Пневматический термометр

1742639 А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 5 001 К 5/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Казанский физико-технический институт и Казанский научный центр АН СССР (72) В.А, Гончаров(56) Авторское свидетельство СССР ЛЕ 275461, кл. 6 01 К 5/32, 1968,Авторское свидетельство СССР К. 1051384, кл. 6 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 отн конкретно к газовым быть использовано, н внутритканевой темп щей и локальной ВЧ при лечении онкологиИзвестны термо термобаллон, основн капилляры, а такж Действие прибора о нии газа в термобал зависящее от темпе передается посредст ляра к блоку регистр погрешности, связан температуры основно глухой компенсацион женный вдоль основн осится к термометрии, термометрам, и может апример,для кон гроля ературы в сеансах об - и УВЧ-гипертермии ческих заболеваний.метры, содержащиеой и компенсационный е блок регистрации.сновано на расширелоне, Давление газа,ратуры термобаллона, вом основного капилации. Для исключения ной с непостоянством го капилляра, служит ный капилляр, пролоого. 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 основным термобаллоном. Другой вход нуль-индикатора соединен с компенсационным капилляром, проложенным вдоль основного, а посредством дополнительногокапилляра - 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 менеез 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 с45 5055 5 1015 2025303540 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 .зОсновной термобаллон и основной капилляр выполнены из стекла или из плавленого кварца, что обеспечивает жесткость термобаллона и одновременно достаточнуюгибкость 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, кувеличению быстродействия термометра. Быстродействие и точность термометра увеличиваются также за счет использования элемента обратной связи,Предложенное техническое решениепозволяет исключить имеющиеся в прототипе капилляр дополнительного термобаллона и второй компенсационный капилляр, поскольку в предложенной конструкциитермометра 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 Ч 2 и дополнительного термобаллона Ч 1 установлено равным отношению объемов основного капилляра Ч 2 и основного термобаллона Ч 1, т.е. Ч 2 /Ч 1 = Ч 2/Ч 1.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 Ч 2 и основного термобаллона Ч 1 и может быть сделана достаточно малой. Например, при Чг = =0,01 Ч 1 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 геометично 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 6, В этом случае жидкость в нуль-органе 3 заполняет область тороидальной формы мзжду компенсационным капилляром 6 и защитной оболочкой 10.В варианте, (фиг. 4) компенсационным капилляром служит отрезок 6 капилляра 1.Термометр работает следующим образом.10 дополнительным термобаллоном 7 и ком 15 пенсационным капилляром 6, на другой вход, В случае, если температура термобал 20 30 35 40 45 50 55 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 с 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 температуоа термобаллона 1 ниже температуры термобаллона 7, столбик жидкости 4 смещен в сторону термобаллона 1, и с датчика 5 поступает сигнал уменьшения температуры термобаллона 7.Таким образом, температура термобаллона 7 автоматически поддерживается равной гемпературе термобаллона 1, Температура теомабаллона 7 может быть измерена с высокой точностью. В конкретном 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 капилляра 2, однако и в этом случае наличие компенсационного капилляра 6 обеспечивает сохранение масштаба преобразования температуры бТ/бТ= 1 (Т 1 и Т - 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 внутритканевой 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, о т л ич а ю щ и й с я 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 частично заполненного жидкостью продолжения основного капилляра и снабжен датчиком положения капли жидкости,выполненным с элементом обратной связи,5 через который он соединен с регуляторомтемпературы,2. Термометр по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что отношение объемов глухогокомпенсационного капилляра и дополни 10 тельного термобаллона равно отношениюобъемов основногО капилляра и основноготермобаллона,3. Термометр по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что основной и глухой компенсаци 15 онный капилляры расположены один в другом.4. Термометр по и, 1, о т л и ч а ю щи йс я тем, что глухой компенсационный капилляр и Дополнительный термобаллон выпал"20 нены в виде продолжения Основногокап и л ляраб, Термометр по и. 1, 0 т л и ч а ю щ и йс я тем, что основной термобаллон и основной капилляр выполнены из стекла или из25 плавленого кваоца.