大功率微波热疗机用热电偶测温装置

　　0　引　言

　　采用热疗的方法治疗肿瘤和癌症,已越来越广泛地受到专家和学者的重视。临床应用也已取得了很好的效果。肿瘤热疗要求肿瘤组织温度达到热损伤温度40~45℃或更高,而临近的正常组织低于热损伤温度。因而,热疗时人体组织的温度测量对于临床应用或热疗机理研究都是至关重要的。就大功率微波热疗机而言,采用光纤温度传感器可以在不关闭微波加热功率的情况下进行温度测量,微波加热的效率更高,是比较理想的测温方案。但目前的光纤温度传感器价格昂贵,体积偏大,多路切换比较困难,尚未见临床应用的报道。所以,UHR-915型微波热疗机中仍然采用8路传统的热电偶温度传感器,通过采取许多针对大功率微波辐射环境下热电偶温度测量的措施,其温度测量准确度达到±0.2℃,取得了较好的效果,满足了临床应用的要求。

　　1　工作原理

　　由2种不同的金属材料(如铜-康铜等)组成的闭合回路,如图1所示,称为“热电偶”。

　　当2接触点A和B的温度不同时,回路中就会产生电动势,称“温差电动势”ET。对于确定的材料,ET与2接触点的温度差ΔT有关。当温度差不大时,ET与ΔT成正比,即

　　式中　T为测量端A的温度;T0为参考端B的温度;α是一个常数,只与材料的性质有关。对于“铜-康铜”热电偶,α约为40μV/℃。

　　整个测温装置的方框图如图2所示。

　　8路“铜-康铜”热电偶探头经转接盒接入仪表放大器。该探头采用6芯漆包双绞铜-康铜丝,聚四氟乙烯封装,直径1 mm,长2 m。仪表放大器采用INA128,该放大器温度漂移低(0.5μV/℃),共模抑制高(CMR≥120 dB),是理想的弱信号放大器件。放大后的温度信号经多路模拟开关MAX306切换送入12位A/D转换芯片AD574进行模-数转换,转换后的数据经8032单片机处理后送系统机显示。

　　2　热电偶参考端温度T0的稳定

　　在精密测温时,热电偶参考端温度T0的稳定必不可少。普通的热电阻零点补偿法补偿准确度很难达到要求,而冰水混合法在使用时太不方便。采用双层精密恒温槽将参考端的温度T0控制在60℃左右,控温准确度可以达到0.01℃,较好地满足了实际需要。双层恒温槽的结构如图3所示。

　　其中,温度敏感元件采用33 kΩ珠状玻璃封装负温度系数热敏电阻器。内槽体材料是紫铜,外槽体材料是铝合金。内外槽保温材料分别采用一级工业毛毡和氨基甲酸乙酯泡沫。内槽采用电阻丝加热、比例式控温方式以便提高槽体温度均匀性和温度控制的准确度。外槽用功率晶体管直接加热,外槽温度控制在50℃左右。该双层恒温槽的缩减因子大于1000,可以将内槽温度波动控制在0.01℃以内。