基于低温冷冻治疗仪的温度测量方法

　　低温冷冻治疗的医学原理是一种利用低温器械,利用局部超低温或低温冷冻促使病变组织快速降温、冻结及复温融化,从而产生一系列不可逆损伤而达到消除病灶的治疗方法,他具有麻醉镇痛、止血和减少出血、反应轻、安全性高以及有冷冻免疫等优点,因而在临床上逐渐引起关注。因此,研制出一种基于低温冷冻治疗仪的温度测量方法,精确的温度测量有利于控制冷冻范围,以及对临近组织的保护,方便医生进行手术判断,且具有温度升降曲线,温度冷冻过程直观明了,且具备串行接口,可将冷凝温度数据输出,便于病历统计和数据分析。

　　1　测温原理及其电路

　　1.1　测温原理

　　将2种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,焊接的一端称为热端,另一端称为冷端,与仪表相连构成一个闭合回路。当导体A和B的2个执着点之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。

　　在低温冷冻治疗仪的研究中,常用热电偶冷端补偿方法测量冷冻探头温度,而实际应用中,热电偶输出与温度呈非线性关系,随着计算机性能的提高,通过查表或曲线拟合等方法很容易实时解决热电偶输出的非线性问题,但热电偶的温度补偿引起的误差,极大地影响温度测量的精确。作者尝试使用AD595芯片,解决了上述问题。

　　1.2　AD595的结构与特点

　　选用带冷端补偿的单片热电偶放大器AD595,AD595具有热电偶信号放大和冰点补偿双重功能,低阻抗电压温度线性输出(10 mV/℃), AD595适用于K型热电偶,是14脚DIP封装。AD595的原理框图如图1所示,各脚功能如表1所示。

　　1.3　测温电路

　　温度测量电路的原理框图如图2所示,热电偶封装在冷冻治疗用的探头中,测温探针感知病灶中的治疗温度,通过测温电路把温度变化转化为电压变化,电压经AD595热电偶放大器放大和冷端补偿后,经低通滤波,低通滤波目的是消除外界干扰,并有较好的带负载能力,然后信号接入C8051F020单片机中,利用单片机对信号进行处理、控制,采用液晶显示器(LCD)显示探头温度和温度升降曲线,温度冷冻过程直观明了。AD595与热电偶组成测温电路接线方式如图3所示,低温冷冻治疗仪使用二氧化碳作为冷冻制冷剂,测量温度范围是-76~+40℃;分辨率:±0.5℃;误差:±1℃,电路电源采用±5 V双电源供电。

　　2　实验结果

　　为实现10 mV/℃线性输出以及进行准确的补偿,AD595经激光修整预调,能在25℃时准确匹配K型热电偶的传输特征,在25℃时K型热电偶有40.44μV/℃的温度系数,因而AD595的增益必须为247.3(10 mV/℃/40.44μV/℃=247.3)。另外,由于激光修整引入11μV的静态电位到输出放大器,因此AD595真实输出为: