电子体温计探头最大能量耗散测试方法解析

2017-05-18 08:23侯建勋索彦彦王晓炜
科技视界 2016年19期
关键词:测试

侯建勋 索彦彦 王晓炜

[摘要]本文结合实际案例,介绍了电子体温计探头能量耗散相关标准要求及测试方法,并重点解析测试过程需要注意的问题,尤其是测试技巧和运用拟合工具的方法,冀其对相关工作的开展有所帮助。

[关键词]电子体温计;探头;能量耗散;测试

0引言

电子体温计是一种主要用于测量人体部位表面温度的医用电子产品,通常由温度传感器,液晶显示器,纽扣电池,控制电路板等部件组成,能够便捷、准确地测量体温,与已诞生数百年的传统水银体温计相比,除具有读数直观方便,测量时间短且精度高等优点外,或还具有记忆存储、蜂鸣提示等附加功能,尤其是其不含水银,对人体和周边环境无害,特别适合用于医院、家庭等场合。我国电子体温计行业起步于上世纪末,因其利润空间可观,相关政策和技术壁垒等市场准入条件较低,众多企业蜂拥而入,促使该产业高速发展,至今国内已涌现出逾百家电子体温计品牌,且电子体温计已成为家庭和医院广泛应用的医用电子诊断产品。近年来,随着医用电子设备行业的蓬勃发展,以及人民用械安全需求的与日俱增,我国医疗器械法规和技术标准体系日渐完善,电子体温计的市场准入要求也日趋严格。本文以电子体温计核心部件-温度探头为例,依据有关技术标准要求,结合实际案例,解析电子体温计关键性能指标一最大能量耗散的测试方法及技巧,冀其对生产企业相关产品设计和质量控制,以及检测机构相关测试工作的顺利开展有所帮助。

1探头最大能量耗散测试要求

温度探头是电子体温计最为核心的部件,由温度传感器构成,如热电阻、热敏电阻、热电偶或集成温度传感器等,其作用是基于物质的热电阻或热电动势效应,将自身温度表现为对应的电信号并传递给控制电路,以完成电子测温。目前市场上的电子体温计探头多数是采用热敏电阻传感器的电阻型温度探头,其电阻值随着温度的升高而急剧减小,并呈现非线性变化,且具有体积小、灵敏度高、反应速度快、分辨率高等优点。电子体温计控制电路通过测量热敏电阻阻值的变化,便可以得知被测介质的温度变化,并将测得的温度通过显示屏,以数值的方式,直观地展现给使用者。

最大能量耗散是电阻型温度探头的关键性能指标,是指由电子体温计指示单元提供给温度探头以使其能够工作,但由此产生的自热不超过相关技术标准允许限值的最大功率。也就是说,为了保证体温计测量结果的准确性,生产企业在产品设计制造过程当中,须对温度探头工作所需供电引起其自身升温的程度进行控制和限制。迄今,欧洲标准ENl2470-3:2000《clinical Thermometers Part3:Performance of compact electrical thermometers(non-predictive and predictive)with maximum device》是对该性能指标提出明确要求和检测方法的主要国际标准,其规定对于可重用或一次性的电阻型温度探头,当其浸入温度为37±0.1℃的水槽中时,所提供的最大功率应不导致其产生温度上升超过0.01℃的能量耗散。我国医疗器械强制性行业标准YY0785-2010([临床体温计连续测量的电子体温计性能要求》是由以上欧洲标准修改采标而来,主要差异是将升温限值由0.01℃调整为0.02℃,从某种程度来说是降低了要求。

2测试仪器及方法

探头能量耗散测试需要用到的仪器有:恒温水浴(Polyscience,温度探头测试环境)、高精度温度计(Fluke 1521,用于精确测量水浴温度)、直流电源(Motech LPS-305,给被测温度探头供电)、数字万用表(Fluke 287,测量温度探头电流)、数字万用表(Hioki,测量温度探头电压)等。下文以实际案例解析测试过程:

首先,将恒温水浴温度设置为37℃,用高精度温度计监测其温度稳定至37℃左右(标准要求37±0.1℃),分离被测体温计外壳,将其温度探头稳定悬浮于恒温水浴中,使其均匀受热,用数字万用表测得37℃时加载到温度探头的最大工作电压为1.06V;之后,将体温计取出并分离出温度探头,使用直流电源给温度探头供电,串联一个数字万用表以测电流,并联一个数字万用表以测电压,并将温度探头部分全部悬浮静置于水浴中以使其均匀受热。由小而大调整输入电压,测试三个或以上不同输入电流值。需要注意,相关标准要求最大测试功率应为2mW(温度探头的最大工作功率均大于此值)。因此该测试过程输入功率范围应至少覆盖0-2mW,否则会严重影响数据分析的准确性。本案例共测试了20组数据,输入功率范围:0.0004-2.0041mW,每组数据均由输入电压值和电流值构成。

3测试数据分析

根据每组输入电流和电压,均可计算对应的输入功率,以及等价电阻,并按照被测温度探头规格表的R-T转换表(阻值一温度转换表)进行线性插值得到等价电阻对应的转换温度值,结果示例如表1:将所有各组数据的输入功率和对应转换温度用数据分析软件Origin8.0进行线性拟合(最小二乘法),拟合情况如图1所示

数据分析软件会自动给出最小二乘法拟合结果的斜率和误差分布,由上可得拟合温度变化一输入功率函数:

△Y(温度变化)=0.28529X(输入功率)

当△Y(温度变化)=0.01℃时,由上式可得最大能量耗散对应的输入功率为0.035mW,线性插值可得温度探头在37℃对应电阻值,并计算得到探头输入电压为1.0228V;当△Y(温度变化)=0.02℃时,同理可得最大能量耗散对应的输入功率为0.0701mW,其在37℃时对应的探头输入电压为1.4468V。

4结论

综上,因37℃时测得体温计正常工作加载到温度探头上的最大工作电压为1.06V,若按照ENl2470-3:2000要求温度变化不大于0.01℃,本案例所测样品最大能量耗散对应的输入电压为1.0228V,则不符合要求:若按照YY 0785-2010要求温度變化不大于0.02℃,其最大能量耗散对应的输入电压为1.4468V功率,则符合要求。在测试过程中需要特别注意的细节如下:一、测量温度探头实际最大工作电压时,温度探头部分应完全悬浮静置于37±0.1℃恒温水浴中;二、测试中应以与温度探头串联和并联的两个数字万用表读数为准。温度以高精度温度计读数为准;三、测试中输入功率范围必须覆盖O-2mW,在1-2mW区间至少要测试三组以上数据,否则会严重影响数据分析的准确性。

[责任编辑:王伟平]

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