Aus der US-A-3,491,596 ist ein Ohrthermometer mit einer beheizbaren Meßspitze bekannt.

Die Meßspitze weist an ihrem vorderen Ende einen Hohlraum auf, in dem sich ein Heizele- ment und ein als Wärmesensor dienender Feldeffekttransistor befindet. Die Wände des Hohlraums bestehen aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer. Der Feldeffekttransistor ist mit den Hohlraumwänden thermisch gekoppelt. Auf die Meßspitze außen auftreffende Wärmestrahlung wird an den Feldeffekttransistor weitergeleitet, der da- raufhin ein entsprechendes Temperaturmeßsignal abgibt. Der Feldeffekttransistor wird durch das Heizelement auf eine Temperatur vorgeheizt, die ungefähr der Körpertemperatur ent- spricht. Dadurch soll sich die Meßzeit im Vergleich zu einem ungeheizten Wärmesensor verkürzen.

Aus der US-A-4,602,642 ist ein Ohrthermometer bekannt, dessen Meßspitze einen Wellen- leiter aufweist, der sich von einem vorderen Ende der Meßspitze ins Innere der Meßspitze erstreckt. An seinem hinteren Ende ist der Wellenleiter an einem Metallgehäuse befestigt, in dem ein Thermopile-Infrarotsensor angeordnet ist. Das Metallgehäuse und der mit diesem gut wärmeleitend verbundene Infrarotsensor kann durch Heizwiderstände und eine Re- gelanordnung auf eine Temperatur gebracht werden, die ungefähr der Körpertemperatur entspricht. Für die Aufheizung eines derart großen Teils des Thermometers sind jedoch re- lativ lange Aufheizzeiten und entsprechend große Energiemengen erforderlich.

Durch Beheizung der in einen Gehörgang einführbaren Meßspitze wird ein Wärmefluß zwi- schen der Meßspitze und dem Gehörgang weitgehend verhindert, d. h. Meßspitze und Ge- hörgang befinden sich während der Temperaturmessung im thermischen Gleichgewicht.

Daher können auf diese Weise Meßfehler vermieden werden, die dadurch entstehen, daß sich der Ohrkanal abkühlt, weil die in den Ohrkanal eingeführte Meßspitze kälter ist als die- ser, und deshalb eine zu kleine Temperatur gemessen wird. Derartige Meßfehler sind nicht nur von der anfänglichen Temperaturdifferenz zwischen Meßspitze und Ohrkanal und der Dauer der Abkühlung bzw. der Dauer des Meßvorgangs abhängig sondern werden auch durch die jeweilige Positionierung oder Ausrichtung der Meßspitze im Ohrkanal beeinflußt.

Wird nämlich die Meßspitze direkt gegen die Wand des Gehörgangs gerichtet, so wird die von der kalten Meßspitze emittierte lnfrarotstrahlung teilweise von der Wand reflektiert (Re- flexionsfaktor etwa 3-5 %) und von der Meßspitze erfaßt, so daß nicht nur die von der ab- gekühlten Gehörgangwand emittierte Infrarotstrahlung sondern auch die von der Meßspitze selbst stammende reflektierte Infrarotstrahlung gemessen und eine entsprechend zu niedri- ge Temperatur angezeigt wird. Ist die Meßspitze hingegen ordnungsgemäß in Richtung auf das Trommelfell ausgerichtet, wird die von der kalten Meßspitze emittierte Strahlung erst mehrfach mit entsprechenden Verlusten im Gehörgang reflektiert, bevor sie wieder in die Meßspitze eingekoppelt wird, so daß es nur zu einer entsprechend geringeren Verfälschung der Meßergebnisse kommt.

Ein weiterer Nachteil eines Infrarot-Thermometers mit einer unbeheizten Meßspitze besteht darin, daß sich die Temperatur einer aufgesetzten Schutzkappe je nach Größe der Differenz zwischen Umgebungstemperatur und Ohrkanaltemperatur beim Einführen der Meßspitze in den Ohrkanal relativ stark ändert. Dadurch ändert sich auch die Strahlungsemission der Schutzkappe, was einen entsprechenden Meßfehler verursacht. Bei einer geheizten Meß- spitze ändert sich dagegen die Temperatur der Schutzkappe während eines Meßvorgangs kaum, da sie durch die Temperatur der Meßspitze bestimmt ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Infrarot-Thermometer mit einer beheizbaren Meßspitze anzugeben, bei dem die erforderliche Heizenergie so gering ist, daß sie bei- spielsweise einer im Thermometer vorhandenen Batterie entnommen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßspitze und/oder eine in an sich bekannter Weise auf die Meßspitze aufsetzbare Schutzkappe so ausgestaltet sind/ist, daß nur der vordere Bereich der Meßspitze bzw. der Schutzkappe auf eine Tempe- ratur aufheizbar ist, die in etwa der normalen Ohrkanaltemperatur entspricht.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Meßspitze eines Infrarot-Thermometers macht sich den Umstand zunutze, daß der in der Meßspitze befindliche Infrarotsensor nur ein be- grenztes Gesichtsfeld hat. Es ist daher ausreichend, wenn nur der Teil der Meßspitze die- selbe Temperatur wie der Ohrkanal hat, der mit dem im Gesichtsfeld des Infrarotsensors liegenden Teil des Ohrkanals in thermische Wechselwirkung tritt. Daher ist bei einer erfin- dungsgemäßen Meßspitze praktisch nur das vordere Ende der Meßspitze, d. h. insbesonde- re deren Stirnfläche, beheizbar ausgebildet. Dieser relativ kleine Bereich kann sehr energie- sparend beheizt werden, und ist vorzugsweise gegenüber dem nicht beheizbaren Teil der Meßspitze thermisch isoliert.

Ein erfindungsgemäßes Infrarot-Thermometer weist am vorderen Ende seiner Meßspitze einen Strahlungseintrittsbereich und ein Heizelement auf, das vorzugsweise elektrisch be- heizbar ist. Das Heizelement ist entweder in die Meßspitze eingebaut oder eine auf die Meßspitze aufsteckbare Schutzkappe ist mit einem Heizelement versehen. Es können auch zwei Heizelemente vorgesehen sein, von denen das eine in die Meßspitze eingebaut ist, und das andere mit einer auf die Meßspitze aufsteckbaren Schutzkappe verbunden ist.

Das Heizelement besteht beispielsweise aus mindestens einem NTC-oder PTC-Widerstand oder Transistor, der/die am vorderen Ende der Meßspitze angebracht ist/sind. Es kann aber auch beispielsweise aus einer leiterbahnförmigen Metallschicht oder einer Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff bestehen, die auf ein am vorderen Ende der Meßspitze an- geordnetes Strahlungseintrittsfenster, die Schutzkappe oder die Meßspitze selbst aufge- bracht ist, und den Strahlungseintrittsbereich vorzugsweise ringförmig umgibt.

Bei einer bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Infrarot-Thermometers besteht der Strahlungseintrittsbereich aus einem infrarotdurchlässigen Fenster, das durch das Heizelement beheizbar ist. Dies erfolgt besonders einfach durch einen Heizdraht aus bei- spielsweise Konstantan, der um das Fenster herumläuft und mit diesem gut wärmeleitend verbunden ist. Das Fenster kann beispielsweise aus einem Chalcogenit-Glas bestehen, das infrarotdurchlässig und leicht formbar ist. Bei einer besonders eleganten Ausführung besteht das Fenster aus einem Halbleiter, insbesondere Silizium, in dem durch Dotierung eine elek- trische Leiterbahn gebildet ist, die als Widerstands-Heizleiter dienen kann. Der Vorteil dieser Ausführungen mit einem beheizbaren Fenster besteht darin, daß durch das Heizelement das gesamte vordere Ende der Meßspitze, d. h. die gesamte Stirnfläche der Meßspitze ein- schließlich des Strahlungseintrittsbereichs auf die gewünschte Temperatur gebracht werden, daher das thermische Gleichgewicht im Ohrkanal durch die Meßspitze praktisch nicht gestört wird, und dadurch bedingte Meßfehler minimiert sind.

Ein erfindungsgemäßes Infrarot-Thermometer weist ferner eine Steuereinrichtung für das Heizelement auf, die mit dem Heizelement und einer Energiequelle, beispielsweise einer Batterie verbunden ist. Die Steuereinrichtung dient zur Bestimmung und/oder Regelung der Temperatur der Meßspitze. Dazu ist sie mit einem Wärmeflußsensor zur Erfassung des Wärmeflusses zwischen der Meßspitze und dem Ohrkanal eines Benutzers und/oder einem Temperatursensor verbunden, der/die vorzugsweise am vorderen Ende der Meßspitze an- geordnet ist/sind. Bei einer bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Infrarot- Thermometers wird aber statt zusätzlicher Sensoren das Heizelement selbst als Sensor verwendet. Die Steuereinrichtung ermittelt dann aus meßbaren Kenngrößen des Heizele- ments, wie z. B. dem elektrischen Widerstand, der Schwellenspannung oder der Durchlaß- spannung, die Temperatur des Heizelements und somit auch die des vorderen Endes der Meßspitze.

Bei einem besonders komfortablen erfindungsgemäßen Infrarot-Thermometer steuert die Steuereinrichtung auch das Ein-und Ausschalten des Heizelements vor bzw. nach der Durchführung einer Temperaturmessung. Der Heizvorgang wird spätestens beim Einführen der Meßspitze in den Gehörgang eines Benutzers automatisch eingeleitet und nach erfolgter Temperaturmessung auch wieder automatisch beendet, wobei das Einführen bzw. Heraus- ziehen beispielsweise durch eine Änderung der von einem mit der Steuereinrichtung ver- bundenen Strahlungstemperatursensor gemessenen Strahlungstemperatur oder durch eine Änderung der vom Temperatursensor gemessenen Temperatur der Meßspitze oder durch ein entsprechendes Signal des Wärmeflußsensors detektierbar ist. Auf diese Weise wird eine Fehlbedienung vermieden und eine stets ausreichend hohe Meßgenauigkeit gewährlei- stet.

Zur Optimierung der Meßgenauigkeit wird vorzugsweise mittels des Wärmeflußsensors der Wärmefluß zwischen der Meßspitze und dem Ohrkanal eines Benutzers bestimmt und die Heizleistung so geregelt, daß dieser Wärmefluß minimiert wird. Um den Wärmefluß von vor- neherein möglichst klein zu halten, ist die Meßspitze vorzugsweise so ausgestaltet, daß die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit der den Ohrkanal berührenden Bereiche der Meßspitze möglichst klein ist. Deshalb besteht die Oberfläche dieser Bereiche vorzugsweise aus Kunststoff.

Bei einer erfindungsgemäßen Schutzkappe ist vor allem der vordere Schutzkappenbereich durch ein elektrisches Heizelement beheizbar. Die Schutzkappe besitzt in an sich bekannter Weise eine becherförmige Form, und weist an ihrem vorderen Ende einen infrarotdurchläs- sigen Strahlungseintrittsbereich auf. Das Heizelement ist vorzugsweise aus einer leiter- bahnförmigen Schicht aus Metall oder einem elektrisch leitfähigen Kunststoff gebildet, die den Strahlungseintrittsbereich ringförmig umgibt. Die Energieversorgung des Heizelements erfolgt über eine elektrische oder elektromagnetische Verbindungseinrichtung vorzugsweise von der Batterie des Infrarot-Thermometers aus. Dieses besitzt beispielsweise entsprechend angeordnete Kontakte, die durch Aufsetzen der Schutzkappe mit deren leiterbahnförmigen Schicht elektrisch verbunden werden. Alternativ ist auch eine Einrichtung zur induktiven Energieübertragung zu einem als Kurzschlußwicklung ausgebildeten Heizelement denkbar.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich nicht nur aus den zugehörigen Ansprüchen sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Meßspitzen für Infrarot-Thermometer, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Die Zeichnungen, in denen gleiche Bauteile mit gleichen Be- zugszeichen versehen sind, zeigen in schematischer Darstellung : Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßspitze mit einem ringförmigen Heizelement und einer aufgesetzten Schutzkappe ; Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßspitze mit ei- nem ringförmigen Heizelement und einer aufgesetzten Schutzkappe ; Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßspitze mit einem beheizbaren infrarotdurchlässigen Fenster und einer aufgesetzten Schutzkap- pe ; Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßspitze mit ei- nem beheizbaren infrarotdurchlässigen Fenster ; Fig. 5 Einzelheiten der in Fig. 3 nur schematisch dargestellten Meßspitze ; und Fig. 6 eine Schutzkappe mit Heizelement im Querschnitt und in Draufsicht. Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Meßspitze 10 mit einem sich zu einer Strahlungsein- trittsöffnung 12 hin konisch verjüngenden Meßspitzengehäuse 14, das an seinem vorderen Ende ein die Strahlungseintrittsöffnung 12 umgebendes ringförmiges Heizelement 16 auf- weist. Das Heizelement 16 ist vorzugsweise elektrisch beheizbar. Von der Strahlungsein- trittsöffnung 12 aus erstreckt sich ein Infrarot-Wellenleiter 18 in Längsrichtung durch das Meßspitzengehäuse 14 zu einem in der Figur nicht dargestellten Infrarot-Sensor zur Um- wandlung der erfaßten Infrarotstrahlung in ein elektrisches Ausgangssignal, das mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Meßelektronik ausgewertet und über eine zugeordnete Anzei- geeinrichtung angezeigt werden kann. Das vordere Ende des Infrarot-Wellenleiters 18 ist mit einem infrarotdurchlässigen Fenster 20 versehen. Der Infrarot-Wellenleiter 18 ist zwecks thermischer Isolation mit einem Zwischenraum 22 zu dem Meßspitzengehäuse 14 angeord- net. Zum Schutz gegen Verschmutzung oder Beschädigung des Fensters ist dieses gegen- über dem vorderen Ende der Meßspitze etwas zurückgesetzt. Auf die Meßspitze 10 ist in an sich bekannter Weise eine an die Meßspitzengehäuseform angepaßte, austauschbare Schutzkappe 24 aufgesteckt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Meßspitze 10 ist im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 lediglich das elektrisch beheizbare ringförmige Heizele- ment 16 so verbreitert, daß es den Zwischenraum 22 zwischen dem Meßspitzengehäuse 14 und dem Infrarot-Wellenleiter 18 vollständig überdeckt. Der Innendurchmesser des Rings 16 entspricht ungefähr dem lnnendurchmesser des Infrarot-Wellenleiters 18. Auf diese Weise deckt das Heizelement das vordere Ende der Meßspitze bis auf die Strahlungseintrittsöff- nung 12 ab.

Die in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße Meßspitze unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Meßspitze dadurch, daß das infrarotdurchlässige Fenster 20 nicht das vordere Ende des Infrarot-Wellenleiters 18 sondern die Strahlungseintrittsöffnung 12 verschließt. Das Heizelement 16 ist gut wärmeleitend mit dem Fenster 20 verbunden. Das Fenster besteht vorzugsweise aus einem ausreichend wärmeleitenden Material, beispielsweise Silizium.

Fig. 5 zeigt Einzelheiten des in Fig. 3 nur schematisch dargestellten Heizelements 16. Es weist einen durch einen Heizdraht 16'beheizbaren Rahmen 26 auf, der das Fenster 20 ein- faßt, und dessen Temperatur durch einen Temperatursensor 28 gemessen werden kann. Der Rahmen schützt das Fenster 20 vor Beschädigung und sorgt außerdem für eine beson- ders gleichmäßige Erwärmung des Fensters 20. Er besteht beispielsweise aus Aluminium oder einem vergleichbar gut wärmeleitenden Material und ist gegenüber dem Meßspitzen- gehäuse 14 thermisch isoliert.

Die in Fig. 4 dargestellte Meßspitze unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Aus- führungsbeispiel dadurch, daß das vordere Ende der Meßspitze in einem kuppelförmigen infrarotdurchlässigen Fenster 20 endet, das direkt durch ein in der Figur nicht dargestelltes Heizelement beheizbar ist. Das Fenster 20 umfaßt ferner einen ebenfalls nicht dargestellten Temperatursensor zur Bestimmung der Fenstertemperatur. Das Heizelement besteht bei- spielsweise aus einer Leiterbahn aus Metall oder einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, die auf das Fenster aufgebracht ist. Vorzugsweise besteht das Fenster jedoch aus Silizium, so- daß das Heizelement durch Dotierung eines entsprechenden Fensterbereichs direkt ins Fenster integriert sein kann. Aus dem elektrischen Widerstand des dotierten Bereichs kann die Fenstertemperatur bestimmt werden, sodaß auf einen separaten Temperatursensor ver- zichtet werden kann. Alternativ kann aber natürlich auch ein Temperatursensor vorhanden sein, der vorzugsweise in gleicher Weise ausgeführt ist wie das Heizelement.

Das Fenster besitzt vorzugsweise konisch verlaufende Seitenwände 20a und eine nach vor- ne gewölbte Stirnfläche 20b, sodaß es leicht in einen Ohrkanal eingeführt werden kann. Bei diesem beheizbaren Fenster 20 führt weder eine Berührung des Ohrkanals mit den Seiten- wänden 20a noch ein entsprechender Kontakt mit der Stirnfläche 20b zu einem merklichen Wärmeaustausch zwischen dem Fenster 20 und dem Ohrkanal, woraus eine entsprechend geringe Beeinflussung der Meßergebnisse resultiert. Da praktisch der gesamte vordere Be- reich der Meßspitze 10 durch das Fenster 20 hermetisch abgedichtet ist, sind auch Messun- gen ohne Schutzkappe möglich.

Bei allen Ausführungsbeispielen ist das Heizelement mit einer in den Figuren nicht darge- stellten Steuerungseinrichtung verbunden, an die zusätzlich ein Temperatursensor und/oder ein Wärmeflußsensor zur Erfassung des Wärmeflußes zwischen dem vorderen Teil der Meßspitze und dem Ohrkanal eines Benutzers angeschlossen sein kann. Die Steuerungs- einrichtung dient zum vorzugsweise automatischen Starten des Heizvorgangs bei Einführen der Meßspitze in einen Ohrkanal, zur Konstanthaltung der Temperatur der Meßspitze oder Regelung zwecks Minimierung des Wärmeflußes während der Strahlungstemperaturmes- sung, und zum vorzugsweise automatischen Beenden des Heizvorgangs bei Entfernen der Meßspitze aus dem Ohrkanal.

Die in Fig. 6 dargestellte beheizbare Schutzkappe weist in an sich bekannter Weise einen becherförmigen Kunststoffkörper 30 und an ihrem vorderen Ende einen Strahlungseintritts- bereich 32 auf. Ein als Leiterbahn 34 ausgebildetes Heizelement, das beispielsweise aus einer auf die Innenseite des Kunststoffkörpers 30 aufgedampften Metallschicht besteht, um- gibt den Strahlungseintrittsbereich 32 ringförmig. Die Enden 36 der Leiterbahn sind kontakt- förmig verbreitert. Statt der beheizbaren Schutzkappe 24 ist jedoch auch eine herkömmliche nicht beheizbare Schutzkappe verwendbar, sofern die Meßspitze selbst über ein Heizele- ment verfügt.