen ein Schalter eingebaut ist, der die Heizung unterbricht, beispielsweise durch Unterbrechen oder Kurzschließen der Zuleitungen zum Heizelement, wenn ein bestimmter Schwellenwert der Temperatur überschritten ist. Bekannt ist es schon, beispielsweise in transkutane Meßwertaufnehmer für die medizinische Diagnostik, Temperaturfühler einzubauen, die einen bestimmten Betriebstemperaturbereich, beispielsweise von ca. 37 bis ca. 45⁰C gewährleisten. Durch Defekte im Temperaturfühler oder im Heizleistungsregelkreis kann jedoch die Gefahr bestehen, daß die Heizung außer Kontrolle gerät, so daß Hautschädigungen oder Verbrennungen durch Übertemperatur nicht ganz ausgeschlossen werden können. Diesem Sicherheitsproblem wurde mit dem Einbau eines temperaturabhängig steuerbaren Schalters unmittelbar im Meßwertaufnehmer gemäß der Lehre des Hauptpatents (der Hauptpatentanmeldung) begegnet.

Wird bei der mit dem Hauptpatent (der Hauptpatentanmeldung) vorgeschlagenen Lösung ein elektronischer, unmittelbar in den Meßwertaufnehmer eingebauter Schalter verwendet, so wird dafür eine Betriebsspannung benötigt, die nach-

folgend als Hilfsspannung bezeichnet ist. Wird diese Hilfsspannung aus dem Stromversorgungsteil des Meßgeräts gewonnen, so wird selbstverständlich mindestene eine zusätzliche Leitung zwischen dem Meßgerät und dem Meßwertaufnehmer benötigt. Dadurch jedoch kommt im Verbindungskabel zwischen dem Meßgerät und dem Meßwertaufnehmer mindestens eine zusätzliche Ader hinzu. Zwar kann die Schaltungsanordnung des elektronischen Schalters

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so getroffen sein, daß bei einem Bruch dieser zusätzlichen Leitungsader in jedem Fall eine Abschaltung der Heizung erfolgt, der Gesamtaufwand wird jedoch in jedem Fall größer und man rückt von dem stets angestrebten Ziel weiter ab, nämlich die Anzahl der Leitungsadern im Verbindungskabel· möglichst gering zu halten.

Der im Patentanspruch 1 in kurzer Zusammenfassung angegebenen Erfindung liegt damit ausgehend von der Lehre des Hauptpatents (der Hauptpatentanmeldung) die Aufgabe zugrunde,einen unmittelbar in einen Meßwertaufnehmer für physiologische Meßgrößen einzubauenden elektronischen Schalter zu schaffen, der mit einer Temperaturüberwachungseinrichtung gekoppelt ist, ohne durch zusätzlichen Aufwand der überwachungseinrichtung die Betriebssicherheit zu reduzieren,aber auch ohne eine getrennte Stromversorgungsader im Verbindungskabel zwischen dem Meßgerät und dem Meßwertaufnehmer zu benötigen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung, nämlich die Stromversorgung für den elektronischen Schalter aus der Heizstromversorgung des Meßwertaufnehmers zu speisen und die Temperaturüberwachungseinrichtung für den Schalter im Aufnehmer unterzubringen, wird einerseits mindestens eine zusätzliche Leitungsader,also auch eine nachteilige Verdickung des Verbindungskabels zwischen dem Meßgerät und dem Meßwertaufnehmer vermieden und das durch eine zusätzliche Leitungsader inhärent vorhandene Sicherheitsproblem wird ebenfalls gelöst. Bei der Direktspeisung der Temperaturüberwachungseinrichtung und des von dieser gesteuerten elektronischen Schalters aus den Stromversorgungsleitungen für die Heizung wird eine überhitzung des Meßwertaufnehmers unmöglich, denn eine Unterbrechung der Stromversorgung für den elektronischen Temperaturschalter bedeutet gleichzeitig eine ünter-

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brechung der Stromversorgung der Heizung.

Die Erfindung bietet also den Vorteil, daß eine zusätzliche sicherheitsvermindernde Zuleitung vermieden wird und es wird erreicht, daß bei einem Leiterbruch der Temperaturschalter und die Heizung gleichzeitig unterbrochen werden, so daß ein alleiniger Ausfall des Temperaturschalters mit der Gefahr einer überhitzung vermieden wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung wird durch eine einfache ergänzende Schaltungsmaßnahme in der Temperaturüberwachungseinrichtung erreicht, daß die Stromzufuhr zur Heizung entweder ganz bis zu einer vom Gerätebenutzer einzuleitenden Maßnahme oder mindestens so lange unterbrochen wird, bis eine bestimmte obere Schwellenwerttemperatur, die an der Temperaturüberwachungseinrichtung eingestellt werden kann, wieder unterschritten ist.

Der erfindungsgemäße elektronische Temperaturschalter mit zugeordneter Temperaturüberwachungseinrichtung läßt sich als integrierter Schaltkreis oder als Hydribschaltkreis auf kleinstem Raum im Gehäuse des Meßwertaufnehmers unterbringen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen elektronischen Temperaturschalters mit zugeordneter Temperaturüberwachungseinrichtung;

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Fig. 2 eine etwas abgewandelte Ausführungsform der

Schaltung nach Fig. 1 mit einer zusätzlichen Maßnahme zur bleibenden Abschaltung der Heizung

im Meßwertaufnehmer nach überschreiten eines bestimmten Schwellenwerts der Temperatur und Fig. 3 dasSchaltbild der Fig. 2 mit einer beispielsweisen Einzeldarstellung des in Fig. 1 mit X-bezeichneten Schwellenwertschalters.

Einander entsprechende Bauteile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte elektronische Temperaturschalter mit Temperaturüberwachungseinrichtung besteht aus einem Schalttransistor T₁, dessen Kollektor-Emitter-Strecke (Laststrecke) in Reihe zu einem Lastwiderstand R₇ liegt, welcher insbesondere die Heizwicklung des Meßwertaufnehmers darstellt oder diese enthält. Die Reihenschaltung aus Transistor T₁ und Lastwiderstand R₇ liegt zwischen dem Gleichspannungsausgang eines Vollweg-Brückengleichrichters, gebildet aus Dioden D₁ bis D₄. Dieser Vollweg-Gleichrichter dient zur Gleichrichtung einer in der Regel impulsförmigen (getakteten) Wechselspannung U„, welche der oben erwähnten unmittelbar aus der Stromversorgung für die Heizwicklung abgeleiteten Hilfsspannung entspricht. Sofern das Vorzeichen von U positiv ist, kann der Brückengleichrichter D. bis D₄ entfallen. In der Schaltung nach Fig. 1 dient die Reihenschaltung einer Diode Dr und eines Kondensators C₁ zwischen den Gl-eichspannungsausgängen des Vollweg-Gleichrichters D. bis D₄ zur Glättung der Betriebsspannung für einen Schwellen-« wertschalter, z.B. Schmitt-Trigger X.., dessen Ausgangskreis zwischen den Anschlüssen 4, 6 in Reihe zu Widerständen Rr, R_ß liegt. Die Basis des Transistors T₁ ist am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R₅ und R_ß angeschlossen.

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Ersichtlicherweise ist der jeweilige Arbeitspunkt des Transistors T₁ bestimmt durch das jeweilige Widerstandsteilerverhältnis R,-: (R_n-+R. ,) , wobei mit R. _c der Widerstand zwischen den mit Bezugshinweis 4 bzw. 6 Anschlüssen des Schwellenwertschalters^bezeichnet ist. Ein in den Fig. 2 und 3 im Ausgangskreis des Schwellenwertschalter X₁ liegender Kondensator C~ dient als Störschutz und zur Ansprechverzögerung bei Einschalten der Versorgungsspannung.

Der Schalt- oder Einsatzpunkt des Schwellenwertschalters X₁ wird durch das Teilerverhältnis von zwei zwischen der gleichgerichteten Hilfsspannung in Reihe liegenden Widerständen R₁ und R2 bestimmt, von denen der Widerstand R₁ ein temperaturabhängiger, möglichst nahe der Meßoberfläche des Meßwertaufnehmers angeordneter Widerstand, also beispielsweise ein Thermistor ist, während am Einstell·- widerstand R₂ die SchaitschWe^e des Schwellenwertschalters X₁ eingestellt werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist zwischen dem Ausgang und dem Steuereingang des Schwellenwertschalters X₁ eine Diode D_g geschaitet, welche nach überschreiten der einstellbaren SchaltschWe^e für eine bleibende Abschaltung sorgt, bis durch den Gerätebenutzer die Ursache einer mögiichen Übererwärmung des Meßwertaufnehmers beseitigt ist. Durch die Diode Dg wird mittels einer starken positiven Rückkopplung ein Thyristoreffekt erzielt.

Die Fig. 3 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel· für den Schwellenwertschalter X^. Wie dargestellt, kann die Reihenschaltung der Widerstände R₁ und R₀ durch para^el· geschaltete Reihenwiderstände R„ und R₄ zu einer Widerstands-

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brücke ergänzt sein, in deren Querzweig die beiden Eingänge eines Differenzverstärkers V₁ liegen. Anstehe eines Differenzverstärkers kann auch ein Komparator verwendet werden.

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Die Schaltung nach Fig. 3 arbeitet wie folgt:

Überschreitet die Temperatur von R₁ und damit die Spannung an Punkt 1 den durch R₃/R. vorgegebenen Schwellenwert, so wird der Ausgang 6 von V₁ positiv, sperrt also T₁ und unterbricht damit den Heizstrom durch R₇. Gleichzeitig wird über D_ß der nicht-invertierende Eingang von V-durch positive Rückkopplung auf positiveres Potential gebracht, was ein sauberes Schaltverhalten bewirkt und durch die Klemmwirkung von Dg ein Absinken des Potentials an Punkt 1 auch dann verhindert, wenn die Temperatur sinkt und R₁ hochohmiger wird. C- wirkt hier als Integrator mit der Ausgangsstufe von V₁.

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Leerseite

Claims

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandatalres agroes pres !'Office european des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister

Dipl.-Ing, F. E. Müller „. , „ _,

Triftstrasse 4. S.ekerwall 7,

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

PW-P 445 16. Mai 1980

Mü/hir/vL

HELLIGE GmbH

Heinrich-von-Stephan-Straße 4 D-7800 Freiburg im Breisgau

Beheizter Meßwertaufnehmer für physiologische Meßgrößen mit einem eingebauten temperaturabhängig steuerbaren

Schalter.

(Zusatz zu Patentanmeldung P 2 9 11 601.6)

PATENTANSPRÜCHE

iy Meßwartaufnehmer für physiologische Meßgrößen mit einer Einrichtung zur elektrischen Beheizung, in den gemäß

Patent (Patentanmeldung P 29 11 601.6)

unmittelbar ein temperaturabhängig steuerbarer Schalter eingebaut ist, der die Beheizung selbsttätig außer Funktion setzt, wenn die Temperatur einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperaturüberwachungs-

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einrichtung für den Schalter (T₁) im Aufnehmer untergebracht ist, und daß die zum Betrieb der Temperaturüberwachungseinrichtung erforderliche Hilfsenergie unmittelbar aus der vorhandenen Stromversorgung für die elektrische Beheizung (Ry) abgeleitet ist.

2. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit der Temperaturüberwachungseinrichtung verbundene Schaltungsgruppe (X- ,Dg) welche die Unterbrechung der Stromzufuhr zur Heizung vom Erreichen der Schwellentemperatur an mindestens bis zum Eingreifen durch den Benutzer dauernd sicherstellt (Thyristoreffekt) .

3. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schaltungseinheit in der Temperaturüberwachungseinrichtung, welche die Stromzufuhr zur Heizung vom Erreichen der Schwellenwerttemperatur an so lange unterbricht, bis die Schwellenwerttemperatur wieder unterschritten wird.

4. Meßwertaufnehmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturüberwachungseinrichtung einen Schwellenwertschalter (X₁) enthält, durch welchen die Heizung vom Erreichender Schwellenwertternperatur an so lange außer Funktion gesetzt wird, bis eine um den Betrag der Scha,JLthysterese verminderte Temperatur wieder erreicht wird.

5. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 4,

dadurch

gekennzeichnet , daß der Eingang des Schwellenwertschalters (X₁) im Querzweig einer von der Heizstromversorgung (U„) gespeisten Widerstandsmeßbrücke (R₁ ti I

bis R₄) liegt, deren einer Zweig einen temperaturabhängigen Widerstand (R₁) enthält.

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6. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet , daß der steuerbare

Schalter einen Transistor (T.) enthält, dessen Kollektor-Emitterstrecke in Reihe zu einer Heizwicklung im Meßwertaufnehmer geschaltet ist und in dessen Steuerkreis der Schwellenwertschalter (X₁) liegt.

- Meßwertaufnehmer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Schwellenwertschalter ein Differenzverstärker ist.

8. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß zur Festhaltung der Abschaltung nach überschreiten des Temperaturschwellenwerts der Ausgang des Differenzverstärkers (V ) über eine Diode (D_fi) mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers (V₁) verbunden ist.

9. Meßwertaufnehmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (C₂) vorgesehen ist, der das Ansprechen der Schwellenwertschaltung beim Anlegen der Versorgungsspannung (UH) bzw. bei getakteter Versorgungsspannung verzögert.

10. Meßwertaufnehmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Störunterdrückungsglied (C₂) vorgesehen ist, das ein Ansprechen des Schwellenwertschalter (X₁) auf Störsignale verhindert.

11. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicherglied (D₅, C₁) eine Versorgung der Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche aus einer getakteten Versorgungsspannung ermöglicht.

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