Термоэлектрический источник питания для электронного медицинского термометра
В работе приведены результаты расчетов термоэлектрического преобразователя для питания электронного медицинского термометра, определена рациональная конструкция такого преобразователя. Показана целесообразность использования термоэлектрического преобразователя в разных режимах его работы для питания...
Saved in:
| Published in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70568 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Термоэлектрический источник питания для электронного медицинского термометра / Л.И. Анатычук, Р.Р. Кобылянский, И.А. Константинович // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2014. — № 4. — С. 28-32. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859919748060413952 |
|---|---|
| author | Анатычук, Л.И. Кобылянский, Р.Р. Константинович, И.А. |
| author_facet | Анатычук, Л.И. Кобылянский, Р.Р. Константинович, И.А. |
| citation_txt | Термоэлектрический источник питания для электронного медицинского термометра / Л.И. Анатычук, Р.Р. Кобылянский, И.А. Константинович // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2014. — № 4. — С. 28-32. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | В работе приведены результаты расчетов термоэлектрического преобразователя для питания электронного медицинского термометра, определена рациональная конструкция такого преобразователя. Показана целесообразность использования термоэлектрического преобразователя в разных режимах его работы для питания электронного термометра.
У роботі наведено результати розрахунків термоелектричного перетворювача для живлення електронного медичного термометра, визначено раціональну конструкцію такого перетворювача. Показано доцільність використання термоелектричного перетворювача в різних режимах його роботи для живлення електронного термометра.
The results of calculations of a thermoelectric converter for a medical thermometer power supply are presented in this paper. The authors define a rational design of such a converter which is limited by technological complexity of small-size legs fabrication, on the one hand, and with the converter overall dimensions, on the other hand. The study carried out has shown the expediency of a thermoelectric converter application for various operational modes to provide an electronic medical thermometer power supply, particularly in the unmatched load mode with the converter efficiency dropping down five to tenfold
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:06:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4
28
ÁÈÎÌÅÄÈÖÈÍÑÊÀЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ISSN 2225-5818
ÓÄÊ 537.32
Ä. ф.-м. í. Л. И. АНАТЫЧУК1,2, к. ф.-м. í. Р. Р. КОБЫЛЯНСКИЙ1,2,
к. ф.-м. í. И. А. КОНСТАНТИНОВИЧ1,2
Óêðàèíà, ã. Чåðíîâцы, 1Иíñòèòóò òåðмîýëåêòðèчåñòâà НАН è МОН Óêðàèíы,
2Чåðíîâèцêèé íàцèîíàëьíыé óíèâåðñèòåò èмåíè Юðèÿ Фåдьêîâèчà
E-mail: romakobylianskyi@ukr.net
ÒЕРМОЭЛЕÊÒРИЧЕСÊИЙ ИСÒОЧНИÊ ПИÒАНИЯ
ÄЛЯ ЭЛЕÊÒРОННОГО МЕÄИЦИНСÊОГО
ÒЕРМОМЕÒРА
В íàñòîÿщåå âðåмÿ дëÿ ïèòàíèÿ мàëîмîщíîé
ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðы èñïîëьзóюòñÿ õèмèчå-
ñêèå èñòîчíèêè. Нåñмîòðÿ íà íåïðåðыâíîå óëóч-
шåíèå èõ êàчåñòâà, îíè âñå жå èмåюò ïðèíцèïè-
àëьíыå íåдîñòàòêè: îòíîñèòåëьíî âыñîêèå óдåëь-
íыå мàññîãàбàðèòíыå õàðàêòåðèñòèêè, íàëèчèå
ñàмîðàзðÿдà, мàëыé ðåñóðñ ðàбîòы, îãðàíèчåí-
íыé ñðîê õðàíåíèÿ è ýêñïëóàòàцèè ïðè íèзêèõ
òåмïåðàòóðàõ. Êðîмå òîãî, ïðîèзâîдñòâî õèмè-
чåñêèõ èñòîчíèêîâ ýëåêòðèчåñòâà — ýíåðãîåм-
êîå, дîðîãîå è âðåдíîå дëÿ îêðóжàющåé ñðåды.
Вñå ýòî îбóñëîâëèâàåò íåîбõîдèмîñòь ïîèñêà
íîâыõ èñòîчíèêîâ ýëåêòðèчåñêîé ýíåðãèè, ëè-
шåííыõ óêàзàííыõ íåдîñòàòêîâ. Оñîбåííî ïåð-
ñïåêòèâíымè â ýòîм îòíîшåíèè ÿâëÿюòñÿ òåð-
мîýëåêòðèчåñêèå èñòîчíèêè ïèòàíèÿ [1—3], ïî-
ñêîëьêó â цåëîм òåðмîýëåêòðèчåñêèå ãåíåðàòîðы
èмåюò бîëьшîé ðåñóðñ ðàбîòы (20—30 ëåò è бî-
ëåå), îíè íàдåжíы ïðè èñïîëьзîâàíèè â ýêñòðå-
мàëьíыõ óñëîâèÿõ è íå òðåбóюò чàñòîé зàмåíы.
Изâåñòíî, чòî òåðмîýëåêòðèчåñêèå мèêðîãå-
íåðàòîðы èñïîëьзóюòñÿ дëÿ ïèòàíèÿ мàëîмîщ-
íыõ ýëåêòðîííыõ óñòðîéñòâ, ñèñòåм òåëåмåòðèè,
íàâèãàцèè, ИÊ-дåòåêòîðîâ, à òàêжå дëÿ ïèòàíèÿ
âîåííîé è мåдèцèíñêîé òåõíèêè [4—8]. Одíàêî,
íåñмîòðÿ íà ðàзíîîбðàзíîå èñïîëьзîâàíèå òåðмî-
ýëåêòðèчåñêèõ èñòîчíèêîâ ïèòàíèÿ â мåдèцèí-
ñêîé àïïàðàòóðå, îòñóòñòâóюò дàííыå îб èõ ïðè-
мåíåíèè â ýëåêòðîííыõ мåдèцèíñêèõ òåðмîмå-
òðàõ (ÝÌÒ). Зàмåíà õèмèчåñêèõ ýëåмåíòîâ ïè-
òàíèÿ íà òåðмîýëåêòðèчåñêèå â òàêèõ òåðмîмå-
òðàõ ðåшèëà бы ïðîбëåмó óòèëèзàцèè îòðàбî-
òàííыõ õèмèчåñêèõ èñòîчíèêîâ ïèòàíèÿ, óëóч-
шèâ òåм ñàмым ýêîëîãèчåñêîå ñîñòîÿíèå îêðó-
жàющåé ñðåды. Имåííî ïîýòîмó â Иíñòèòóòå
òåðмîýëåêòðèчåñòâà НАН è МОН Óêðàèíы àê-
òèâíî ïðîâîдÿòñÿ ðàбîòы ïî ñîздàíèю òåðмî-
ýëåêòðèчåñêèõ ïðåîбðàзîâàòåëåé дëÿ ïèòàíèÿ
ЭМÒ [9—12].
В работе приведеíы результаты расчетов термоэлектрического преобразователя для питаíия
электроííого медициíского термометра, определеíа рациоíальíая коíструкция такого преобразо-
вателя. Показаíа целесообразíость использоваíия термоэлектрического преобразователя в разíых
режимах его работы для питаíия электроííого термометра.
Клþчевые слова: термоэлектрический преобразователь, термоэлектрический источíик питаíия,
электроííый медициíский термометр.
Эффåêòèâíîñòь òåðмîýëåêòðèчåñêîãî ïðåîб-
ðàзîâàòåëÿ зàâèñèò îò ñîãëàñîâàíèÿ åãî ñîïðî-
òèâëåíèÿ, êîòîðîå îïðåдåëÿåòñÿ åãî êîíñòðóê-
цèåé, è ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóзêè. В íàñòîÿщåé
ðàбîòå ðåшàëàñь зàдàчà îïðåдåëåíèÿ òàêîé êîí-
ñòðóêцèè òåðмîýëåêòðèчåñêîãî (ÒÝ) èñòîчíèêà
ïèòàíèÿ ЭМÒ, êîòîðàÿ îбåñïåчèâàëà бы íåîбõî-
дèмыå ýëåêòðèчåñêèå ïàðàмåòðы, à êîëèчåñòâî
ÒЭ-мàòåðèàëà, íåîбõîдèмîãî дëÿ åãî èзãîòîâëå-
íèÿ, быëî бы мèíèмàëьíым.
Из òåõíèчåñêèõ õàðàêòåðèñòèê ЭМÒ èзâåñò-
íî, чòî дëÿ åãî ýëåêòðèчåñêîãî ïèòàíèÿ íåîбõî-
дèмî ïîñòîÿííîå íàïðÿжåíèå U = 1,5 В. В ðå-
зóëьòàòå èзмåðåíèé быëî óñòàíîâëåíî, чòî ïðè
òàêîм íàïðÿжåíèè мàêñèмàëьíыé òîê ñîñòàâëÿ-
åò Imax = 36 мêА, ò. å. мàêñèмàëьíàÿ ïîòðåбëÿå-
мàÿ мîщíîñòь Wmax = 54 мêВò. Òàêèм îбðàзîм,
ðàзðàбàòыâàåмыé èñòîчíèê ïèòàíèÿ дîëжåí îбå-
ñïåчèâàòь óêàзàííыå ýëåêòðèчåñêèå ïàðàмåòðы.
Äëÿ ðåшåíèÿ ïîñòàâëåííîé зàдàчè ïîñòðî-
èм фèзèчåñêóю мîдåëь ÒЭ-èñòîчíèêà ïèòàíèÿ
è ïðîâåдåм îцåíêó åãî ïàðàмåòðîâ дëÿ ðàзíыõ
ðåжèмîâ ðàбîòы — мàêñèмàëьíîé мîщíîñòè è
íåñîãëàñîâàííîé íàãðóзêè.
Ìодель термоэлектрического источника
питания
Фèзèчåñêàÿ мîдåëь òåðмîýëåêòðèчåñêîãî èñ-
òîчíèêà ïèòàíèÿ ЭМÒ ïðåдñòàâëåíà íà рис. 1.
Òåïëîâîé ïîòîê Q1 îò òåëà чåëîâåêà чåðåз ðà-
дèàòîð 1 чàñòèчíî ïåðåдàåòñÿ òåðмîýëåêòðèчå-
ñêîмó ïðåîбðàзîâàòåëю 2 (Q2), чàñòèчíî ðàñ-
ñåèâàåòñÿ â îêðóжàющóю ñðåдó (Q3), à òåïëî-
âîé ïîòîê Q4 îò õîëîдíîé ãðàíè ïðåîбðàзîâà-
òåëÿ чåðåз ðàдèàòîð 3 îòâîдèòñÿ â îêðóжàю-
щóю ñðåдó. Òàêèм îбðàзîм ñîздàåòñÿ íåîбõîдè-
мыé дëÿ ðàбîòы ïðåîбðàзîâàòåëÿ ïåðåïàд мåж-
дó òåмïåðàòóðàмè åãî ãðàíåé. Сòàбèëèзàòîð íà-
ïðÿжåíèÿ 4 îбåñïåчèâàåò íàïðÿжåíèå íà óðîâíå
DOI: 10.15222/TKEA2014.4.28
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4
29
ÁÈÎÌÅÄÈÖÈÍÑÊÀЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ISSN 2225-5818
1,5 В. Òàêîé èñòîчíèê мîжåò â ïîëíîé мåðå зà-
мåíèòь îбычíыé õèмèчåñêèé ãàëьâàíèчåñêèé
ýëåмåíò ïèòàíèÿ ЭМÒ.
Ðежим максимальной мощности
Рàññмîòðèм ðåжèм ñîãëàñîâàííîé íàãðóзêè,
ò. å. ðåжèм мàêñèмàëьíîé ýëåêòðèчåñêîé мîщ-
íîñòè èñòîчíèêà ïèòàíèÿ. В òàêîм ðåжèмå ïðè
íàïðÿжåíèè U = 1,5 В òåðмî-ЭÄС дîëжíà ñî-
ñòàâëÿòь e = 3 В.
Эêñïåðèмåíòàëьíыå èññëåдîâàíèÿ ïîêàзыâà-
юò, чòî ïðè ïåðåïàдå мåждó òåмïåðàòóðîé òåëà
человека и окружающей среды 10—15°С меж-
дó ãðàíÿмè ÒЭ-ïðåîбðàзîâàòåëÿ óñòàíàâëèâàåò-
ñÿ ïåðåïàд ∆Т ≈ 5°С.
Пðè зíàчåíèè êîýффèцèåíòà Зååбåêà
a=200 мêВ/Ê è e = 3 В íåîбõîдèмîå êîëèчåñòâî
âåòâåé N ÒЭ-ïðåîбðàзîâàòåëÿ ñîñòàâëÿåò 3000.
В ðåжèмå ñîãëàñîâàííîé íàãðóзêè ñîïðî-
òèâëåíèå ÒЭ-ïðåîбðàзîâàòåëÿ r ðàâíî ñîïðî-
òèâëåíèю íàãðóзêè (ò. å. ЭМÒ) R ïðè мàêñè-
мàëьíîм зíàчåíèè òîêà Imax. Пðîâåдÿ íåñëîж-
íыå мàòåмàòèчåñêèå ðàñчåòы, ïîëóчèм, чòî ïðè
Imax = 36 мêА R = 41,7 êОм. Оòñюдà ñëåдóåò,
чòî ïðè âыñîòå âåòâè l = 5 мм ïëîщàдь åå ïîïå-
ðåчíîãî ñåчåíèÿ ðàâíà S = 36∙10–4 мм2.
Òàêèм îбðàзîм, ãåîмåòðèчåñêèå ðàзмåðы ÒЭ-
ïðåîбðàзîâàòåëÿ, ïðè êîòîðыõ дîñòèãàåòñÿ åãî
мàêñèмàëьíàÿ ýффåêòèâíîñòь ïðè ðàбîòå â ðå-
жèмå ñîãëàñîâàííîé íàãðóзêè, мîãóò быòь ñëå-
дóющèмè: êîëèчåñòâî âåòâåé N = 3000 шò., èõ
âыñîòà l = 5 мм, ðàзмåðы ïîïåðåчíîãî ñåчåíèÿ
îдíîé âåòâè 0,06×0,06 мм, шèðèíà èзîëÿцèîí-
íыõ ïðîмåжóòêîâ мåждó âåòâÿмè b = 0,02 мм,
òèïèчíыå ðàзмåðы òåïëîïåðåõîдîâ ñîñòàâëÿюò
0,2—0,5 мм, îбщèå ãàбàðèòíыå ðàзмåðы ïðåîб-
ðàзîâàòåëÿ 4,4×4,4×5 мм.
Óêàзàííыå ðàзмåðы ïðåîбðàзîâàòåëÿ ñîïî-
ñòàâèмы ñ ðàзмåðàмè òðàдèцèîííîãî õèмèчå-
ñêîãî ãàëьâàíèчåñêîãî èñòîчíèêà ïèòàíèÿ ЭМÒ.
Сëåдóåò îòмåòèòь, чòî òèïèчíыå ëèíåéíыå
ðàзмåðы а ñåчåíèÿ âåòâåé òåðмîýëåêòðèчåñêîé
мèêðîбàòàðåè ñîñòàâëÿюò 0,2—0,5 мм, è èзãîòî-
âèòь âåòâè мàëîãî ñåчåíèÿ, óêàзàííîãî âышå, дî-
âîëьíî ñëîжíî òåõíîëîãèчåñêè. Иñïîëьзîâàíèå
жå âåòâåé бîëьшèõ ðàзмåðîâ ïðèâåдåò ê ñóщå-
ñòâåííîмó ðàññîãëàñîâàíèю ñîïðîòèâëåíèé èñ-
òîчíèêà ïèòàíèÿ è íàãðóзêè, à ýòî, â ñâîю îчå-
ðåдь, ïðèâåдåò ê зíàчèòåëьíîмó ñíèжåíèю ÊПÄ
ïðåîбðàзîâàíèÿ ýíåðãèè. Äëÿ òîãî чòîбы îïðå-
дåëèòь ðàцèîíàëьíыå ñ òîчêè зðåíèÿ ÊПÄ è
òåõíîëîãèчíîñòè èзãîòîâëåíèÿ ðàзмåðы ãåíåðà-
òîðà, ñëåдóåò ðàññмîòðåòь ðåжèм íåñîãëàñîâàí-
íîé íàãðóзêè.
Ðежим несогласованной нагрузки
Мàêñèмàëьíыé ÊПÄ òåðмîýëåêòðèчåñêîãî
ïðåîбðàзîâàòåëÿ îïðåдåëÿåòñÿ ñîãëàñíî âыðà-
жåíèю [1]
–
,
T
T T
Z
T T
4
1
21
1 2 1 2η =
+ (1)
ãдå Z — òåðмîýëåêòðèчåñêàÿ дîбðîòíîñòь мàòåðèà-
ëà ïðåîбðàзîâàòåëÿ;
Т1, Т2 — зíàчåíèÿ òåмïåðàòóðы íà ãðàíÿõ òåðмî-
ýëåêòðèчåñêîãî ïðåîбðàзîâàòåëÿ.
Рàñчåòы ïîêàзыâàюò, чòî ïðè ∆Т ≈ 5°С КПД
ïðåîбðàзîâàòåëÿ íàõîдèòñÿ â ïðåдåëàõ 0,3—0,4%
â зàâèñèмîñòè îò дîбðîòíîñòè òåðмîýëåêòðèчå-
ñêîãî мàòåðèàëà âåòâåé ïðåîбðàзîâàòåëÿ.
Рàññмîòðèм зàâèñèмîñòь ÊПÄ îò ëèíåéíыõ
ðàзмåðîâ åãî âåòâåé, дëÿ чåãî âîñïîëьзóåмñÿ
óïðîщåííымè ñîîòíîшåíèÿмè (бåз óчåòà òåï-
ëà Äжîóëÿ è Пåëьòьå â âåòâÿõ òåðмîýëåêòðèчå-
ñêîãî ïðåîбðàзîâàòåëÿ) è òàêèм îбðàзîм îцåíèм
ñíèжåíèå ÊПÄ:
,
Q
W
h
η = (2)
,Q
l
S TNh κ ∆= (3)
ãдå Qh — òåïëîâàÿ мîщíîñòь, êîòîðóю âîñïðèíèмà-
åò òåðмîýëåêòðèчåñêèé ïðåîбðàзîâàòåëь;
κ — êîýффèцèåíò òåïëîïðîâîдíîñòè мàòåðèà-
ëà ïðåîбðàзîâàòåëÿ.
Оòñюдà âèдíî, чòî óâåëèчåíèå ïëîщàдè ïîïå-
ðåчíîãî ñåчåíèÿ âåòâåé ïðåîбðàзîâàòåëÿ ïðèâî-
дèò ê óâåëèчåíèю òåïëîâîãî ïîòîêà Qh è, ñîîò-
âåòñòâåííî, ê ñíèжåíèю ÊПÄ ïðåîбðàзîâàíèÿ
òåïëîâîé ýíåðãèè â ýëåêòðèчåñêóю.
Из рис. 2 âèдíî, чòî ïðè óâåëèчåíèè ëèíåé-
íыõ ðàзмåðîâ ñåчåíèÿ âåòâåé îò 0,06 дî 0,2—0,5 мм
ÊПÄ ïðåîбðàзîâàòåëÿ óмåíьшàåòñÿ ïðèбëèзè-
òåëьíî â 5—10 ðàз. Одíàêî òàêîå ñíèжåíèå ÊПÄ
мîжíî êîмïåíñèðîâàòь óâåëèчåíèåм òåïëîâîãî
ïîòîêà зà ñчåò óâåëèчåíèÿ ïëîщàдè ïîïåðåчíîãî
ñåчåíèÿ òåðмîýëåêòðèчåñêîãî ïðåîбðàзîâàòåëÿ.
Рàññмîòðèм êàê âëèÿåò óâåëèчåíèå ëèíåéíыõ
ðàзмåðîâ âåòâåé íà îбщèå ãàбàðèòы ïðåîбðàзî-
âàòåëÿ ïðè óñëîâèè ñîõðàíåíèÿ èñõîдíыõ ïàðà-
мåòðîâ — U = 1,5 В, W = 54 мêВò.
Рèñ. 1. Мîдåëь òåðмîýëåêòðèчåñêîãî èñòîчíèêà
ïèòàíèÿ дëÿ ЭМÒ:
1, 3 — ðàдèàòîðы; 2 — òåðмîýëåêòðèчåñêèé ïðåîбðàзî-
âàòåëь; 4 — ñòàбèëèзàòîð íàïðÿжåíèÿ
3
1
2 U=1,5 В
Q3
4
Q1
Q3
Q4
Q2
W
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4
30
ÁÈÎÌÅÄÈÖÈÍÑÊÀЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ISSN 2225-5818
Пóòåм íåñëîжíыõ ïðåîбðàзîâàíèé âыðàжå-
íèÿ зàêîíà Омà дëÿ ïîëíîé цåïè ñ óчåòîм ñîîò-
íîшåíèÿ дëÿ òåðмî-ЭÄС e = aN∆T мîжíî íàé-
òè êîëèчåñòâî âåòâåé ÒЭ-ïðåîбðàзîâàòåëÿ, ïðè
êîòîðîм бóдóò îбåñïåчåíы íåîбõîдèмыå ïàðà-
мåòðы ïèòàíèÿ ЭМÒ (рис. 3):
–
,N
R T
S
l U
RU
1α
σ
∆
= (4)
ãдå s — êîýффèцèåíò ýëåêòðîïðîâîдíîñòè (ïðî-
èзâåдåíèå
S
l1 $σ ïðåдñòàâëÿåò ñîбîé ñîïðîòèâ-
ëåíèå îдíîé âåòâè òåðмîýëåêòðèчåñêîãî ïðåîб-
ðàзîâàòåëÿ).
С óчåòîм (4) è èзîëÿцèîííыõ ïðîмåжóòêîâ
мåждó âåòâÿмè b = 0,02 мм, ïëîщàдь ïîïåðåч-
íîãî ñåчåíèÿ ÒЭ-ïðåîбðàзîâàòåëÿ Sm îïðåдåëÿ-
åòñÿ ñëåдóющèм âыðàжåíèåм:
–
( ) .S
R T
a
l U
RU a b
1m
2
2
α
σ
∆
= + (5)
Очåâèдíî, чòî ïëîщàдь Sm ðàñòåò ñ óâåëè-
чåíèåм ïîïåðåчíîãî ñåчåíèÿ âåòâåé ÒЭ-ïðåîб-
ðàзîâàòåëÿ.
Пðè âыбîðå ðàзмåðîâ âåòâåé ÒЭ-ïðåîбðàзî-
âàòåëÿ, ñ îдíîé ñòîðîíы, íåîбõîдèмî óчèòыâàòь
òî, чòî îí ïðåдíàзíàчåí дëÿ мàëîãàбàðèòíîé
мåдèцèíñêîé àïïàðàòóðы, à ñ дðóãîé — èмåòь
â âèдó òåõíîëîãèчåñêèå ñëîжíîñòè èзãîòîâëå-
íèÿ âåòâåé мàëыõ ðàзмåðîâ, î êîòîðыõ ãîâîðè-
ëîñь âышå. Сдåëàòь ðàцèîíàëьíыé âыбîð мîж-
íî ñ ïîмîщью ðèñ. 3. Очåâèдíî, òàêèм ðåшåíè-
åм â ðàññмàòðèâàåмîм ñëóчàå бóдåò èñïîëьзî-
âàíèå ÒЭ-ïðåîбðàзîâàòåëÿ ñ ðàзмåðàмè âåòâåé
a ≈ 0,12 мм (Sm ≈ 32 мм2).
***
Òàêèм îбðàзîм, íà îñíîâàíèè ïðîâåдåííыõ
ðàñчåòîâ óñòàíîâëåíî, чòî òåðмîýëåêòðèчåñêèé
ïðåîбðàзîâàòåëь ðàзмåðàмè 5,7×5,7×5 мм îбåñïå-
чèâàåò íåîбõîдèмыå дëÿ ðàбîòы ýëåêòðîííîãî òåð-
мîмåòðà ïàðàмåòðы (U = 1,5 В, W = 54 мêВò).
Äëÿ ýòîãî ñëóчàÿ òàêжå мîãóò быòь èñïîëьзî-
âàíы дâà òåðмîýëåêòðèчåñêèõ ïðåîбðàзîâàòåëÿ
ñ ðàзмåðàмè 4×4×5 мм, êîòîðыå â ïîëíîé мåðå
мîãóò зàмåíèòь îбычíыé õèмèчåñêèé ãàëьâàíè-
чåñêèé ýëåмåíò ïèòàíèÿ â ýëåêòðîííîм мåдèцèí-
ñêîм òåðмîмåòðå.
Пðîâåдåííîå èññëåдîâàíèå ïîêàзàëî цåëåñîî-
бðàзíîñòь èñïîëьзîâàíèÿ ÒЭ-ïðåîбðàзîâàòåëÿ â
ðàзíыõ ðåжèмàõ åãî ðàбîòы дëÿ ïèòàíèÿ ýëåê-
òðîííîãî мåдèцèíñêîãî òåðмîмåòðà. Сåðèéíîå
ïðîèзâîдñòâî ïðåдëîжåííîãî òåðмîýëåêòðèчå-
ñêîãî èñòîчíèêà ïèòàíèÿ ïîзâîëèò ñíèзèòь åãî
ñòîèмîñòь дî êîíêóðåíòîñïîñîбíîãî óðîâíÿ. Пðè
ýòîм, бëàãîдàðÿ îòñóòñòâèю íåîбõîдèмîñòè â ïå-
ðèîдèчåñêîé зàмåíå èñòîчíèêà ïèòàíèÿ, òàêèå
òåðмîмåòðы бóдóò èмåòь зíàчèòåëьíî бîëåå íèз-
êóю ñòîèмîñòь îбñëóжèâàíèÿ, чòî îбóñëîâëèâà-
åò ýêîíîмèчåñêóю цåëåñîîбðàзíîñòь èõ ïðîèз-
âîдñòâà. Äàëьíåéшåå èõ âíåдðåíèå ïîзâîëèò îò-
êàзàòьñÿ îò èñïîëьзîâàíèÿ âðåдíыõ õèмèчåñêèõ
ãàëьâàíèчåñêèõ èñòîчíèêîâ ïèòàíèÿ è ñòàíåò åщå
îдíèм шàãîм íà ïóòè ïîâышåíèÿ бåзîïàñíîñòè
è ýêîëîãèчíîñòè мåдèцèíñêîãî îбîðóдîâàíèÿ.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ
1. Аíàòычóê Л.И. Òåðмîýëåмåíòы è òåðмîýëåêòðèчåñêèå
óñòðîéñòâà: Сïðàâîчíèê.— Êèåâ: Нàóêîâà дóмêà, 1979.
2. Аíàòычóê Л.И. Òåðмîýëåêòðèчåñòâî. Ò.2.
Òåðмîýëåêòðèчåñêèå ïðåîбðàзîâàòåëè ýíåðãèè.— Êèåâ,
Чåðíîâцы: Иíñòèòóò òåðмîýëåêòðèчåñòâà, 2003.
3. Сòðóòèíñêàÿ Л.Ò. Òåðмîýëåêòðèчåñêèå мèêðîãåíåðà-
òîðы. Сîâðåмåííîå ñîñòîÿíèå è ïåðñïåêòèâы èñïîëьзîâà-
íèÿ // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àï-
ïàðàòóðå.— 2008.— ¹ 4.— С. 5—13.
4. Pat. 6222114 USA. Portable wrist device // Mitamura
Gen.— 2001.
5. Snyder G.J. Small thermoelectric generators // The
Electrochemical Society Interface.— Fall, 2008.— Р. 54—56.
6. Rowe D.M. Low powered thermoelectric generators
and devices // Proc. of the 12th International Conference on
Thermoelectrics.— Japan, Yokohama.— 1993.— Р. 429—438.
Рèñ. 3. Зàâèñèмîñòь ïëîщàдè ïîïåðåчíîãî ñåчåíèÿ
ÒЭ-ïðåîбðàзîâàòåëÿ è êîëèчåñòâà âåòâåé îò ëèíåé-
íыõ ðàзмåðîâ ñåчåíèÿ åãî âåòâåé
N, шò
3000
2500
2000
1500
0 0,1 0,2 a, мм
Sm, мм2
150
100
50
0
SmN
Рèñ. 2. Зàâèñèмîñòь ÊПÄ ÒЭ-ïðåîбðàзîâàòåëÿ
îò ëèíåéíыõ ðàзмåðîâ ñåчåíèÿ åãî âåòâåé
η, %
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 a, мм
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4
31
ÁÈÎÌÅÄÈÖÈÍÑÊÀЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ISSN 2225-5818
7. Watkins C., Shen B., Venkatasubramanian R. Low-
grade-heat energy harvesting using superlattice thermoelectrics
for applications in implantable medical devices and
sensors // Proc. of the 24th International Conference on
Thermoelectrics.— USA, Clemson.— 2005.— Р. 250—252.
8. Leonov V., Torfs T., Hoof C. V., Vullers R. J. M. Smart
wireless sensors integrated in clothing: an electrocardiography
system in a shirt powered using human body heat // Sensors
& Transducers Journal.— Vol. 107, iss. 8.— 2009.— Р.
165—176.
9. Зàÿâêà íà êîð. мîд. ¹ u201308794. Еëåêòðîííèé
мåдèчíèé òåðмîмåòð з òåðмîåëåêòðèчíèм джåðåëîм жèâ-
ëåííÿ // Аíàòèчóê Л.І., Êîбèëÿíñьêèé Р.Р., Рîмàíюê
С.Б.— 15.07.2013.
10. Зàÿâêà íà êîð. мîд. ¹ u201312570. Еëåêòðîííèé
мåдèчíèé òåðмîмåòð з òåðмîåëåêòðèчíèм джåðåëîм жèâ-
ëåííÿ // Аíàòèчóê Л.І.— 28.10.2013.
11. Зàÿâêà íà êîð. мîд. ¹ u201315453. Еëåêòðîííèé
мåдèчíèé òåðмîмåòð з òåðмîåëåêòðèчíèм джåðåëîм жèâ-
ëåííÿ / Аíàòèчóê Л.І., Êîбèëÿíñьêèé Р.Р., Мàíèê О.М.—
30.12.2013.
12. Аíàòèчóê Л.І., Êîбèëÿíñьêèé Р.Р. Пðî òîчíіñòь
âèзíàчåííÿ òåмïåðàòóðè åëåêòðîííèм мåдèчíèм òåðмî-
мåòðîм з òåðмîåëåêòðèчíèм джåðåëîм жèâëåííÿ //
Òåðмîåëåêòðèêà. — ¹ 5.— 2013.— С. 75—79.
Äата поступлеíия рукописи
в редакциþ 21.01 2014 г.
Л. І. АНАТИЧУК1,2, Р. Р. КОБИЛЯНСЬКИЙ1,2,
І. А. КОНСТАНТИНОВИЧ1,2
Óêðàїíà, м. Чåðíіâці, 1Іíñòèòóò òåðмîåëåêòðèêè НАН і МОН Óêðàїíè,
2Чåðíіâåцьêèé íàціîíàëьíèé óíіâåðñèòåò імåíі Юðіÿ Фåдьêîâèчà
E-mail: romakobylianskyi@ukr.net
ÒЕРМОЕЛЕÊÒРИЧНЕ ÄЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ
ÄЛЯ ЕЛЕÊÒРОННОГО МЕÄИЧНОГО ÒЕРМОМЕÒРА
У роботі íаведеíо результати розрахуíків термоелектричíого перетворþвача для живлеííя елек-
троííого медичíого термометра, визíачеíо раціоíальíу коíструкціþ такого перетворþвача. Показаíо
доцільíість використаííя термоелектричíого перетворþвача в різíих режимах його роботи для жив-
леííя електроííого термометра.
Клþчові слова: термоелектричíий перетворþвач, термоелектричíе джерело живлеííя, електроííий ме-
дичíий термометр.
L.I. ANATYCHUK1,2, R.R. KOBYLIANSKYI1,2,
I.A. KONSTANTINOVICH1,2
Ukraine, Chernivtsi, 1Institute of Thermoelectricity of NAS and MES of Ukraine,
2Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University
E-mail: romakobylianskyi@ukr.net
THERMOELECTRIC POWER SOURCE
FOR ELECTRONIC MEDICAL THERMOMETER
At present chemical sources of electricity are used as power supplies for low-powered electronic equipment.
Despite continuous quality improvement (CQI) of chemical sources of electricity they still have some critical
faults, such as: relatively high specific overall dimensions, presence of self-discharge, short life and limited
shelf life under low temperature storage. Moreover, the chemical source of electricity production is power-
consuming, costly and environmentally harmful.
The plurality of facts given above stipulates the search for new sources of electric energy eliminating the
faults chemical ones possess. Therefore, thermoelectric power supply sources are especially prospective in this
respect as thermoelectric generators in general have a long operational life, they are reliable for use in extreme
conditions and do not need being changed periodically.
It is a well-known fact that thermoelectric converter efficiency depends on the load resistance and the
converter resistance matching, which are stipulated by such converter design. The results of calculations of
a thermoelectric converter for a medical thermometer power supply are presented in this paper. The authors
define a rational design of such a converter which is limited by technological complexity of small-size legs
fabrication, on the one hand, and with the converter overall dimensions, on the other hand. The study carried
out has shown the expediency of a thermoelectric converter application for various operational modes to
DOI: 10.15222/TKEA2014.4.28
UDC 537.32
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4
32
ÁÈÎÌÅÄÈÖÈÍÑÊÀЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ISSN 2225-5818
provide an electronic medical thermometer power supply, particularly in the unmatched load mode with the
converter efficiency dropping down five to tenfold.
The work confirms the possibility of a thermoelectric converter of human body application for an electronic
medical thermometer power supply.
Keywords: thermoelectric converters, thermoelectric source of electricity, electronic medical thermometer.
REFERENCES
1. Anatychuk L.I. Termoelementy i termoelektricheskie
ustroistva [Thermoelements and thermoelectric devices]. Kiev,
Naukova Dumka, 1979, 766 p.
2. Anatychuk L.I. Termoelektrichestvo. T. 2. Termoelektri-
cheskie preobrazovateli energii [Thermoelectricity. Vol. 2.
Thermoelectric power converters]. Kyiv, Chernivtsi, Institute
of Thermoelectricity, 2003, 376 p.
3. Strutynskaya L.T. [Thermoelectric microgenerators.
Current status and prospects of employment]. Tekhnologiya
i konstruirovanie v elektronnoi apparature, 2008, no 4,
pp. 5-13. (in Russian)
4. Pat. 6222114 USA. Portable Wrist Device. Mitamura
Gen, 2001.
5. Snyder G.J. Small thermoelectric generators. The
Electrochemical Society Interface. Fall, 2008, pp. 54-56.
6. Rowe D.M. Low powered thermoelectric generators
and devices. Proc. of the 12th International Conference on
Thermoelectrics, Japan, Yokohama, 1993, pp. 429-438.
7. Watkins C., Shen B., Venkatasubramanian R. Low-
grade-heat energy harvesting using superlattice thermoelectrics
for applications in implantable medical devices and sensors.
Proc. of the 24th International Conference on Thermoelectrics,
USA, Clemson, 2005, pp. 250-252.
8. Leonov V., Torfs T., Hoof C.V., Vullers R.J.M. Smart
wireless sensors integrated in clothing: an electrocardiography
system in a shirt powered using human body heat. Sensors
& Transducers Journal, 2009, vol. 107, no 8, pp. 165-176.
9. Pat. 87400 UA. [Electronic medical thermometer
with thermoelectric power supply]. L.І. Аnatychuk, R.R.
Kobylyanskyi, S.B. Romanyuk, 2014.
10. Pat. 89035 UA. [Electronic medical thermometer with
thermoelectric power supply]. L.І. Аnatychuk, 2014.
11. Pat. u201315453 UA. [Electronic medical thermom-
eter with thermoelectric power supply] L.І. Аnatychuk, R.R.
Kobylyanskyi, O.M. Manyk, 2013.
12. Аnatychuk L.І., Kobylyanskyi R.R. On the ac-
curacy of temperature measurement by electronic medical
thermometer with thermoelectric power supply. Journal of
Thermoelectricity, 2013, no 5, pp. 68-72.
ÍÎÂÛÅ ÊÍÈÃÈ
Í
Î
Â
Û
Å
Ê
Í
È
Ã
È
Áогуш Ì. В. Проектирование пьезоэлектрических датчиков на основе
пространственных электротермоупругих моделей.— Ìосква: Òехно сфера,
2013.
Êíèãà ïîñâÿщåíà ïðîåêòèðîâàíèю ïьåзîýëåêòðèчåñêèõ
дàòчèêîâ ñ èñïîëьзîâàíèåм ñîâðåмåííыõ мåòîдîâ мàòåмà-
òèчåñêîãî мîдåëèðîâàíèÿ. Оïèñàíы êðèòåðèè, àëãîðèò-
мы è ïðîцåдóðы дëÿ ðàцèîíàëьíîãî è цåëåíàïðàâëåííî-
ãî âыбîðà êîíñòðóêцèè дàòчèêà, мàòåðèàëîâ è ðàзмåðîâ
дåòàëåé ñ ïîмîщью óíèâåðñàëьíыõ îòíîñèòåëьíî ãåîмå-
òðèè èздåëèÿ è ñïîñîбîâ ïðèëîжåíèÿ íàãðóзêè чèñëåí-
íыõ ïðîñòðàíñòâåííыõ ýëåêòðîòåðмîóïðóãèõ мîдåëåé.
Эòî ïîзâîëÿåò óëóчшèòь òåõíèчåñêèå õàðàêòåðèñòèêè
ïьåзîýëåêòðèчåñêèõ дàòчèêîâ зà ñчåò îбîñíîâàííîãî âы-
бîðà êîмïðîмèññà мåждó èíфîðмàòèâíîñòью è íàдåжíî-
ñòью èздåëèÿ â ïðåдïîëàãàåмыõ óñëîâèÿõ ýêñïëóàòàцèè.
Эффåêòèâíîñòь ïðåдëîжåííыõ мåòîдîâ ïîдòâåðждàåòñÿ
ðàзðàбîòêîé ñåðèè ïьåзîýëåêòðèчåñêèõ дàòчèêîâ ñ óíè-
êàëьíымè ñâîéñòâàмè, íàшåдшèõ шèðîêîå ïðèмåíåíèå
â âèõðåâыõ è óëьòðàзâóêîâыõ ðàñõîдîмåðàõ жèдêîñòè, ãàзà è ïàðà дëÿ ñèñòåм
ïðîмышëåííîé àâòîмàòèêè, íàшåдшèõ шèðîêîå ïðèмåíåíèå â ïðîмышëåííîñòè.
Пðåдíàзíàчåíà дëÿ ñïåцèàëèñòîâ, зàíèмàющèõñÿ ïðîåêòèðîâàíèåм è ïðèмåíåíè-
åм ïьåзîýëåêòðèчåñêèõ ïðåîбðàзîâàòåëåé è дàòчèêîâ â èзмåðèòåëьíыõ è óïðàâëÿ-
ющèõ ñèñòåмàõ, à òàêжå àñïèðàíòîâ è ñòóдåíòîâ òåõíèчåñêèõ âóзîâ.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70568 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:06:54Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Анатычук, Л.И. Кобылянский, Р.Р. Константинович, И.А. 2014-11-08T13:29:25Z 2014-11-08T13:29:25Z 2014 Термоэлектрический источник питания для электронного медицинского термометра / Л.И. Анатычук, Р.Р. Кобылянский, И.А. Константинович // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2014. — № 4. — С. 28-32. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2014.4.28 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70568 537.32 В работе приведены результаты расчетов термоэлектрического преобразователя для питания электронного медицинского термометра, определена рациональная конструкция такого преобразователя. Показана целесообразность использования термоэлектрического преобразователя в разных режимах его работы для питания электронного термометра. У роботі наведено результати розрахунків термоелектричного перетворювача для живлення електронного медичного термометра, визначено раціональну конструкцію такого перетворювача. Показано доцільність використання термоелектричного перетворювача в різних режимах його роботи для живлення електронного термометра. The results of calculations of a thermoelectric converter for a medical thermometer power supply are presented in this paper. The authors define a rational design of such a converter which is limited by technological complexity of small-size legs fabrication, on the one hand, and with the converter overall dimensions, on the other hand. The study carried out has shown the expediency of a thermoelectric converter application for various operational modes to provide an electronic medical thermometer power supply, particularly in the unmatched load mode with the converter efficiency dropping down five to tenfold ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Биомедицинская электроника Термоэлектрический источник питания для электронного медицинского термометра Термоелектричне джерело живлення для електронного медичного термометра Thermoelectric power source for electronic medical thermometer Article published earlier |
| spellingShingle | Термоэлектрический источник питания для электронного медицинского термометра Анатычук, Л.И. Кобылянский, Р.Р. Константинович, И.А. Биомедицинская электроника |
| title | Термоэлектрический источник питания для электронного медицинского термометра |
| title_alt | Термоелектричне джерело живлення для електронного медичного термометра Thermoelectric power source for electronic medical thermometer |
| title_full | Термоэлектрический источник питания для электронного медицинского термометра |
| title_fullStr | Термоэлектрический источник питания для электронного медицинского термометра |
| title_full_unstemmed | Термоэлектрический источник питания для электронного медицинского термометра |
| title_short | Термоэлектрический источник питания для электронного медицинского термометра |
| title_sort | термоэлектрический источник питания для электронного медицинского термометра |
| topic | Биомедицинская электроника |
| topic_facet | Биомедицинская электроника |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70568 |
| work_keys_str_mv | AT anatyčukli termoélektričeskiiistočnikpitaniâdlâélektronnogomedicinskogotermometra AT kobylânskiirr termoélektričeskiiistočnikpitaniâdlâélektronnogomedicinskogotermometra AT konstantinovičia termoélektričeskiiistočnikpitaniâdlâélektronnogomedicinskogotermometra AT anatyčukli termoelektričnedžereloživlennâdlâelektronnogomedičnogotermometra AT kobylânskiirr termoelektričnedžereloživlennâdlâelektronnogomedičnogotermometra AT konstantinovičia termoelektričnedžereloživlennâdlâelektronnogomedičnogotermometra AT anatyčukli thermoelectricpowersourceforelectronicmedicalthermometer AT kobylânskiirr thermoelectricpowersourceforelectronicmedicalthermometer AT konstantinovičia thermoelectricpowersourceforelectronicmedicalthermometer |