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Technisches Gebiet der
Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Infrarotthermometer zur Messung einer Temperatur (einer
Körpertemperatur)
durch Nachweis von Infrarotstrahlung, die von biologischen Oberflächengeweben,
wie einem äußeren Gehörgang und
Trommelfell eines Menschen, abgestrahlt wird, und insbesondere auf
den inneren Aufbau einer in einen Messort, wie einen äußeren Gehörgang, einzuführenden
Messfühlers.
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Hintergrund der Erfindung:
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Infrarotthermometer (Fieberthermometer) weisen
allgemein Messfühler
auf, die von den Gehäusegrundkörpern der
Thermometer so abragen, dass sie in die äußeren Gehörgänge von Menschen einführbar sind.
In den Messfühlern
sind Wellenleiter zum Leiten der von den biologischen Oberflächengeweben,
wie äußeren Gehörgängen und
Trommelfellen, abgestrahlten Infrarotstrahlung zu Infrarotsensoren
vorgesehen.
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5 zeigt
schematisch ein Beispiel der inneren Aufbauten der Messfühler von
Infrarotthermometern. Bei diesem Infrarotthermometer ist der Messfühler 100 aus
einem innen hohlen konischen Rohr aufgebaut, und der Infrarotsensor 104 ist
in dem Endabschnitt des Messfühlers 110 vorgesehen,
wobei dieser Endabschnitt einen großen Durchmesser aufweist und
an dem Grundgehäusekörper 102 des Thermometers
befestigt ist. Ein Ende des rohrförmigen Wellenleiters 106 ist
an der Nachweisfläche
des Infrarotsensors 104 befestigt, und das andere Ende des
Wellenleiters 106 ist in der Nachbarschaft der Spitze des
Messfühlers 100 mit
kleinem Durchmesser angeordnet. Der Temperatursensor 108 zur
Messung der Temperatur des Infrarotsensors 104 ist an dem
Infrarotsensor 104 vorgesehen. Der Infrarotsensor 104 und
der Temperatursensor 108 sind in dem Gehäusegrundkörper 102 vorgesehen
und sie sind mit einem Rechenoperationsabschnitt 110 zur
Berech nung der Temperatur eines Objekts, beruhend auf den Ausgabe
der Sensoren 104 und 108, verbunden. Wenn eine
Körpertemperatur
unter Verwendung dieses Thermometers gemessen wird, wird der Messfühler 100 in
einen äußeren Gehörgang 112 gesetzt.
Die vom äußeren Gehörgang 112 und
dem Trommelfell 114 abgestrahlte Infrarotstrahlung erreicht
den Infrarotsensor 104 über
den Wellenleiter 106, so dass die Körpertemperatur durch den Temperaturberechnungsabschnitt 110 beruhend
auf den Ausgaben des Infrarotsensors 104 und des Temperatursensors 108 berechnet
wird.
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Wenn ein Temperaturunterschied zwischen dem
Wellenleiter 106 und dem Infrarotsensor 104 vorliegt,
verursacht das obige Infrarotthermometer infolge der Temperaturdifferenz
einen Fehler beim Messergebnis. Der Wellenleiter 106 besteht
aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit,
um einen solchen Fehler zu verhindern, und seine Innenwand ist üblicherweise
verspiegelt und ferner vergoldet. Außerdem ist der Wellenleiter 106 an
seinem Ende mit dem Infrarotsensor 104 durch Erwärmen verschweißt, ohne
jedes wärmeisolierendes
Material zwischen ihnen.
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Wenn der Messfühler 100 in den äußeren Gehörgang 112 eingeführt wird,
wird ein Teil der Außenumfangsfläche des
Messfühlers 100 unausweichlich
mit dem äußeren Gehörgang 112 in
Berührung
gebracht. In diesem Zeitpunkt wird die Wärme des äußeren Gehörgangs 112 auf den
Messfühler 100 übertragen,
weil die Temperatur des Messfühlers 100 üblicherweise
niedriger als diejenige des äußeren Gehörgangs 112 ist.
Die Wärme
des Messfühlers 100 wird
ferner auf den Wellenleiter 106 übertragen, was die Temperatur
eines Teils des Wellenleiters 106 erhöht. Dadurch stellt der Infrarotsensor 104 die
angehobene Temperatur des Teils des Wellenleiters 106 fest,
was einen Fehler bei der Messung der Körpertemperatur bewirkt.
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Zur Lösung obigen Problems beschreibt
die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 61-117422
ein Verfahren zur Messung einer Temperatur, bei welchem der Messfühler vor
einer Messung der Körpertemperatur
auf eine bestimmte Referenztemperatur vorerwärmt wird, um damit zu verhindern, dass
die Temperatur eines Teils des Wellenleiters während der Messung über die
Temperatur des Infrarotsensors ansteigt. Bei diesem Verfahren besteht
jedoch das Problem, dass der äußere Gehörgang und das
Trommelfell durch den vorerwärmten
Messfühler warm
werden, so dass eine exakte Körpertemperatur nicht
gemessen werden kann. Ferner verbraucht das Vorerwärmen des
Messfühlers
mehr elektrische Energie, so dass die Lebensdauer von Batterien
deutlich vermindert sind, insbesondere im Falle eines Batterien
verwendenden tragbaren Thermometers.
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Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 6-502099 (japanische Patentanmeldung Nr. 4-504325) beschreibt
ein Infrarotthermometer, welches einen Infrarotsensor, einen Umgebungstemperatursensor
und einen Wellenleitertemperatursensor aufweist. Dieses Infrarotthermometer
benutzt ein Objekttemperaturumwandlungsverfahren (d. h. eine Kalibrierabbildung),
bei welchem die Temperaturen der Umgebung und eines Objekts mehrfach
gemessen werden, wenn die Vorrichtung einjustiert wird, und bei
welchem die Temperatur des Objekts unter Verwendung der Ausgaben
der betreffenden Sensoren und einer Temperaturumwandlungsgleichung, die
experimentell bestimmt worden ist, umgewandelt wird. Dieses Infrarotthermometer
benötigt
jedoch mehrere Temperatursensoren mit folglich hohen Herstellungskosten
und es erfordert eine Messung einer Anzahl von Umgebungstemperaturen
zu Einjustierung der Vorrichtung, so dass die Einstellung der Vorrichtung
eine lange Zeit in Anspruch nimmt.
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WO 90/02521 A beschreibt ein Infrarotthermometer,
bei welchem der Strahlungssensor in einem isothermen Zustand mit
dem Wellenleiter gehalten wird.
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Zusammenfassung der Erfindung:
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es daher, ein Infrarotthermometer zu schaffen, welches verhindern
kann, dass die von einem Objekt (insbesondere einem äußeren Gehörgang) auf
einen Messfühler übertragene
Wärme auf
einen Wellenleiter und einen Infrarotsensor übertragen wird, und damit eine
Körpertemperatur
genauer messen kann.
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Zur Lösung der Aufgabe umfasst ein
Infrarotthermometer der vorliegenden Erfindung einen Infrarotsensor
und einen Wellenleiter zur Leitung von Infrarotstrahlung zu dem
Infrarotsensor in einem Messfühler
als dem freien Endabschnitt des Gehäusegrundkörpers des Thermometers, und
ist dadurch gekennzeichnet, dass ein wärmeleitendes Rohr zwischen
dem Messfühler
und dem Wellenleiter vorgesehen ist, wobei dieses gegenüber dem
Wellenleiter und dem Infrarotsensor thermisch isoliert ist.
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Gemäß diesem Infrarotsensor wird
von einem Objekt (beispielsweise einem äußeren Gehörgang) auf den Messfühler übertragene
Wärme auf das
zwischen dem Messfühler
und dem Wellenleiter (dem ersten Rohr) angeordnete zweite Rohr übertragen.
Da das zweite Rohr wärmeleitend
ist, wird die von dem Objekt auf das zweite Rohr übertragene Wärme in dem
zweiten Rohr verteilt. Dementsprechend kann die von dem zweiten
Rohr auf das erste Rohr (den Wellenleiter) und den Infrarotsensor
weiter übertragene
Wärme auf
einem Minimum gehalten werden. Auch können der Wellenleiter und der
Infrarotsensor auf der gleichen Temperatur gehalten werden, weshalb
eine stabile und hochgenaue Temperaturmessung durchgeführt werden
kann.
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In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Messfühler mit wenigstens einem Teil
eines zweiten Rohres in Berührung gesetzt.
Bei dieser Ausführungsform
wird die von einem Objekt auf den Messfühler übertragene Wärme momentan
auf das zweite Rohr verteilt.
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In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein wärmeabgebender Abschnitt in
einem zweiten Rohr vorgese hen. Bei dieser Ausführungsform wird die von einem
Messfühler
auf das zweite Rohr übertragene
Wärme momentan
freigesetzt, wodurch der Wärmeeinfluss
auf nicht nur den Wellenleiter und den Infrarotsensor, sondern auch
auf das zweite Rohr minimiert werden kann.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht des Aussehens eines Infrarotthermometers.
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2 ist
eine Schnittansicht des Temperaturnachweisabschnitts eines Infrarotthermometers der
vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
eine schematische Schnittansicht des Messfühlers eines Infrarotthermometers
gemäß dem Stand
der Technik, wobei der Innenaufbau dargestellt ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung:
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Unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
werden nun bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 zeigt das Aussehen eines Infrarotthermometers,
wobei der Gehäusegrundkörper 12 des
Infrarotthermometers 10 mit einem Temperaturnachweisabschnitt 14 und
einem Flüssigkristallanzeigeabschnitt 16 versehen
ist. Der Temperaturnachweisabschnitt 14 ragt von der Ebene
des Gehäusegrundkörpers 12 ab
und bildet dabei die Spitze des Gehäusegrundkörpers 12. Der Flüssigkristallanzeigeabschnitt 16 ist
zur Anzeige einer mit dem Temperaturnachweisabschnitt 14 gemessenen
Temperatur vorgesehen. In 1 erscheint
der Gehäusegrundkörper 12 in
Form eines Kastens, er kann aber auch jede andere Form, wie etwa
eine gebogene zylindrische Form mit einem als abragende Spitze ausgebildeten
Tempe raturnachweisabschnitt 14, die Form einer Pistole
und eine andere geeignete Form, die der Benutzer leicht halten kann,
haben.
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2 ist
eine Schnittansicht des Temperaturnachweisabschnitts 14.
Der Temperaturnachweisabschnitt 14 umfasst einen Messfühler 20.
Der Messfühler 20 ist
integriert aus einem Kunstharz ausgebildet und umfasst einen innen
hohlen zylindrischen Abschnitt 26 in Form beispielsweise
eines Konus, der für
das Einführen
in einen äußeren Gehörgang eines Menschen
geeignet bemessen ist; und einen Flanschabschnitt 28, der
sich von dem Basisendabschnitt des zylindrischen Abschnitts 26 mit
größerem Durchmesser
radial nach außen
erstreckt. Der Messfühler 20 wird
an dem Flanschabschnitt 28 fest am Gehäusegrundkörper 12 gehalten.
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Eine wärmezerstreuende Buchse bzw.
eines wärmezerstreuendes
Rohr 30 ist koaxial innerhalb des Messfühlers 20 vorgesehen.
Die wärmezerstreuende
Buchse 30 umfasst einen zylindrischen wärmefreisetzenden Abschnitt 32,
der an dem Basisendabschnitt des zylindrischen Abschnitts 26 des Messfühlers 20 vorgesehen
ist; einen zylindrischen wärmeübertragenden
Abschnitt 34 (ein zweites Rohr), welcher sich von einem
Ende des wärmefreisetzenden
Abschnitts 32 in die Nachbarschaft der Spitze des Messfühlers erstreckt;
und einen Flanschabschnitt 36, der sich von dem Basisendabschnitt des
wärmefreisetzenden
Abschnitts 32 radial und nach außen erstreckt. Der wärmefreisetzende
Abschnitt 32, der wärmeübertragende
Abschnitt 34 und der Flanschabschnitt 36 sind
integriert ausgebildet. Die wärmezerstreuende
Buchse 30 ist aus einem Metall mit großer Wärmeleitfähigkeit, wie etwa Kupfer, Aluminium
und Messing, ausgebildet, so dass die von dem Messfühler 20 übertragene
Wärme momentan
zerstreut und freigesetzt werden kann. Die äußere Umfangsfläche der
wärmezerstreuenden
Buchse 30 wird von der inneren Umfangsfläche des
Messfühlers 20 ferngehalten,
um einen wärmeisolierenden Raum 38 zwischen
ihnen auszubilden, um so die Wärmeübertragung
vom Messfühler 20 zu
reduzie ren. Die äußere Umfangsfläche des
Spitzenabschnitts des wärmeübertragenden
Abschnitts 34 ist mit der Innenfläche des Messfühlers 20 in
Berührung, so
dass die Wärme
des Messfühlers 20 momentan auf
den wärmeübertragenden
Abschnitt 34 übertragen
und darin zerstreut werden kann.
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In der wärmezerstreuenden Buchse 30 ist ein
Sensorgehäuse 42 zum
festen Halten eines Infrarotsensors 40 vorgesehen. Das
Sensorgehäuse 42 ist
aus einem Kunstharz, vorzugsweise einem Kunstharz mit einer Wärmeleitfähigkeit,
die so niedrig wie möglich
ist, ausgebildet. Das Sensorgehäuse 42 ist mit
einem äußeren Gehäuse 46 versehen,
das zusammen mit der wärmezerstreuenden
Buchse 30 an dem Gehäusegrundkörper 12 des
Thermometers mittels Schrauben 44 befestigt ist. Eine Sensorgehäusekammer 48 ist
in dem äußeren Gehäuse 46 ausgebildet.
Der Infrarotsensor 40 und ein um den Infrarotsensor 40 herum
aufgesetztes inneres Gehäuse 50 sind
in die Sensorgehäuse 48 eingesetzt.
Ein elastischer Gummi 52 wird dazu verwendet, den Infrarotsensor 40 und
das innere Gehäuse 50 zu
der wärmezerstreuenden
Buchse 30 hin zu belasten, um so den Infrarotsensor 40 zu
fixieren.
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In der wärmezerstreuenden Buchse 30 ist auch
ein Wellenleiter 60 vorgesehen, der aus einem metallenen
zylindrischen Rohr, das sich von der Nachweisfläche 54 des Infrarotsensors 40 zur
Spitze des Messfühlers 20 erstreckt,
aufgebaut ist. Der Wellenleiter 60 wird an seinem einen
Endabschnitt durch einen Metallblock 62 in der Nähe des Infrarotsensors 40 fixiert.
Der metallene Verbinder 62 ist an der Nachweisfläche 54 des
Infrarotsensors 40 durch Schweißen oder durch Verwendung von
Klebstoff befestigt, um so den Wellenleiter 60 koaxial
zu dem Messfühler 20 und
der wärmezerstreuenden
Buchse 30 zu positionieren. Der Wellenleiter 60 wird
von der wärmezerstreuenden
Buchse 30 ferngehalten, um dazwischen einen wärmeisolierenden
Raum 64 auszubilden. Der metallene Verbinder 62 wird
in gleicher Weise von der wärmezerstreuenden
Buchse 30 ferngehalten, um so dazwischen einen wärmeisolierenden
Raum 66 auszubilden.
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Ein Temperatursensor 68 (ein
Thermistor) ist an dem Infrarotsensor 40 mit Klebstoff
befestigt. Der Temperatursensor 68 ist mit dem Rechenabschnitt 70 verbunden,
so dass von dem Temperatursensor festgestellte Temperaturdaten des
Infrarotsensors 40 auf den Rechenabschnitt 70 ausgegeben
werden. Der Infrarotsensor 40 ist gleichermaßen mit
dem Rechenabschnitt 70 verbunden, so dass vom Infrarotsensor 40 festgestellte
Temperaturdaten auf den Rechenabschnitt 70 ausgegeben werden.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind mehrere Öffnungen in dem äußeren Gehäuse 46 vorgesehen,
und vorzugsweise werden die Leitungsdrähte der Sensoren 40 und 68 durch
solche Öffnungen
herausgeführt.
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Wenn eine Körpertemperatur unter Verwendung
dieses Thermometers 10 gemessen wird, hält der Bediener den Gehäusegrundkörper 12 in
der Hand und führt
den Messfühler 20 in
den äußeren Gehörgang 22 des
Patienten oder in den seinen, wie in 2 gezeigt,
ein. Die vom äußeren Gehörgang 22 und
dem Trommelfell 24 abgestrahlte Infrarotstrahlung wird
zum Wellenleiter 60 geleitet und so durch den Infrarotsensor 40 nachgewiesen.
Der Infrarotsensor 40 gibt den Intensitäten der Infrarotstrahlen entsprechende
Signale auf den Rechenabschnitt 70 aus. Der Rechenabschnitt 70 berechnet die
Körpertemperatur
beruhend auf den Ausgaben des Infrarotsensors 40 und des
Temperatursensors 68, und das Berechnungsergebnis wird
auf dem Anzeigeabschnitt 16 angezeigt.
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Im Vorgang der Feststellung der Körpertemperatur
ist es unvermeidlich, dass der Messfühler 20, sobald er
eingeführt
ist, mit dem äußeren Gehörgang 22 in
Berührung
gebracht wird, wie dies in 2 gezeigt
ist. Die Temperatur des Messfühlers 20 ist üblicherweise
niedriger als die Körpertemperatur,
so dass die Wärme
des äußeren Gehörgangs 22 auf
einen Teil des Messfühlers 20 (im
Allgemeinen auf der Seite der Spitze des Messfüh lers), der mit dem äußeren Gehörgang 22 in
Berührung
ist, übertragen
wird.
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Die Wärme wird auf den wärmeübertragenden
Abschnitt 34 der wärmezerstreuenden
Buchse 30, der mit dem Messfühler 20 in Berührung steht, und
ferner auf den wärmefreisetzenden
Abschnitt 32 derselben übertragen.
Der wärmefreisetzende
Abschnitt 32 ist so ausgebildet, dass er ein größeres Volumen
für eine
größere Wärmekapazität, verglichen mit
dem wärmeübertragenden
Abschnitt 34, hat. Die Wärme in dem wärmeübertragenden
Abschnitt 34 wird daher momentan auf den wärmefreisetzenden Abschnitt 32 übertragen.
Andererseits ist die wärmezerstreuende
Buchse 30 infolge des Vorhandenseins des wärmeisolierenden
Raums 64 vom Wellenleiter 60 thermisch isoliert,
so dass die Wärme
in der wärmezerstreuenden
Buchse 30 nicht auf den Wellenleiter 60 übertragen
wird. Ferner ist der metallene Verbinder 62 um den Endabschnitt
des Wellenleiters 60 in der Nachbarschaft des Infrarotsensors 40 aufgesetzt,
und der metallene Verbinder 62 ist infolge des Vorhandenseins
des wärmeisolierenden
Raums 66 auch gegenüber
der wärmezerstreuenden
Buchse 30 thermisch isoliert, so dass die Wärme in dem
wärmefreisetzenden
Abschnitt 32 der wärmezerstreuenden
Buchse 30 nicht auf den Infrarotsensor 40 oder den
Wellenleiter 60 übertragen
wird. Der Wellenleiter 60 wird daher auf der gleichen Temperatur
wie diejenige des Infrarotsensors 40 gehalten. Es ist daher nicht
zu befürchten,
dass ein Fehler bei der Messung der Körpertemperatur wegen des Einflusses
einer erhöhten
Temperatur des Wellenleiters 60, der teilweise erwärmt wird,
bewirkt wird.
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Bei dieser Ausführungsform wird der Wellenleiter 60 über den
metallenen Verbinder 62 fest an dem Infrarotsensor 40 gehalten.
Anderenfalls kann der Wellenleiter 60 auch mit dem Infrarotsensor 40 durch
Erwärmen
des Endabschnitts des Wellenleiters 60 verschweißt sein,
oder ein scheibenförmiger Flansch
ist integriert mit dem Endabschnitt des Wellenleiters 60 ausgebildet,
so dass der Wellenleiter 60 über diesen Flansch fest an
dem Infrarotsensor 40 gehalten werden kann.
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Auch bei dieser Ausführungsform
wird ein Teil des wärmeübertragenden
Abschnitts 34 der wärmezerstreuenden
Buchse 30 mit dem Messfühler 20 in
Berührung
gebracht. Der Wellenleiter 60 kann jedoch auch vom Messfühler 20 vollständig ferngehalten
sein, wie dies in 3 gezeigt
ist, oder anderenfalls kann die gesamte äußere Umfangsfläche des wärmeübertragenden
Abschnitts 34 in Berührung
mit dem Messfühler 20 gehalten
werden.
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Ferner ist bei dieser Ausführungsform
der wärmeübertragende
Abschnitt 34 integriert mit dem wärmefreisetzenden Abschnitt 32 ausgebildet.
Diese Abschnitte können
jedoch auch getrennt ausgebildet und dann zum Aufbau der wärmezerstreuenden Buchse 30,
wie in 4 gezeigt, zusammengesetzt sein.
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Wie sich aus obiger Beschreibung
ergibt, ist gemäß dem Infrarotthermometer
der vorliegenden Erfindung das zweite wärmeleitende Rohr zwischen dem
Messfühler
und dem Wellenleiter (dem ersten Rohr) unter thermischer Isolation
gegenüber
dem ersten Rohr und dem Infrarotsensor vorgesehen, weshalb die von
einem Objekt auf den Messfühler übertragene
Wärme auf
das zweite Rohr übertragen wird,
so dass die Wärmeleitung
zum Wellenleiter und zum Infrarotsensor auf einem Minimum gehalten werden
kann. Der Wellenleiter und der Infrarotsensor können daher auf der gleichen
Temperatur gehalten werden, so dass eine stabile Temperaturmessung durchgeführt werden
kann. Die Messgenauigkeit ist daher verbessert.
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Auch kann der Messfühler mit
einem Teil des zweiten Rohres in Berührung kommen, so dass die von
dem Objekt auf den Messfühler übertragene Wärme augenblicklich
auf das zweite Rohr übertragen
wird.
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Auch ist das zweite Rohr mit dem
wärmefreisetzenden
Abschnitt vorgesehen, um dadurch momentan die vom Messfühler auf
das zweite Rohr übertragene
Wärme abzugeben,
so dass thermische Einflüsse
nicht nur auf den Wellenleiter und den Infrarotsensor, sondern auch
auf das zweite Rohr minimiert werden können.