Пневматический термометр Советский патент 1992 года по МПК G01K5/32 

Изобретение относится к термометрии, конкретно к газовым термометрам, и может быть использовано, Нсшример, для кон фоля 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 температуоы термобаллона, передается посредством основного капилляра к Q/юку регистрации Для исключения погрешности, связанной с непостоянством температуры основного капилляра, служит глухой компенсационный капилляр, проложенный вдоль основного

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

-ч ь. ю о

W

о

капилляра - с дополнительным термобаллоном.

Известное техническое решение имеет следующие недостатки.

Низкая точность при измерении рас- пределения температур в исследуемом объекте, обусловленная большим объемом основного термобаллона (порядка 500 куб. мм.), что, в свою очередь, связано с применением жидкостного дифманометра. Следу- ет особо подчеркнуть, что для измерения внутритканевой температуры, например, при сеансах гипертермии, необходим имплантируемый термодатчик с объемом основного термобаллона порядка 5мм и менее 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 темпера- туры жидкостного термостата с визуальным контролем баланса по дифманометру. Недостаточное быстродействие, в свою очередь, приводит к тому, что не обеспечивается необходимая точность при дина- мических 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,соединя- ющего дополнительный термобаллон с дифманометром, и второго компенсационного капилляра.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия и упрощение конст- рукции 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 темпе- ратуры, 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 мм3.

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 V 21 и дополнительного термобаллона Vi установлено равным отношению объемов основного капилляра V. и основного термобаллона Vi, т.е. V2 /Vi V2/V-I.

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 основного.

Возможен также вариант, когда не только нуль-орган, но и компенсационный капилляр, а также дополнительный термобаллон, 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 V2 и основного термобаллона Vi и может быть сделана достаточно малой. Например, при V2 0,01 Vi 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 же, 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-м;тана 5 соединен с глухим компенсационным 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 объема 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 6. 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 следуюьлм образом.

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 инъекционной иглы, которую затем удаляют из зоны измерения температуры, или через ранее введенный микрокатетер. Давление газа (воздуха) в полости, образован0 ной основным термобаллоном 1 и основным капилляром 2, воздействует на один вход нуль-органа 3 (левый на фигурах 1-4), а давление в полости, образованной дополнительным термобаллоном 7 и ком5 пенсационным капилляром 6, на другой вход. В случае, если температура термобаллона 1 превышает температуру термобаллона 7, стилбик жидкости 4 в нуль-органе 3 оказывается смещенным в сторону термо0 баллона 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

5 (фоторезистор, фотодиод и т.п.), на элемент обратной связи 8 поступает сигнал, обеспечивающий с помощью терморегулятора 9 повышение температуры термобаллона 7 до значения, равного температуре термо0 баллона 1; столбик 4 жидкости при этом возвращается в нейтральное положение, показанное на фиг. 1-4. Аналогично, если температура термобаллона 1 ниже температуры термобалпона 7, столбик жидкости 4

5 смещен в сторону гермобаллона 1, и с датчика 5 пос гупает сигнал уменьшения температуры термобаллона 7.

Таким образом, температура термобаллона 7 автоматически поддерживается

0 равной температуре термобаллона 1. Температура термобаллона 7 может быть измерена с высокой точностью. В конкретном варианте исполнения ее измеряют цифровым термометром с медным или плагино5 вым датчиком сопротивления.

Терморегулятор 9 представляет собой малоинерционный нагреватель (при измерении температур выше температуры окружающей среды) или полупроводниковый

0 термоэлемент на эффекте Пельтье.

В варианте конструкции (фиг. 4) температура компенсационного капилляра 6 может отличаться от средней температуры основного капилляра 2, однако и в этом

5 случае наличие компенсационного капилляра 6 обеспечивает сохранение масштаба преобразования температуры dTi /dTi 1 (Ti и TI - температуры основного и дополнительного термобаллонов, соответственно).

Таким образом, предложенное техническое решение упрощает конструкцию, а также повышает точность и быстродействие термометра, что особенно важно при его использовании для контроля внутриткане- вой температуры в сеансах общей и локальной ВЧ- и УВЧ-гипертермии, например, при лечении онкологических заболеваний. Особо 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, отличающийся тем, 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 час-

тично заполненного жидкостью продолжения основного капилляра и снабжен датчиком положения капли жидкости, выполненным с злементом обратной связи, через который он соединен с регулятором температуры.

2.Термометр по п. 1,отличающий- с я тем, что отношение объемов глухого компенсационного капилляра и дополнительного термобаллона равно отношению объемов основного капилляра и основного термобаллона,

3.Термометр поп. 1,отличающий- с я тем, что основной и глухой компенсационный капилляры расположены один в другом.

4.Термометр по п. 1,отличающий- с я гем, что глухой компенсационный капилляр v дополнительный термобаллон выполнены в виде продолжения основного кап и чл яра.

5.Термометр поп. 1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, нто основной термобаллон и основной капилляр выполнены из стекла или из плавленого кварца.

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

6 M)

Фиг. 1

Фиг. 2

, rf 8 h 7/v -}

х -... (ft /

} - т|лв-вдI

5-4сЛ /

v 4 f i p;

I fr tbwarTfc mK,ifjKfrttl

4

9

ПЪ) Ю

ФигЛ V

Фие.З

V