CH712588B1

CH712588B1 - Gasflussmessgerät.

Info

Publication number: CH712588B1
Application number: CH02010/02A
Authority: CH
Inventors: Friberg Harri; Däscher Jakob
Original assignee: Imt Imformation Management Tech Ag
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2017-12-29
Also published as: JP2006506636A; US7212937B2; AU2003274408A1; WO2004046661A1; EP1565711A1; US20060144163A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) für das exakte Messen von Gasen mit mehreren Sensoren (5–10), deren Signale über einen Microcontroller (11) so ausgewertet werden, dass unabhängig von den Umweltbedingungen, die auch gemessen werden, eine hohe Messgenauigkeit gegeben ist.

Description

Beschreibung [0001] Stationäre und portable Gasfluss- und Druckmessgeräte sind für die Kalibrierung, Produktion und Eichung von Geräten aller Art erforderlich. Die bis jetzt erhältlichen Geräte haben den Nachteil, dass die Gasfluss-Messungen von den Umweltbedingungen beeinflusst werden und dadurch Fehlkalibrierungen auftreten. Dies ist vor allem bei medizinischen Geräten wie Beatmungs- oder Anästhesiegeräten sehr problematisch. Da die Geräte weltweit eingesetzt werden, entstehen Fehlkalibrationen auch durch falsche Bedienung der Geräte.

[0002] Es gab bis jetzt mehrere Bestrebungen für eine exakte Gasmessung. Es sind folgende Messprinzipien bekannt: Ultraschall [0003] Zwei kombinierte Ultraschall-Sender-Empfänger-Einheiten sind in einem Winkel zur Anströmrichtung angeordnet. Diese senden in regelmässigen Abständen einen Ultraschall-Impuls und warten auf das Empfangen des Impulses des anderen Senders. Durchqueren Ultraschallwellen in einem bekannten Medium eine definierte Strecke s, so benötigen sie dafür eine von ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit abhängige Zeit t. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle ist damit abhängig von der Laufzeit des Signals von einem Sender/Empfänger zum anderen.

Volumenzähler mit Messflügeln [0004] Ein Flügelrad wird so in Umdrehung versetzt, dass seine Drehzahl proportional zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit ist.

Wirkdruckverfahren [0005] Das Medium durchströmt eine Düse oder Blende. Dabei wird der Querschnitt eingeengt, was die Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt. Um Wirbelbildung zu vermeiden, werden meist Venturidüsen verwendet. Der Massenfluss berechnet sich dann aus der Druckdifferenz über der Düse.

Laminarfluss-Elemente [0006] Die Laminarfluss-Elemente beruhen wie die Wirkdruckverfahren darauf, dass aus einer Druckdifferenz der Fluss berechnet werden kann. Im Gegensatz zu diesen ist jedoch der Fluss linear zum gemessenen Differenzdruck. In der Medizin sind die Laminarflusselemente als Pneumotachographen bekannt.

Hitzedraht-Anemometer [0007] Ein Draht oder eine Fläche wird auf eine Temperatur, die oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, aufgeheizt. Moleküle, die auf diese Fläche treffen und dann wieder weiterfliegen, nehmen dort kinetische Energie auf. Der Wärmeverlust der geheizten Fläche ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der geheizten Fläche und der Umgebung sowie zur Zahl der pro Zeiteinheit auftreffenden Moleküle.

[0008] Alle diese bekannten Aufbauten sind an ihren Grenzen und die Exaktheit der Messung ist beschränkt. Gerade im medizinischen Bereich sollte jedoch die Genauigkeit weiter getrieben werden. Hier setzt die Aufgabe der Erfindung an. Es soll die Genauigkeit der Gasflussmessung verbessert werden.

[0009] Dabei sind die Messeigenschaften der einzelnen Verfahren unterschiedlich und in Abhängigkeit vom Anwendungsfall werden die einen oder anderen Messgeräte - gegebenenfalls optimiert - eingesetzt.

[0010] Gerade bei Spezialgeräten im Bereich der Medizin, wie z.B. Beatmungsgeräten, Narkosegeräten usw., kommen jedoch verschiedene Anwendungsfälle in einem Gerät vor, so dass bis anhin mit mehreren Messgeräten gemessen werden musste oder sich mit einem bestimmten Genauigkeitsgrad der Messung - z.B. für Eich- oder Kontrollzwecke - begnügt werden musste.

[0011] Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zur exakten Flussmessung von Gasen unabhängig den Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Feuchte, Gasart, Sauerstoffkonzentration und des Umgebungsdruckes. Dabei sollen möglichst wenig Kompromisse eingegangen werden und eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungsfällen hochgenau gemessen werden können. Weiter soll die Bedienung so einfach wie möglich sein, um Fehlmanipulationen zu vermeiden. Die Messung soll bei jedweden Umweltbedingungen möglichst mit gleichem Genauigkeitsgrad durchgeführt werden können.

[0012] Die Lösung dieser Aufgaben sind im portablen Messgerät der Anmelderin «FlowAnalyser» realisiert.

[0013] Das erfindungsgemässe Messgerät stellt dabei eine Vorrichtung (1) zur Messung von Gasen mit einem Gaskanal (3), mit einem Sieb (4) und mit mehreren unterschiedlichen Sensoren (5), (6), (7), (8), (9), (10) dar, wobei im Gaskanal (3), durch den der zu messende Gasstrom strömt, eine Mehrzahl von Sensoren (5-10) installiert sind, die sowohl feuchte als auch trockene Gase exakt messen können, wobei alle Sensoren mit einem Rechner verbunden sind, der die einzelnen Messwerte der einzelnen Sensoren untereinander vergleicht und ein Programm umfasst, mit dem aus den verschiedenen

Messwerten ein konsolidierter Messwert für das tatsächlich durchfliessende Gas angegeben werden kann. Bestimmte Sensoren dienen dabei der Erfassung der Umweltbedingungen.

[0014] In der erfindungsgemässen Vorrichtung werden dabei insbesondere die Berechnung des Gasflusses im Rechner, z.B. einem Microcontroller (11), die Umwelteinflüsse Feuchte, Absolutdruck, Temperatur und Sauerstoffkonzentration berücksichtigt, so dass die Messung bei allen Umweltbedingungen immer exakt stimmt.

[0015] Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Gaskanal (3) als kompakter Block ausgebildet, in dem alle Sensoren direkt integriert sind. Die Verwendung von Schläuchen zwischen den Sensoren ist erfindungsgemäss vermieden.

[0016] Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Gaskanal (3) und das Sieb (4) so konstruiert, dass unabhängig von der Strömungsrichtung eine laminare Gasströmung resultiert und dass somit als Besonderheit eine bi-direktionale Gasmessung möglich ist. Solches ist z.B. bei Beatmungsgeräten von Vorteil, da damit sowohl das zum Patienten gelieferte Gasgemisch als auch das vorn Patienten zurückgelieferte Gasgemisch gemessen werden kann, was auf den Zustand des Patienten Rückschlüsse erlaubt.

[0017] Gemäss einer Weiterentwicklung der Erfindung ist auf der Frontplatte des Gerätes neben dem Gaskanal (3) eine DAK-Taste («DAK» bedeutet Direct Access Knob) für den direkten Zugriff auf Help und Messwerte angeordnet, die über den Rechner mit einem Display verbunden ist und an diesem Display das unverzügliche Darstellen von aktuellen Messwerten oder Help-Funktionen erlaubt.

[0018] Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Sensoren oder Sensortypen eingeschränkt. Vielmehr kann der Fachmann aus den bekannten Sensortypen z.B. gemäss Beschreibungseinleitung wählen.

Figurenbeschreibung [0019]

Fig. 1 ein Blockschema einer Vorrichtung zur Gasflussmessung;

Fig. 2 eine Detailansicht des Gasblocks aus Fig. 1 in einem Messgerät gemäss der Fig. 4 mit zum Teil ausgeblendeten Elementen;

Fig. 3 eine Detailansicht der Frontplatte des Messgerätes aus der Fig. 4 mit zum Teil ausgeblendeten Elementen; und

Fig. 4 ein Messgerät (FlowAnalyser), enthaltend eine erfindungsgemässe Vorrichtung.

[0020] Die Fig. 1 zeigt die Vorrichtung zur Gasflussmessung. Der Gasfluss 2 strömt durch den Gaskanal 3 und durch das Sieb 4, das in der Mitte des Gaskanals 3 montiert ist. Das Sieb ist leicht auswechselbar und wie die anderen Bauteile nur symbolisch dargestellt. Der Gaskanal 3 ist so ausgebildet, dass eine laminare Strömung des durchströmenden Gases resultiert. In dem Gaskanal befinden sich eine Vielzahl von Sensoren 5-10 mit unterschiedlichen Messaufgaben und/oder unterschiedlichen Messbereichen. Ein nicht im Detail dargestellter Microcontroller 11 verarbeitet die unterschiedlichen Messwerte, um für den jeweiligen Anwendungsfall unter den jeweiligen Umgebungsbedingungen einen möglichst exakten Durchflussmesswert bestimmen zu können.

[0021] Die Sensorwerte der Sensoren 5-10 werden somit durch den bevorzugt als Modul vorgesehene Microcontroller 11 eingelesen und in einen exakten Gasfluss umgerechnet.

[0022] Fig. 4 zeigt einen bevorzugten Gesamtaufbau der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Bezugszeichenliste (zusammen mit der Zeichnung Bestandteil der Offenbarung): [0023] 1 Vorrichtung Gasflussmessung 2 Gasfluss 3 Gaskanal 4 Sieb 5 Differenzdruck-Sensor 6 Absolutdruck-Sensor 7 Relativdruck-Sensor 8 Sauerstoff-Sensor

Claims

9 Feuchte-Sensor 10 Temperatur-Sensor 11 Microcontroller-System (Microcontroller mit AD-Wandler, Anzeige, RS232, USB und Ethernet-Schnittstellen) 12 DAK-Taste (Direct Access Knob) Patentansprüche

1. Vorrichtung (1) zur Messung eines Gasflusses mit einem Gaskanal (3), mit einem Messwiderstand, z.B. einem Sieb (4), und mit Sensoren (5-10) im Gaskanal (3), dadurch gekennzeichnet, dass im Gaskanal (3) eine Gruppe von unterschiedlichen Sensoren (5-10) mit unterschiedlichen Messwerten oder Messbereichen so installiert ist, dass sowohl feuchte als auch trockene Gase gemessen werden können, wobei ein Rechner vorgesehen ist, der die unterschiedlichen Messwerte der unterschiedlichen Sensoren (5-10) auswertet, um daraus den tatsächlichen Gasfluss zu errechnen und wobei mindestens einer der Sensoren (5-10) der Erfassung von Umweltbedingungen dient.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen Microcontroller (11) aufweist, wobei zur Berechnung des Gasflusses im Microcontroller (11) Programmparameter vorgesehen sind, die von einzelnen der Sensoren erhaltenen Messwerte als Umwelteinflüsse, wie insbesondere Feuchte, Absolutdruck, Temperatur und Sauerstoffkonzentration, berücksichtigen, so dass die störende Beeinflussung der Umweltbedingungen aus den Messwerten entfällt.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (3) als kompakter Block ausgebildet ist, in dem alle Sensoren direkt integriert sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren von aussen in den Block eingeschraubt und aus diesem entfernbar bzw. austauschbar sind.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Frontplatte der Vorrichtung, vorzugsweise neben dem Gaskanal (3), eine DAK-Taste für den direkten Zugriff auf Hilfs- und Messwerte existiert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die DAK-Taste die Lieferung von Istwerten verschiedener - gegebenenfalls wählbarer Parameter - zu einem Display triggert.