[发明专利]快速皮肤温度计

说明书

本发明涉及一种测温装置，是一种接触型快速测温的快速温度计，特别是一种能够在温度传感器与皮肤接触0.5秒到1秒钟之间，测出人体皮肤温度的快速皮肤温度计。

常规的接触型温度计作温度测量，都基于热平衡原理，若测温前待测温物体的温度较温度计的温度高，温度计与待测温物体接触后，温度计温度的上升率与待测温物体与温度计之间的温度差成正比，当待测温物体的温度恒定时，温度计的温度-时间曲线是一条以待测温物体温度为渐近线的指数曲线（见附图1虚线所示）。当曲线与渐近线之间的温度差△T开始小于测量精度要求时，就认为二者温度相等，所用的时间t。就是测温时间，所以测温后期时间拖得很长。在测量人体皮肤温度中，由于温度传感器与皮肤接触，使接触处的皮肤在测温一开始到以后的相当长一段时间内，因损失热能而温度下降，直到肌体内部传出的热能补偿了此热损失后，皮肤温度才恢复到初始值。这个原因使得对皮肤测温比对恒温物体测温的时间拖得更长。曾有人用降低温度传感器的质量、比热容，减小温度传感器与皮肤间热阻的办法来缩短测温时间，实现快速测温，但都没有成功。要实现快速测温，只有使用动态测温法。动态测温法可以分作两大类，一类是从描写温度传感器的温度状态方程出发，着眼于对方程解的拟合、逼近，而后快速外推到时间趋于无穷时的温度（即用热平衡法测出的温度）。温度传感器的温度状态方程是一个常微分方程，它的解是一个包含指数函数的曲线，用测量值对此曲线拟合、逼近，必需使用多点采样的方法，如此总的测温时间必然拖得较长，如文献US4541734、EP0338076中述及的那样。正是由于多点采样，温度传感器与皮肤接触时间较长，使皮肤有较大的温度降，引出了另一个描写皮肤温度状态的方程，导致一个微分方程组的解，使问题复杂化了。文献EP0338076中详细讨论了这种情况。这种方法的另一缺点是计算中包含着时间变量，因此测量的时间间隔不能取得很短，否则测量精度会大幅度下降。动态测温度的另一大类是直接从温度传感器的温度状态方程出发，不涉及方程的解、计算中没有时间变量。因为方程中待测的皮肤温度与温度传感器的实际温度之差、同温度传感器在测量点处温度对时间的微商值是比例关系，当比例系数固定后，就可用一点采样的方法测出皮肤的温度。采样值中只有温度传感器的温度值及其对时间的微商值，不明含时间，这使测量时间可以取得很短，达到了快速测温的目的。前一类动态测温度中使用了采样值与方程解曲线的多点拟合、快速外推，要使用计算机，使得这种测温装置构造复杂、造价昂贵、不便普及。后一类动态测温法可以用以运算放大器为基础的模拟电路计算微商值，精度高且电路简单，便于推广实用。被测的人体皮肤温度一般在0℃到45℃之间，温区完全在本发明所选定的温度传感器的线性应用范围之内，没有非线性效应引来的麻烦，也就没有文献《热物理专辑》（清华大学工程热物理教研室，1981）中述及的需用多点采样、最小二乘法计算，从而无法进一步缩短测量时间的麻烦。

本发明的任务是直接从温度传感器的温度状态方程出发，使用动态测温法，研制出稳定、廉价、结构简单和使用方便的秒级以下测温时间、测温面积可以小于10平方毫米的接触型快速皮肤温度计，对人体皮肤温度的空间分布和时间变化作出快速测量。

附图1是说明常规测温与快速测温的区别的示意图。