专利名称：一种自动热原测定处理仪的制作方法
技术领域：
本发明属于生物医学仪器领域。
由于青霉素、葡萄糖等30多种注射药物及注射器具，所含有的热原对人体有致热乃至致死的危害。因此，注射药物在投入临床使用之前，首先要在动物身上作试验，从试验测得的数据经过统计、计算最后作出被试药物能否安全注射的判断。依据药典规定，将被试药物注射到兔子身上后，如果体温升高0.6℃，此药就不合格，故要求测温仪器的相对精度不许超过±0.1℃，测温仪器还应是一种能自动高精度多路巡回检测处理的仪器，各路相对精度要求为±0.05～±0.1℃。
目前，国外相近的最好的仪器是丹麦ELLAB公司生产的“APT75-A4型”自动热原处理仪，它用热电偶作测温探头。最多可巡回检测75路。这些探头是从一批热偶中挑选出特性相近者。所测热偶电势经过零点补偿并经低漂放大(用斩波型运算放大器)，送A-D转换成数字量后由微机结合探头参数算出被测温度。微机还控制多路巡回检测、作统计计算、判断被试药物合格与否并把结果显示并打印出来。该仪器具有探头滑出报警、自动跳过未测路数等等功能。其精度为±0.1℃±0.3%的读数，应用时有可能超过±0.1℃。药物检定机关要求提高精度到±0.05℃±0.15%的读数，这对用热电偶作探头的仪器是难于实现的。另外，热电偶对温度的灵敏度太低(仅约20μV/℃左右)，同时易受电磁干扰，影响准确度;热电偶测温要有零点补偿。作为多路测温的探头的互换问题，“APT75-A4型”仪器，没有很好的解决，它们是从一批探头中仅能挑出特性非常接近的几个作为替换探头，故每个探头售价昂贵(＄50元)，该仪器在功能与服务于药典的程序上，缺乏新兔筛选(即用仪器对新购兔子进行测定挑选，挑出适合进行热原试验的兔子)和探头滑出补测之功能。
本发明的目的，旨在改进上述的不足之处，提供一种用P-N结作为测温探头且可以互换，符合药典规定精度的带电脑自动热原测定处理仪器。
本发明的要点采用测温线性度好、比热电偶灵敏度高百倍、稳定性高的P-N结作为测温探头;恒流稳定度为万分之一的恒流源及含有此恒流源的一高精度检测电路;利用微机将专门开发的程序和全部探头参数存入电擦除只读存贮器(E2PROM)中，按程序自动完成测定温度的统计、计算和判断被试药品的合格与否，以及利用仪器面板上的按键解决测温探头的互换功能。
1.采用P-N结作为测温探头P-N结的灵敏度约为-2.2mv/℃，小范围的非线性度仅约为0.2%(根据半导体物理学，可推导出测温非线性偏差为d＝(0.052/300)T·ln(T/T0)+(0.052/300)(To-T)，式中T0为某设定温度，T为被测温度，d即为在温区(T-T0)中产生的非线性偏差。d/(T-T0)即P-N结测温的非线性度。)，稳定性经中国计量院做的模拟长年累月工作的试验，探头包括线路在内的稳定度在±0.05℃以内。另日本文献记载100天的稳定度为0.02℃。(Akira Ohte and Michiaki Yamagata，“Precision Gillicon Transistor Ther-mometer”，IEEE Transaction on Instrumentation and Measurement，Vol IM-26，No.4，1977.)(AkiraOhte和MichiakiYamagata“精密硅半导体温度计”，IEEE杂志仪器和测量，IM-26卷，1977年第4期。)由图1所示，P-N结的正向端电压Vd与其结电流Id的关系是
Vd＝KI/qln(Id/Io) (1)式中K是波尔兹曼常数，q是电子电荷绝对值，Io为P-N结的反向饱和电流，根据半导体有关公式，在P-N结感受温度(即被测温度)范围为35°～45℃时，由此引起的Io变化所导致的Vd-T的非线性偏差对应于测温误差为0.004℃，则可忽略。当Id是常量时，Vd与T成正比，能线性地反映温度T的变化。因此，关键问题是需要懈呶榷ǖ耐ü齈-N结的恒定电流Id。本仪器选用Id＝50μA。如要求由于Id变化引起的Vd变化相当于测温偏差为0.005℃时，则要求Id的变化小于0.016μA，即小于Id的0.032%，由此可知高稳定的恒流的重要性。
2.高稳定恒流及检测电路本仪器利用P-N结探头本身作反馈环节的一种包含高稳定电流的检测电路(图2)。图中A为一低失调电压温漂(＜1μV/℃)、低失调电流温漂的运算放大器，D为P-N结感温探头，Vw为来自LM399的高稳定恒压(约1PPm/℃)，1、R2、R3为低漂移电阻(约10PPm/℃)，目R1、R2、R3漂移电阻(约10PPm/℃)，目R1、R2的温漂系数正负一致，过P-N结的恒流的稳定度可达10PPm/℃。
P-N结报性如图所示方向，则Vw为负电压，电路输出为Vo＝Vd+ε-V1(2)改变R1使 V1＝Vd｜0℃ (3)考虑到Vd-T的近似线性关系，可得Vd＝Vd｜0℃+ST (4)
式中S是P-N结测温的灵敏度(约为-2.2mv/℃)，将(3)式代入(4)式，再代入(2)式，并忽略ε(因运放器A为低失调电压、低失调电流温漂的)Vo＝ST (5)由此可见电路输出Vo与T成正比关系。如果考虑非线性误差，则可分温区以不同的灵敏度S来计算。
本电路的优点①恒流稳定度基本上不受P-N结探头的置换及探头工作温度变化的影响。②输出Vo准确反映被测温度T0流过P-N结的电流极其稳定，电位V1也严格稳定的，这就保证了测温准确度。③式(5)表示Vo-T是正比关系，如要考虑P-N结测温的非线性影响，可采用温区分段的办法，各温区用各自不同的P-N结的灵敏度来计算，则非线性偏差引起的误差可减至很小。④(3)式显示了本电路的“桥式”作用，从而得到输出Vo与被测温度T的正比关系，且是单端输出，比一般的桥式检测电路优越。另外，恒流与检测电路合一，以上全部仅用一个运算放大器，这不仅使电路简单、经济，也提高了准确度。
3.探头的互换如上所述，对多路测量，探头互换性极为重要。设某探头1的测温特性Vo-T如图4曲线1所示(热原仪仅工作在38°～442℃之间)近似为直线，并设此直线的斜率即测温的灵敏度为S1，延长直线切割纵轴的长度为b1，则Vo＝b1+S1T (6)
如把b1、S1预先存入电擦除只读存贮器E2PROM，只要测得Vo即可算得被测温度TT＝ (V0-b1)/(S1) (7)若探头1已坏，把探头2(设其特性如图4曲线2所示，其参数为S2、2)换上，只要把E2PROM存放的探头1的参数S1、b1通过软件操作很方便地换成S2、b2即可，所测温度为T＝ (V0-b2)/(S2) (8)由此可见，只要事先存入E2PROM的各探头参数是准确的，那么所测结果也就准确，不会因互换探头的方法本身而引入测温误差。
本发明与已有技术相比具有如下优点，采用灵敏度高、稳定性好的P-N结作测温探头，并通过程序很好地解决探头互换性;本仪器的测温准确度为±0.05℃±0.15%的读数之内，比已有的仪器精度高一倍;多路探头(例如80路)可共用一个检测和放大电路，提高了测温精度，降低成本;并增设了新兔筛选、探头滑出实时补测的功能等。
图1热原测定处理仪的原理框图;
图2P-N结的正向电压和电流示意图;
图3高稳定恒流和检测电路示意图;
图4仪器的测温特性Vo-T;
图5程序总体框图。
下面结合附图3进一步描述本发明的具体实施方案，本仪器是由P-N结探头、巡回检测控制、高稳定恒流及检测电路、低漂放大器、12位A/D转换、接口、专用微机、打印、显示报警等系统而构成的。由LM399和低失调温漂运算放大器组成的超低漂移参考电压，提供给恒流、检测电路，为所有通道产生一共用的高稳定电流，保证温度检测的高准确度。通有稳定恒流的P-N结将被测温度转换为其正向压降，经由检测电路和一由斩波型运算放大器与高精度电阻组成的同相输入低漂移放大器的输出Vo，准确反映被测温度值，此输出通过12位双积分式A/D转换成数字量。探头参数事先存入微机的电擦除只读存贮器E2PROM中。微机从这存贮器中取出正在测量一路探头的参数，然后对该路的输出Vo值进行计算得出被测温度值。微机对这些温度值进行统计计算和对被试药品是否合格作出判断，并实时地打出所有需要的数据和判断结果。微机接口部分，除用-PIO与时钟交换信息外，还用地址译码(如74LS138)等选择A-D转换、存取数据、探头互换、打印显示和探头滑出报警等等工作过程。另外的译码、锁存器等接口器件用来以八位数据控制巡回检测。仪器面报上设有探头互换键，如果要更换探头，可利用此键将已存入电擦除E2PROM中的某一探头参数擦除换上新探头参数。新兔筛选键是根据药典要求对未经使用于热原质检查的家兔，每隔一个小时量测一次体温，共量测4次，要求4次体温均在38.3～39.6℃范围内，且最高最低体温的差数不超过0.5℃，仪器自动完成上述要求，对不符合药典要求者，微机自动打印出是那只编号的家兔不合格，这样就完成了新兔的筛选，温度补测的作用本仪器每隔15分钟巡回检测一次家兔的温度，并贮存在RAM中，若那只家兔的探头滑出，此时该路温度＜35℃(因规定热原试验时室温为10～35℃)而正常家兔的体温＞38℃，故可由微机判断出来，给出声光警报，并由打印机打出那只家兔探头滑出，工作人员可及时将该探头插上，这一轮都检测完，下一轮未开始这段间隔时间内，按下“补测键”，将刚才滑出探头的那只家兔的温度补上，并送到该只家兔所对应的RAM存贮单元中，把刚才因滑出而错测的温度冲掉，补上正确的温度值。
软件框图说明1.置初始值，包括CTC、PIO的初始化对有关常数单元置数及清零，设置转移等等。
2.本仪器用一片CTC作为实时计时时钟，时钟运行可按绝对时间和相对时间两种方式运行。开始实验时，若不置时，则时钟从绝对时间00∶00开始运行;若置时，例08∶00，则时钟从08∶00开始运行。中间两小圆点每2秒闪动一次，此时钟数值可由仪器中的微机随时读入，并可由打印机打出时间。
3.测试时间间隔根据药典要求，规定为1小时，它是基于用肛表进行手工测定的。采用本仪器可将测量时间缩短，例如15分钟，这样对出现的故障(例如探头滑出)可及时进行处理，不致于将该点温度漏测。
4.仪器一般采用自动测试打印，但当出现停电故障，可利用备用不间断直流电源进行手动记录，不致使试验中途停止。这样可根据是否设置了“自动”标志，判断是否自动测试，来决定进行“自动”还是“手动”运行。
权利要求
1.一种由探头、巡回检测控制、放大器、恒流源、打印系统构成的热原测定仪，其特征在于用P-N结作探头。探头参数存入专用微机的电擦除只读存贮器中，多通道共用一个稳定电流源、恒流与检测电路合一，测量数据的统计、计算、判断、探头互换、新兔筛选及实时补测报警，均由事先存入专用程序的微机控制。
2.根据权利要求1所述的热原测定处理仪，其特征在于所述的恒流和检测电路，是用P-N结感温探头作负反馈环节的低温漂运算放大器、低温漂电阻构成的“似桥式”单端输出电路块。
3.根据权利要求1所述的热原测定处理仪，其特征在于所说的探头互换，是用探头互换键将已存入电擦除只读存贮器中的探头参数擦除，写入新换探头参数。
全文摘要
一种热原测定处理仪。属于生物医学仪器领域。本仪器采用P—N结作探头，数据的统计、计算、判断、探头互换、新兔筛选及实时补测报警，均由事先存入专用程序的微机控制。本仪器测温的准确度为±0.05℃±0.15％的读数，比同类仪器准确度高一倍，探头可以互换而不影响测试精度。本仪器结构简单，性能稳定可靠。
文档编号G01K7/00GK1034805SQ8810039
公开日1989年8月16日 申请日期1988年2月5日 优先权日1988年2月5日
发明者金其莹, 张菊鹏, 郭艾芳, 李鸿庆 申请人:清华大学