電子體溫計(jì)探頭最大能量耗散測(cè)試方法解析

侯建勛　索彥彥　王曉煒

[摘要]本文結(jié)合實(shí)際案例，介紹了電子體溫計(jì)探頭能量耗散相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求及測(cè)試方法，并重點(diǎn)解析測(cè)試過(guò)程需要注意的問(wèn)題，尤其是測(cè)試技巧和運(yùn)用擬合工具的方法，冀其對(duì)相關(guān)工作的開(kāi)展有所幫助。

[關(guān)鍵詞]電子體溫計(jì)；探頭；能量耗散；測(cè)試

0引言

電子體溫計(jì)是一種主要用于測(cè)量人體部位表面溫度的醫(yī)用電子產(chǎn)品，通常由溫度傳感器，液晶顯示器，紐扣電池，控制電路板等部件組成，能夠便捷、準(zhǔn)確地測(cè)量體溫，與已誕生數(shù)百年的傳統(tǒng)水銀體溫計(jì)相比，除具有讀數(shù)直觀方便，測(cè)量時(shí)間短且精度高等優(yōu)點(diǎn)外，或還具有記憶存儲(chǔ)、蜂鳴提示等附加功能，尤其是其不含水銀，對(duì)人體和周邊環(huán)境無(wú)害，特別適合用于醫(yī)院、家庭等場(chǎng)合。我國(guó)電子體溫計(jì)行業(yè)起步于上世紀(jì)末，因其利潤(rùn)空間可觀，相關(guān)政策和技術(shù)壁壘等市場(chǎng)準(zhǔn)入條件較低，眾多企業(yè)蜂擁而入，促使該產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，至今國(guó)內(nèi)已涌現(xiàn)出逾百家電子體溫計(jì)品牌，且電子體溫計(jì)已成為家庭和醫(yī)院廣泛應(yīng)用的醫(yī)用電子診斷產(chǎn)品。近年來(lái)，隨著醫(yī)用電子設(shè)備行業(yè)的蓬勃發(fā)展，以及人民用械安全需求的與日俱增，我國(guó)醫(yī)療器械法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系日漸完善，電子體溫計(jì)的市場(chǎng)準(zhǔn)入要求也日趨嚴(yán)格。本文以電子體溫計(jì)核心部件-溫度探頭為例，依據(jù)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合實(shí)際案例，解析電子體溫計(jì)關(guān)鍵性能指標(biāo)一最大能量耗散的測(cè)試方法及技巧，冀其對(duì)生產(chǎn)企業(yè)相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制，以及檢測(cè)機(jī)構(gòu)相關(guān)測(cè)試工作的順利開(kāi)展有所幫助。

1探頭最大能量耗散測(cè)試要求

溫度探頭是電子體溫計(jì)最為核心的部件，由溫度傳感器構(gòu)成，如熱電阻、熱敏電阻、熱電偶或集成溫度傳感器等，其作用是基于物質(zhì)的熱電阻或熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)，將自身溫度表現(xiàn)為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)并傳遞給控制電路，以完成電子測(cè)溫。目前市場(chǎng)上的電子體溫計(jì)探頭多數(shù)是采用熱敏電阻傳感器的電阻型溫度探頭，其電阻值隨著溫度的升高而急劇減小，并呈現(xiàn)非線性變化，且具有體積小、靈敏度高、反應(yīng)速度快、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。電子體溫計(jì)控制電路通過(guò)測(cè)量熱敏電阻阻值的變化，便可以得知被測(cè)介質(zhì)的溫度變化，并將測(cè)得的溫度通過(guò)顯示屏，以數(shù)值的方式，直觀地展現(xiàn)給使用者。

最大能量耗散是電阻型溫度探頭的關(guān)鍵性能指標(biāo)，是指由電子體溫計(jì)指示單元提供給溫度探頭以使其能夠工作，但由此產(chǎn)生的自熱不超過(guò)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)允許限值的最大功率。也就是說(shuō)，為了保證體溫計(jì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程當(dāng)中，須對(duì)溫度探頭工作所需供電引起其自身升溫的程度進(jìn)行控制和限制。迄今，歐洲標(biāo)準(zhǔn)ENl2470-3：2000《clinical Thermometers Part3：Performance of compact electrical thermometers（non-predictive and predictive）with maximum device》是對(duì)該性能指標(biāo)提出明確要求和檢測(cè)方法的主要國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)定對(duì)于可重用或一次性的電阻型溫度探頭，當(dāng)其浸入溫度為37±0.1℃的水槽中時(shí)，所提供的最大功率應(yīng)不導(dǎo)致其產(chǎn)生溫度上升超過(guò)0.01℃的能量耗散。我國(guó)醫(yī)療器械強(qiáng)制性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY0785-2010（[臨床體溫計(jì)連續(xù)測(cè)量的電子體溫計(jì)性能要求》是由以上歐洲標(biāo)準(zhǔn)修改采標(biāo)而來(lái)，主要差異是將升溫限值由0.01℃調(diào)整為0.02℃，從某種程度來(lái)說(shuō)是降低了要求。

2測(cè)試儀器及方法

探頭能量耗散測(cè)試需要用到的儀器有：恒溫水?。≒olyscience，溫度探頭測(cè)試環(huán)境）、高精度溫度計(jì)（Fluke 1521，用于精確測(cè)量水浴溫度）、直流電源（Motech LPS-305，給被測(cè)溫度探頭供電）、數(shù)字萬(wàn)用表（Fluke 287，測(cè)量溫度探頭電流）、數(shù)字萬(wàn)用表（Hioki，測(cè)量溫度探頭電壓）等。下文以實(shí)際案例解析測(cè)試過(guò)程：

首先，將恒溫水浴溫度設(shè)置為37℃，用高精度溫度計(jì)監(jiān)測(cè)其溫度穩(wěn)定至37℃左右（標(biāo)準(zhǔn)要求37±0.1℃），分離被測(cè)體溫計(jì)外殼，將其溫度探頭穩(wěn)定懸浮于恒溫水浴中，使其均勻受熱，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)得37℃時(shí)加載到溫度探頭的最大工作電壓為1.06V；之后，將體溫計(jì)取出并分離出溫度探頭，使用直流電源給溫度探頭供電，串聯(lián)一個(gè)數(shù)字萬(wàn)用表以測(cè)電流，并聯(lián)一個(gè)數(shù)字萬(wàn)用表以測(cè)電壓，并將溫度探頭部分全部懸浮靜置于水浴中以使其均勻受熱。由小而大調(diào)整輸入電壓，測(cè)試三個(gè)或以上不同輸入電流值。需要注意，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求最大測(cè)試功率應(yīng)為2mW（溫度探頭的最大工作功率均大于此值）。因此該測(cè)試過(guò)程輸入功率范圍應(yīng)至少覆蓋0-2mW，否則會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。本案例共測(cè)試了20組數(shù)據(jù)，輸入功率范圍：0.0004-2.0041mW，每組數(shù)據(jù)均由輸入電壓值和電流值構(gòu)成。

3測(cè)試數(shù)據(jù)分析

根據(jù)每組輸入電流和電壓，均可計(jì)算對(duì)應(yīng)的輸入功率，以及等價(jià)電阻，并按照被測(cè)溫度探頭規(guī)格表的R-T轉(zhuǎn)換表（阻值一溫度轉(zhuǎn)換表）進(jìn)行線性插值得到等價(jià)電阻對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換溫度值，結(jié)果示例如表1：將所有各組數(shù)據(jù)的輸入功率和對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換溫度用數(shù)據(jù)分析軟件Origin8.0進(jìn)行線性擬合（最小二乘法），擬合情況如圖1所示

數(shù)據(jù)分析軟件會(huì)自動(dòng)給出最小二乘法擬合結(jié)果的斜率和誤差分布，由上可得擬合溫度變化一輸入功率函數(shù)：

△Y（溫度變化）=0.28529X（輸入功率）

當(dāng)△Y（溫度變化）=0.01℃時(shí)，由上式可得最大能量耗散對(duì)應(yīng)的輸入功率為0.035mW，線性插值可得溫度探頭在37℃對(duì)應(yīng)電阻值，并計(jì)算得到探頭輸入電壓為1.0228V；當(dāng)△Y（溫度變化）=0.02℃時(shí)，同理可得最大能量耗散對(duì)應(yīng)的輸入功率為0.0701mW，其在37℃時(shí)對(duì)應(yīng)的探頭輸入電壓為1.4468V。

4結(jié)論

綜上，因37℃時(shí)測(cè)得體溫計(jì)正常工作加載到溫度探頭上的最大工作電壓為1.06V，若按照ENl2470-3：2000要求溫度變化不大于0.01℃，本案例所測(cè)樣品最大能量耗散對(duì)應(yīng)的輸入電壓為1.0228V，則不符合要求：若按照YY 0785-2010要求溫度變化不大于0.02℃，其最大能量耗散對(duì)應(yīng)的輸入電壓為1.4468V功率，則符合要求。在測(cè)試過(guò)程中需要特別注意的細(xì)節(jié)如下：一、測(cè)量溫度探頭實(shí)際最大工作電壓時(shí)，溫度探頭部分應(yīng)完全懸浮靜置于37±0.1℃恒溫水浴中；二、測(cè)試中應(yīng)以與溫度探頭串聯(lián)和并聯(lián)的兩個(gè)數(shù)字萬(wàn)用表讀數(shù)為準(zhǔn)。溫度以高精度溫度計(jì)讀數(shù)為準(zhǔn)；三、測(cè)試中輸入功率范圍必須覆蓋O-2mW，在1-2mW區(qū)間至少要測(cè)試三組以上數(shù)據(jù)，否則會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。

[責(zé)任編輯：王偉平]