DE10156854A1 - Device for measuring the flow rate and / or the molar mass of gases or gas mixtures - Google Patents

Device for measuring the flow rate and / or the molar mass of gases or gas mixtures

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Molmasse von Gasen oder Gasgemischen in medizinischer Anwendung mittels Ultraschall-Laufzeitmessung mit einem Meßrohr und zwei in dieses einsetzbaren Ultraschallwandlern, die über Membranen vom Meßrohrinnenraum getrennt sind. Erfindungsgemäß sind die Membranen gasdicht ausgeführt und so in das Meßrohr eingesetzt, daß dieses eine gasdichte Rohrverbindung bildet. Die wieder trennbar mit dem Meßrohr verbundenen Ultraschallwandler kontaktieren die Membran bündig.The invention relates to a device for measuring the flow velocity and / or the molar mass of gases or gas mixtures in medical application by means of ultrasonic transit time measurement with a measuring tube and two ultrasonic transducers which can be used in this and which are separated from the interior of the measuring tube via membranes. According to the invention, the membranes are gastight and are inserted into the measuring tube in such a way that this forms a gas-tight tube connection. The ultrasonic transducers, which are detachably connected to the measuring tube, contact the membrane flush.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Molmasse von Gasen- oder Gasgemischen in medizinischer Anwendung mittels Ultraschall-Laufzeitmessung. The invention relates to a device for measuring the flow rate and / or the molar mass of gas or gas mixtures in medical Application using ultrasonic transit time measurement.

Aus der DE 42 22 286 C ist bereits ein sogenanntes Ultraschall-Spirometer bekannt, bei dem zur Vermeidung von Kreuzinfektionen die Verwendung eines leicht austauschbaren weitgehend sterilen Atemrohres empfohlen wird, das in das Meßrohr einführbar ist. Dieses Atemrohr weist am Übergang zu der Meßstrecke Meßfenster in der Art auf, daß in entsprechenden Öffnungen Einsätze eingesetzt sind, die durchlässig für Ultraschallwellen, aber weitgehend undurchlässig für Keime und Verschmutzungen sind. Bei dieser Lösung sind die jeweils das Sende- bzw. Empfangszellenpaar bildenden Ultraschallwandler in einer Meßstrecke schräg zur Meßrohrachse angeordnet. Hierdurch bedingt ist es, daß seitlich an dem Meßrohr Kammern angeformt sind, in welchen die jeweiligen Ultraschallwandler sitzen. Diese seitlich angebrachten Kammern führen aber dazu, daß bei der Bestimmung der Molmasse nicht nur das in der Meßstrecke befindliche Gas bestimmt wird sondern auch das in den Kammern befindliche Gas bzw. Gasgemisch. From DE 42 22 286 C there is already a so-called ultrasound spirometer Known, in which the use of a to avoid cross infections Easily replaceable largely sterile breathing tube that is recommended in the Measuring tube is insertable. This breathing tube points at the transition to the measuring section Measuring window in such a way that inserts are used in corresponding openings are permeable to ultrasonic waves, but largely impermeable to There are germs and dirt. With this solution, they are the or receiving cell pair forming ultrasound transducer at an angle in a measuring section arranged to the measuring tube axis. This is the reason that the side of the Measuring tube chambers are formed in which the respective ultrasonic transducer sit. However, these side-mounted chambers cause the Determination of the molar mass not only the gas in the measuring section but also the gas in the chambers or Gas mixture.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Molmasse von Gasen- oder Gasgemischen in medizinischer Anwendung mittels Ultraschall-Laufzeitmessung derart weiter zu bilden, daß bei der Ultraschallmessung ausschließlich die Molmasse des in der Meßstrecke befindlichen Gases bestimmbar ist, wobei eine vollständige Sterilisierbarkeit der Meßstücke erzielt wird. The object of the invention is to provide a generic device for measuring the Flow rate and / or the molar mass of gases or Gas mixtures in medical applications using ultrasonic transit time measurement to further develop such that only the Molar mass of the gas located in the measuring section can be determined, one complete sterilizability of the measuring pieces is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß dieser Lösung werden ausgehend von der gattungsgemäßen Vorrichtung die Membranen gasdicht ausgebildet, und so in das Meßrohr eingesetzt, daß dieses eine gasdichte Rohrverbindung bildet. Die Ultraschallwandler kontaktieren bündig die jeweiligen Membranen. This object is achieved by the combination of features of Claim 1 solved. According to this solution, starting from the Generic device made the membranes gas-tight, and so in that Measuring tube used that this forms a gas-tight pipe connection. The Ultrasonic transducers contact the respective membranes flush.

Die Hauptanwendung dieser Lösung liegt im Einsatz einer entsprechenden Vorrichtung zur Messung der Atemströmungsgeschwindigkeit und der Atemgaszusammensetzung bei normal atmenden oder maschinell beatmeten Patienten. In dieser Anwendung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in den Atemstrom bzw. Atemkreislauf eingefügt werden. Aufgrund der gemessenen Parameter (Strömungsgeschwindigkeit, Molmasse, Druck) können diverse für die Lungenfunktionsdiagnostik wichtige Parameter bestimmt werden. Beispiele hierfür sind Atemzugsvolumina, die funktionelle Residualkapazität, welche mittels Auswasch- oder Einwaschmethoden und einer Analyse von Strömungsgeschwindigkeit und Molmasse bestimmbar ist, sowie Diagramme, welche den Zusammenhang zwischen Druck, Strömungsgeschwindigkeit, Molmasse oder Volumen darstellen. The main application of this solution is to use a corresponding one Device for measuring the respiratory flow rate and the Breathing gas composition in the case of normal breathing or mechanical ventilation Patients. In this application, the device according to the invention can be used in the Breath current or breathing circuit are inserted. Because of the measured Parameters (flow rate, molar mass, pressure) can be diverse for the Pulmonary function diagnostics important parameters can be determined. Examples of this are tidal volumes, the functional residual capacity, which are determined by means of Washing or washing-in methods and an analysis of Flow velocity and molar mass can be determined, as well as diagrams, which shows the relationship between pressure, flow velocity, Represent molecular weight or volume.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen. Preferred embodiments of the invention result from the Subordinate claims following main claim.

Die Membranen können derart angeordnet sein, daß die Ultraschallmeßstrecke parallel zur Rohrsymmetrieachse liegt. The membranes can be arranged such that the ultrasonic measuring section is parallel to the pipe symmetry axis.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Anschlüsse zur Zuführung des Gases seitlich an das Meßrohr, d. h. senkrecht zur Meßrohrachse, angesetzt sein. According to an advantageous embodiment, the connections for the supply the gas laterally to the measuring tube, d. H. perpendicular to the measuring tube axis his.

Es sind vorzugsweise elektronische Mittel vorhanden, mit deren Hilfe aus den Schallaufzeiten der über die Membran in das Meßrohr eingekoppelten Ultraschallimpulse die Strömungsgeschwindigkeit und/oder die Molmasse berechnet werden. There are preferably electronic means with the help of which Sound propagation times of those coupled into the measuring tube via the membrane Ultrasound impulses the flow velocity and / or the molecular weight be calculated.

Zusätzlich können ein oder mehrere Meßfühler zur Bestimmung der Gas- und/oder Gehäusetemperatur vorhanden sein. In addition, one or more sensors for determining the gas and / or Housing temperature.

Die Strömung wird vorzugsweise nach folgender an sich schon bekannten Formel berechnet:


wobei F die Strömungsgeschwindigkeit, t1 und t2 die mittels Ultraschall- Laufzeitmessung gemessenen Laufzeiten der Ultraschallimpulse und k eine dimensionsbehaftete Konstante bezeichnen. The flow is preferably calculated according to the following already known formula:


where F denotes the flow velocity, t 1 and t 2 the transit times of the ultrasonic pulses measured by ultrasonic transit time measurement and k denotes a constant with dimensions.

Vorzugsweise wird die Molmasse der Gase- oder Gasgemische nach der auch bereits bekannten Formel berechnet:


wobei M die Molmasse, T die mittels Annahmen und/oder mathematischen Modell und/oder Messung mittels einem oder mehreren in der Vorrichtung vorhanden Sensoren bestimmte Temperatur des Gases, k eine dimensionsbehaftete Konstante und t1 und t2 die mittels elektronischen Schaltungen gemessene Laufzeiten der Ultraschallimpulse bezeichnen. The molar mass of the gas or gas mixtures is preferably calculated using the already known formula:


where M is the molar mass, T is the temperature of the gas determined by means of assumptions and / or a mathematical model and / or measurement by means of one or more sensors present in the device, k is a constant with dimensions and t 1 and t 2 are the transit times of the ultrasonic pulses measured by means of electronic circuits describe.

Die Ultraschallwandler können gemeinsam oder einzeln mit dem Meßrohr verbunden sein, wobei die Ultraschallwandler bevorzugt einzeln oder als Paar mittels mechanischer Spannvorrichtung an die Membranen aufpressbar sind. Das Meßrohr ist also von den Ultraschallwandlern trennbar und ingesamt zur Reinigung oder Desinfektion bzw. bei der Einmalverwendung zur Entsorgung leicht austauschbar. The ultrasonic transducers can be used together or individually with the measuring tube be connected, the ultrasonic transducers preferably individually or as a pair can be pressed onto the membranes by means of a mechanical tensioning device. The The measuring tube can therefore be separated from the ultrasonic transducers and can be cleaned overall or disinfection or for single use for disposal interchangeable.

Die Membranen können aus Kunststoff oder Metall gefertigt sein. The membranes can be made of plastic or metal.

Die vorzugsweise piezokeramischen Ultraschallwandler können zusätzlich mit einer Impedanzanpassungsschicht versehen sein. The preferably piezoceramic ultrasonic transducers can also be equipped with a Impedance matching layer may be provided.

Zwischen der Impedanzanpassungsschicht und der Membran kann zusätzlich eine gelartige Überbrückungssubstanz, ein sogenanntes "Ultraschallübertragungsgel", eingebracht sein. Between the impedance matching layer and the membrane an additional gel-like bridging substance, a so-called "ultrasound transmission gel", be introduced.

Die Güte der Schallübertragung kann durch die Membranen mittels einer Empfangs-Signalamplitudenmessung überwacht bzw. geregelt sein. The quality of the sound transmission can be transmitted through the membranes by means of a Receive signal amplitude measurement can be monitored or regulated.

Zu Berechnung zusätzlicher Parameter kann der Gasdruck im Meßrohr mittels eines geeigneten Drucksensors gemessen werden. Diese Drucküberwachung ist insbesondere bei der Verwendung der Vorrichtung in der Intensivmedizin wünschenswert. To calculate additional parameters, the gas pressure in the measuring tube can be a suitable pressure sensor can be measured. This pressure monitoring is especially when using the device in intensive care medicine desirable.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen Further details and advantages of the invention are described in the Drawing illustrated embodiment explained in more detail. Show it

Fig. 1a eine Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, FIG. 1a is a sectional view through a first embodiment of the device according to the invention,

Fig. 1b eine der Fig. 1a entsprechende Schnittdarstellung, in welcher die Ultraschallwandler von dem Meßrohr getrennt sind und in welcher der Gasstrom eingezeichnet ist, FIG. 1b a of Fig. 1a corresponding sectional view, in which the ultrasonic transducers are separated from the measuring tube and in which the gas stream is located,

Fig. 1c einen Schnitt entlang der Schnittlinie A-A durch Fig. 1b, Fig. 1c shows a section along the section line AA of FIG. 1b,

Fig. 2a eine Schnittdarstellung durch eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2a is a sectional view through a second embodiment of the device according to the invention and

Fig. 2b eine der Fig. 2a entsprechende Schnittdarstellung, in welcher die Ultraschallwandler vom Meßrohr getrennt sind und in welcher die Gasströmung durch Pfeile eingezeichnet ist. Fig. 2b is a sectional view corresponding to Fig. 2a, in which the ultrasonic transducers are separated from the measuring tube and in which the gas flow is shown by arrows.

In den Fig. 1a, 1b, 1c ist eine Realisierungsvariante der Vorrichtung mit einzeln aufsteckbaren Ultraschallwandlern dargestellt. Das eigentliche Meßrohr besteht aus einem Grundkörper 1 mit eingelassenen Membranen 2a und 2b, die aus Kunststoff oder Metall gefertigt sind. Diese Membranen sind gasdicht ausgeführt. Dadurch kann auch ohne eingesetzte Ultraschallwandler 3a, 3b bis 7a, 7b dieses Atemrohr dicht über Anschlüsse 8a und 8b mit dem Atemkreislauf verbunden werden. Die Anschlüsse 8a und 8b sind jeweils senkrecht zur Symmetrieachse des Meßrohres angeordnet, so daß das Meßrohr nahezu eine U-Form aufweist. Im hier vorliegenden Fall strömt Luft 5a bzw. 5b über einen Anschluß, beispielsweise den Anschluß 8a in die Meßvorrichtung, wird in einen eigentlichen Meßkanal 9 geleitet und strömt über den gegenüberliegenden Anschluß, beispielsweise den Anschluß 8b, wieder aus dem Meßsystem heraus. In FIGS. 1a, 1b, 1c a realization variant of the device is shown individually attachable with ultrasonic transducers. The actual measuring tube consists of a base body 1 with embedded membranes 2 a and 2 b, which are made of plastic or metal. These membranes are gastight. As a result, this breathing tube can be connected to the breathing circuit tightly via connections 8 a and 8 b even without the use of ultrasonic transducers 3 a, 3 b to 7 a, 7 b. The connections 8 a and 8 b are each arranged perpendicular to the axis of symmetry of the measuring tube, so that the measuring tube has almost a U-shape. In the present case, air 5 a or 5 b flows through a connection, for example connection 8 a into the measuring device, is directed into an actual measuring channel 9 and flows out of the measuring system via the opposite connection, for example connection 8 b ,

Das Meßrohr 1, 2a bzw. 2b beinhaltet ausschließlich mechanische Teile und kann somit ohne Probleme gereinigt oder desinfiziert werden. Alternativ kann das Meßrohr aber auch als Wegwerfteil ausgebildet sein und somit für den Einmalgebrauch dienen. Das bedeutet, daß pro Patient jeweils ein neues Meßrohr verwendet wird. The measuring tube 1 , 2 a or 2 b contains only mechanical parts and can therefore be cleaned or disinfected without problems. Alternatively, the measuring tube can also be designed as a disposable part and thus serve for single use. This means that a new measuring tube is used for each patient.

Zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Molmasse, der Gase im Meßkanal 9 werden zwei Ultraschallwandler auf den Grundkörper 1 gesteckt. Die Ultraschallwandler bestehen aus einer Impedanzanpassungsschicht 3a und 3b, einer Piezokeramik 4a und 4b zur Erzeugung des Ultraschalls, einer - unter Umständen mehrstufigen - Dämpfungsschicht 5a und 5b, einer Halterung 6a und 6b und Anschlußdrähten 7a und 7b. Beim Einstecken der Ultraschallwandler wird die Impedanzanpassungsschicht direkt mit der Membran 2a und 2b in Verbindung gebracht. To determine the flow rate and / or the molar mass, the gases in the measuring channel 9 , two ultrasound transducers are plugged onto the base body 1 . The ultrasonic transducers consist of an impedance matching layer 3 a and 3 b, a piezoceramic 4 a and 4 b for generating the ultrasound, a - possibly multi-stage - damping layer 5 a and 5 b, a holder 6 a and 6 b and connecting wires 7 a and 7 b. When the ultrasonic transducer is plugged in, the impedance matching layer is connected directly to the membrane 2 a and 2 b.

Zur Bestimmung der Schallaufzeiten wird einer der beiden Ultraschallwandler mit einer Impulswellenform angeregt. Die mittels der Piezokeramik 4a erzeugte Schallwelle wird über die Impedanzanpassungsschicht 3a und die Membran 2a in den Meßkanal übertragen und wird nach Durchlaufen der Meßstrecke vom gegenüberliegenden Ultraschallwandler empfangen. Mittels einer nachgeschalteten Elektronik, die hier nicht näher dargestellt ist, wird die Laufzeit t1 der Ultraschallwelle bestimmt. Kurze Zeit nach der Schallübertragung von Wandlerseite a auf Wandlerseite b wird die Übertragungsrichtung geändert und die Schallaufzeit t2 von der Wandlerseite b auf die Wandlerseite a kann bestimmt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit kann nun mittels bekannter Verfahren aus den beiden Schallaufzeiten t1 und t2 ermittelt werden. One of the two ultrasonic transducers is excited with a pulse waveform to determine the sound propagation times. The sound wave generated by means of the piezoceramic 4 a is transmitted via the impedance matching layer 3 a and the membrane 2 a into the measuring channel and is received by the opposite ultrasound transducer after passing through the measuring section. The transit time t 1 of the ultrasound wave is determined by means of a downstream electronics, which is not shown here. Shortly after the sound transmission from transducer side a to transducer side b, the direction of transmission is changed and the sound propagation time t 2 from transducer side b to transducer side a can be determined. The flow velocity can now be determined from the two sound propagation times t 1 and t 2 using known methods.

Wird zusätzlich zur Messung der Schallaufzeiten die Temperatur des Atemgases im Meßkanal bestimmt, so kann ebenfalls die Molmasse der Gase berechnet werden. Die Bestimmung der Temperatur kann mittels Messung, mittels Annahme oder mittels geeigneter mathematischer Modelle oder mittels Kombinationen dieser Methoden bestimmt werden. Im Grundkörper 1 können zu diesem Zweck eine oder mehrere Temperatursensoren 10 vorhanden sein. If the temperature of the breathing gas in the measuring channel is determined in addition to the measurement of the sound propagation times, the molar mass of the gases can also be calculated. The determination of the temperature can be determined by measurement, by assumption or by means of suitable mathematical models or by combinations of these methods. For this purpose, one or more temperature sensors 10 can be present in the base body 1 .

In Fig. 1b ist dargestellt, daß die Ultraschallwandler 3a, 3b bis 7a, 7b von dem Grundkörper 1 durch entsprechendes Herausziehen in Fallrichtung trennbar ist. Durch die Pfeile in den Fig. 1b und 1c ist die Strömungsrichtung des Gases bzw. des Gasgemisches gezeigt. In Fig. 1b it is shown that the ultrasonic transducers 3 a, 3 b to 7 a, 7 b can be separated from the base body 1 by pulling them out in the direction of fall. The direction of flow of the gas or the gas mixture is shown by the arrows in FIGS. 1b and 1c.

In den Fig. 2a und 2b ist eine Realisierungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit gemeinsam auswechselbaren Ultraschallwandlern dargestellt. Die beiden Ultraschallwandler werden in dieser Realisierungsvariante direkt über die Membranen geschoben. Letztere sind auf den Grundkörper 1 des Meßrohres beispielsweise mittels Schweißung befestigt. Gegenüber der Vorrichtung in Fig. 1b wird die Luftströmung in anderer Weise in den Meßkanal geleitet. A realization variant of the device according to the invention with jointly exchangeable ultrasonic transducers is shown in FIGS. 2a and 2b. In this implementation variant, the two ultrasonic transducers are pushed directly over the membranes. The latter are fastened to the base body 1 of the measuring tube, for example by welding. Compared to the device in FIG. 1b, the air flow is directed into the measuring channel in a different way.

Es sind verschiedene weitere Ausführungsvarianten der Vorrichtung möglich. So kann beispielsweise die in den Fig. 1a bis 1c dargestellte Ausführungsvariante auch mit gemeinsam auswechselbaren Ultraschallwandlern hergestellt werden. In diesem Fall werden die Wandler mit einer zangenartigen Vorrichtung aufgespannt, wie dies in der auseinandergezogenen Darstellung gemäß Fig. 2b gezeigt ist. Hier wird deutlich, daß die zangenartige Vorrichtung mit den Ultraschallwandlern in Pfeilrichtung vom Grundkörper 1 abgezogen und gegen diese Pfeilrichtung wieder mit diesem verbunden werden kann. Various other design variants of the device are possible. For example, the embodiment variant shown in FIGS. 1a to 1c can also be produced with jointly interchangeable ultrasound transducers. In this case, the transducers are clamped with a forceps-like device, as shown in the exploded view according to FIG. 2b. It is clear here that the forceps-like device with the ultrasound transducers can be pulled off the base body 1 in the direction of the arrow and can be connected to it again in the direction of the arrow.

In hier nicht näher dargestellter Art und Weise sind die Ultraschallwandler oder entsprechend auf diesen vorgesehenen Impedanzanpassungsschichten gewölbt ausgebildet, so daß sich die gasdichten Membranen 2a, 2b dicht an deren Oberfläche anschmiegen. Hierdurch wird eine verbesserte Kopplung zwischen den Ultraschallwandlern und den gasdichten Membranen erzielt. In a manner not shown here, the ultrasonic transducers or correspondingly provided on these impedance matching layers are curved so that the gas-tight membranes 2 a, 2 b cling tightly to their surface. This results in an improved coupling between the ultrasonic transducers and the gas-tight membranes.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Molmasse von Gasen oder Gasgemischen in medizinischer Anwendung mittels Ultraschall-Laufzeitmessung mit einem Meßrohr und zwei in dieses einsetzbaren Ultraschallwandlern, die über Membranen vom Meßrohrinnenraum getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen gasdicht sind und so in das Meßrohr eingesetzt sind, daß dieses eine gasdichte Rohrverbindung bildet, und daß die wieder trennbar mit dem Meßrohr verbundenen Ultraschallwandler die Membranen bündig kontaktieren. 1. Device for measuring the flow rate and / or the molar mass of gases or gas mixtures in medical application by means of ultrasonic transit time measurement with a measuring tube and two ultrasonic transducers that can be used in this, which are separated from the measuring tube interior via membranes, characterized in that the membranes are gas-tight and are inserted into the measuring tube in such a way that it forms a gas-tight tube connection, and that the ultrasonic transducers, which are detachably connected to the measuring tube, contact the membranes flush. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen derart angeordnet sind, daß die Ultraschallmeßstrecke parallel zur Rohrsymmetrieachse liegt. 2. Device according to claim 1, characterized in that the membranes are arranged so that the ultrasonic measuring path parallel to Pipe symmetry axis. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse zur Zuführung des Gases senkrecht zur Meßrohrachse angesetzt sind. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the Connections for supplying the gas are placed perpendicular to the measuring tube axis are. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch elektronische Mittel, mit deren Hilfe aus den Schall-Laufzeiten der über die Membranen in das Meßrohr eingekoppelten Ultraschallimpulse die Strömungsgeschwindigkeit und/oder Molmasse ermittelbar ist. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized by electronic means, with the help of the sound transit times of the over the Ultrasound pulses coupled into the measuring tube Flow rate and / or molecular weight can be determined. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein oder mehrere Meßfühler zur Bestimmung der Gas- und/oder Gehäusetemperatur vorhanden sind. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that additionally one or more sensors for determining the gas and / or Housing temperature are present. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit durch die Formel


berechnet wird, wobei F die Strömungsgeschwindigkeit, t1 und t2 die mittels Ultraschallaufzeitmessung gemessenen Laufzeiten der Ultraschallimpulse und k eine dimensionsbehaftete Konstante bezeichnen. 6. The device according to claim 5, characterized in that the flow rate through the formula


is calculated, where F is the flow velocity, t 1 and t 2 are the transit times of the ultrasonic pulses measured by means of ultrasonic transit time measurement and k is a dimensionally constant. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Molmasse der Gase oder Gasgemische nach der Formel


berechnet wird, wobei M die Molmasse, T die mittels Annahmen und/oder mathematischem Modell und/oder Messung mittels einem oder mehreren in der Vorrichtung vorhandenen Sensoren bestimmte Temperatur des Gases, k eine dimensionsbehaftete Konstante, und t1 und t2 die mittels elektronischen Schaltungen gemessenen Laufzeiten der Ultraschallimpulse bezeichnen. 7. The device according to claim 5, characterized in that the molar mass of the gases or gas mixtures according to the formula


is calculated, where M is the molar mass, T is the temperature of the gas determined by means of assumptions and / or a mathematical model and / or measurement by means of one or more sensors present in the device, k is a constant with dimensions, and t 1 and t 2 are those by means of electronic circuits denote measured transit times of the ultrasonic pulses. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler gemeinsam oder einzeln mit dem Meßrohr verbunden sind. 8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the ultrasonic transducers are connected together or individually to the measuring tube are. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler einzeln oder als Paar mittels mechanischer Spannvorrichtung auf die Membranen aufpreßbar sind. 9. The device according to claim 8, characterized in that the Ultrasonic transducers individually or as a pair using mechanical Clamping device can be pressed onto the membranes. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen aus Kunststoff oder Metall gefertigt sind. 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the membranes are made of plastic or metal. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler eine Impedanzanpassungsschicht aufweisen. 11. The device according to one of claims 1 to 10, characterized in that that the ultrasonic transducers have an impedance matching layer. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur besseren Schallübertragung eine vorzugsweise gelartige Überbrückungssubstanz zwischen der Impedanzanpassungsschicht der Ultraschallwandler und den Membranen eingebracht ist. 12. The apparatus according to claim 11, characterized in that for the better Sound transmission is a preferably gel-like bridging substance between the impedance matching layer of the ultrasonic transducers and the Membranes is introduced. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Güte der Schallübertragung durch die Membranen mittels einer Empfangs-Signalamplitudenmessung überwachbar bzw. regelbar ist. 13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that that the quality of sound transmission through the membranes by means of a Reception signal amplitude measurement can be monitored or regulated. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Drucksensor zur Messung des Gasdrucks im Meßrohr vorgesehen ist. 14. The device according to one of claims 1 to 13, characterized in that that at least one pressure sensor for measuring the gas pressure in the measuring tube is provided. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler bzw. deren Impedanzanpassungsschicht eine gewölbte Oberfläche aufweisen. 15. The device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the ultrasonic transducer or its impedance matching layer a have a curved surface.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005046858B3 (en) * 2005-09-29 2007-01-18 Miele & Cie. Kg Apparatus for measuring dispensing quantities of washing products for cleaning, washing or disinfecting process in washing or cleaning machine
DE102005059062A1 (en) * 2005-12-08 2007-06-14 Siemens Ag Apparatus for determining a mass flow
DE102007054536A1 (en) 2007-01-08 2008-07-10 Dräger Medical AG & Co. KG Gas volume flow measuring arrangement for respiration device, has connection sensor formed to measure combination of state of assembly of transmitter and receiver and to produce connection signal by longitudinally-axial positioning
DE102005044880C5 (en) * 2005-09-20 2017-10-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Ultrasonic transducer for use at high and / or low temperatures

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005044880C5 (en) * 2005-09-20 2017-10-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Ultrasonic transducer for use at high and / or low temperatures
DE102005046858B3 (en) * 2005-09-29 2007-01-18 Miele & Cie. Kg Apparatus for measuring dispensing quantities of washing products for cleaning, washing or disinfecting process in washing or cleaning machine
DE102005059062A1 (en) * 2005-12-08 2007-06-14 Siemens Ag Apparatus for determining a mass flow
DE102005059062B4 (en) * 2005-12-08 2009-08-27 Continental Automotive Gmbh Apparatus for determining a mass flow
US8047082B2 (en) 2005-12-08 2011-11-01 Continental Automotive Gmbh Device for determining a mass flow of a first gas within an overall mixture of gases
DE102007054536A1 (en) 2007-01-08 2008-07-10 Dräger Medical AG & Co. KG Gas volume flow measuring arrangement for respiration device, has connection sensor formed to measure combination of state of assembly of transmitter and receiver and to produce connection signal by longitudinally-axial positioning
DE102007054536B4 (en) * 2007-01-08 2010-05-20 Dräger Medical AG & Co. KG Arrangement for detecting a gas volume flow

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