微波治疗仪温度传感器的修复
作者：刘于惠 王 华 杨国胜 王健琪
单位：第四军医大学生物医学工程系 (710032)
关键词：
在疾病的检测和控制中
在疾病的检测和控制中，温度参数的测量是最重要最普遍的监测项目之一。随着时代的发展和科技的进步，计算机的应用也在测(控)温系统中起着重要的作用。一台智能型外科用微波治疗仪的测温探头多数已损坏，急需配置新探头。由于管理人员的疏忽，缺少相应的有关资料。为了满足仪器本身的测温控温数据，适应其软件控制，需要认真了解电路，严格设计测温探头。根据我们的实践，须从以下几方面入手。
1. 识别测温元件
为了判断测温元件，必须对常用的测温元件有清楚的认识。温度传感器用的测温元件多是热电式传感器。热电式传感器是一种将温度转换为电量变化的装置。它利用传感元件的电磁参数随温度变化的特性来达到测量目的。在各种热电式传感器中，以把温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换为电势大小的热电式传感器叫热电偶；将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫热电阻：另外一种常用的温度传感器是利用半导体PN结与温度的关系所研制的PN结形温度传感器。每一种温度传感器由于结构、原理不同而都有自己的特点。识别测温元件的步骤如下：
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第一步：辨别PN型热敏元件
首先要排除PN型热敏元件。PN型热敏元件最易判别，测量测温元件正向和反向阻值，有明显差别则基本断定其为PN型热敏元件。若除了存在正向和反向阻值差异外，测温元件在测量时只有外加电压才有电量的变化，则可初步判定起为三极管温度传感器。
第二步：辨别热电偶
根据热电偶的测温原理，将测温探头用于测温时，如其外观尺寸较小，则可首认为热电偶元件；若再可测出温度变化引起的电势变化，则可基本肯定其为热电偶元件。
第三步：辩别热电阻
在判断热电阻时，首先要看其阻值是否随温度的变化而变化，若有变化则为热电阻元件。但热电阻一般采用导体和半导体材料，因此又有金属热电阻和半导体热敏电阻之分。
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根据金属热电阻的特点，若测温元件的阻值随温度基本线性变化，其阻值又较小，才能基本确定测温元件为金属热电阻。
如果测温元件的阻值随温度升高而降低，必为热敏电阻，且是负温度系数的热敏电阻；只有测温元件的阻值随温度升高而升高，其阻值偏大，才能判断其为热敏电阻，其温度系数为正。
2. 分析电路
为了确定具体的热敏元件，还须分析测温电路。一般，温敏晶体管测温常用的电路中温敏晶体管作为负反馈元件跨接在运算放大器的反相输入端和输出端；热电阻常用电桥作测量电路。电桥是一种常见的电路，其主要是将微小的阻值变化转换为电压变化，经过放大器送出。当电路平衡时，电路输出为零。因此，可根据电路形式进一步确定热敏元件的类型。
对于所维修的微波治疗仪测温探头，经过测量，其阻值随温度升高而降低，且为千欧以上，故此，可以断定其为负温度系数的热敏电阻。打开仪器，分析测温电路，发现其为桥式电路，如图1，进一步证实前面的判断。
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3. 电路校正
热敏电阻的阻值与温度是呈指数变化，在线性读数的温度计设计中，当所须的温度量程较大时，这将严重影响测温精度。一般，在一定的温度范围内，有两种方法线性化。若用恒流源供电，以热敏电阻两端的电压作为温度指示，则可用一个经过适当选择的电阻Rp与热敏电阻RT并联进行线性化，如图2(a)。若用恒流源供电，以热敏电阻的电流作为温度指示，则可用一个经过适当选择的电阻Gs与热敏电阻RT串联进行线性化，如图2(b)。若要在更宽的温度范围内获得线性，可设计更复杂的线性化电路，如串并联网络。
图1 微波治疗仪的测温电路
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图2 热敏电阻测温校正电路曲线
由于微波治疗仪的测温范围宽(30℃～80℃)，电路电压供电，故采用串并联网络线性修正。
在选取串联和并联电阻时，首先要考虑热敏电阻的功率，保证热敏电阻的工作电流小于热敏电阻的额定电流。主要由并联电阻控制电流；其次保证电桥的变化必须满足放大器的线性范围。
4. 计算机筛选元件
根据上述原则选择元件是一个非常繁琐的工作。首先要测出测温电路随阻值变化的软件固有温度的输出曲线，再将各个可取电阻阻值分别带入电路，计算出修正电路的阻值变化对测温电路输出的理论曲线，找出能使两种曲线拟合最好的一组电阻阻值。为此必须借助计算机筛选元件。
温度是医学上常用的一个重要参数，医学研究和治疗中的许多物理现象和化学现象都与温度有关，因而监测温度是许多医疗仪器的一项重要指标，所以一般医疗仪器上都有测量温度的温度传感器。但是由于温度传感器的使用寿命限制和医疗环境的复杂，它又是一个易损的消耗性元件，需要经常更换。在智能化的治疗仪器上，软件的固化又为仪器的维修增添了困难，作为医学工程人员只有掌握软件设计，深入了解温度传感器的有关原理，才能正确设计、维修医疗仪器的测温系统。, http://www.100md.com
单位：第四军医大学生物医学工程系 (710032)
关键词：
在疾病的检测和控制中
在疾病的检测和控制中，温度参数的测量是最重要最普遍的监测项目之一。随着时代的发展和科技的进步，计算机的应用也在测(控)温系统中起着重要的作用。一台智能型外科用微波治疗仪的测温探头多数已损坏，急需配置新探头。由于管理人员的疏忽，缺少相应的有关资料。为了满足仪器本身的测温控温数据，适应其软件控制，需要认真了解电路，严格设计测温探头。根据我们的实践，须从以下几方面入手。
1. 识别测温元件
为了判断测温元件，必须对常用的测温元件有清楚的认识。温度传感器用的测温元件多是热电式传感器。热电式传感器是一种将温度转换为电量变化的装置。它利用传感元件的电磁参数随温度变化的特性来达到测量目的。在各种热电式传感器中，以把温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换为电势大小的热电式传感器叫热电偶；将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫热电阻：另外一种常用的温度传感器是利用半导体PN结与温度的关系所研制的PN结形温度传感器。每一种温度传感器由于结构、原理不同而都有自己的特点。识别测温元件的步骤如下：
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第一步：辨别PN型热敏元件
首先要排除PN型热敏元件。PN型热敏元件最易判别，测量测温元件正向和反向阻值，有明显差别则基本断定其为PN型热敏元件。若除了存在正向和反向阻值差异外，测温元件在测量时只有外加电压才有电量的变化，则可初步判定起为三极管温度传感器。
第二步：辨别热电偶
根据热电偶的测温原理，将测温探头用于测温时，如其外观尺寸较小，则可首认为热电偶元件；若再可测出温度变化引起的电势变化，则可基本肯定其为热电偶元件。
第三步：辩别热电阻
在判断热电阻时，首先要看其阻值是否随温度的变化而变化，若有变化则为热电阻元件。但热电阻一般采用导体和半导体材料，因此又有金属热电阻和半导体热敏电阻之分。
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根据金属热电阻的特点，若测温元件的阻值随温度基本线性变化，其阻值又较小，才能基本确定测温元件为金属热电阻。
如果测温元件的阻值随温度升高而降低，必为热敏电阻，且是负温度系数的热敏电阻；只有测温元件的阻值随温度升高而升高，其阻值偏大，才能判断其为热敏电阻，其温度系数为正。
2. 分析电路
为了确定具体的热敏元件，还须分析测温电路。一般，温敏晶体管测温常用的电路中温敏晶体管作为负反馈元件跨接在运算放大器的反相输入端和输出端；热电阻常用电桥作测量电路。电桥是一种常见的电路，其主要是将微小的阻值变化转换为电压变化，经过放大器送出。当电路平衡时，电路输出为零。因此，可根据电路形式进一步确定热敏元件的类型。
对于所维修的微波治疗仪测温探头，经过测量，其阻值随温度升高而降低，且为千欧以上，故此，可以断定其为负温度系数的热敏电阻。打开仪器，分析测温电路，发现其为桥式电路，如图1，进一步证实前面的判断。
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3. 电路校正
热敏电阻的阻值与温度是呈指数变化，在线性读数的温度计设计中，当所须的温度量程较大时，这将严重影响测温精度。一般，在一定的温度范围内，有两种方法线性化。若用恒流源供电，以热敏电阻两端的电压作为温度指示，则可用一个经过适当选择的电阻Rp与热敏电阻RT并联进行线性化，如图2(a)。若用恒流源供电，以热敏电阻的电流作为温度指示，则可用一个经过适当选择的电阻Gs与热敏电阻RT串联进行线性化，如图2(b)。若要在更宽的温度范围内获得线性，可设计更复杂的线性化电路，如串并联网络。
图1 微波治疗仪的测温电路
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图2 热敏电阻测温校正电路曲线
由于微波治疗仪的测温范围宽(30℃～80℃)，电路电压供电，故采用串并联网络线性修正。
在选取串联和并联电阻时，首先要考虑热敏电阻的功率，保证热敏电阻的工作电流小于热敏电阻的额定电流。主要由并联电阻控制电流；其次保证电桥的变化必须满足放大器的线性范围。
4. 计算机筛选元件
根据上述原则选择元件是一个非常繁琐的工作。首先要测出测温电路随阻值变化的软件固有温度的输出曲线，再将各个可取电阻阻值分别带入电路，计算出修正电路的阻值变化对测温电路输出的理论曲线，找出能使两种曲线拟合最好的一组电阻阻值。为此必须借助计算机筛选元件。
温度是医学上常用的一个重要参数，医学研究和治疗中的许多物理现象和化学现象都与温度有关，因而监测温度是许多医疗仪器的一项重要指标，所以一般医疗仪器上都有测量温度的温度传感器。但是由于温度传感器的使用寿命限制和医疗环境的复杂，它又是一个易损的消耗性元件，需要经常更换。在智能化的治疗仪器上，软件的固化又为仪器的维修增添了困难，作为医学工程人员只有掌握软件设计，深入了解温度传感器的有关原理，才能正确设计、维修医疗仪器的测温系统。, http://www.100md.com