CN115038939A - 用于测量流量的流量传感器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量流量差的流量传感器，其具有：至少两个测量室，流体可引导穿过所述测量室；至少一个用于产生磁场的机构，所述磁场用于在穿流所述至少两个测量室的流体中进行电荷分离；和至少一个用于测量在穿流至少两个测量室的流体中的电势的机构，其中至少两个测量室设置为，使得其由用于进行电荷分离的磁场的相同的磁场力线穿过。

Description

用于测量流量的流量传感器和方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量流量差的流量传感器以及一种用于测量流量差的方法。

尤其地，本发明涉及一种磁电感式传感器，所述磁电感式传感器用于测量流体流的流量的差，所述流体流流过两个测量室或通道。

背景技术

流体或液体的流量差(输入量减去输出量)(也称为流量平衡)是例如在透析治疗时的重要变量。重要的是，在治疗的过程中的透析患者的水分平衡不会受到不利影响，而是通过治疗辅助达到健康的水分平衡。为此，患者的液体平衡必须是尽可能刚好已知的。

原则上，能够直接测量或通过计算流量的两个绝对测量来求取流量差。直接差动地的流量测量可以比通过两个其差值经计算的绝对测量的组合的间接的差异测量更准确地(或成本更低地)实现，因为绝对测量本身在其测量准确性方面是非常耗费的并且还更易于出错。相反，直接差动地的测量能够以更低的耗费实现更高的准确性，因为绝对测量的(每个通道)产生的测量误差相互消除。尽管如此，测量准确性在已知的差动式流量传感器中，例如在从JP5467576(B2)中已知的此类流量传感器中继续是成问题的。

以此为出发点，有利的改进方案例如在WO 2015/197424和EP 3 254 066 B1中公开，其中分别已知用于设置在磁轭中的具有电极的一次性传感器盒。

测量原理分别在于，设置两个测量通道，其分别垂直于流动方向由磁场穿过并且具有两个或更多个(垂直于磁场和流动方向设置的)电极。通过磁场将在流体中不同名的电荷载体分开(霍尔效应)并且垂直于磁场矢量和流动方向运输。

在WO 2015/197424和EP 3 254 066 B1中所公开的解决方案的情况下，在两个通道边缘处存在电极，所述电极考虑用于测量电势，所述电势由电荷分离引起。在液体中由电荷分离引起的电势借助于所述测量电极测量。

然而，在这些已知的传感器中存在以下问题：无法确保在一段时间内对于体外的血液治疗，尤其透析而言足够的测量准确性。

这由在一段时间内传感器盒的微小的移置或震动足以造成不可容忍的测量误差造成：因为磁场在已知的传感器中不是完美均匀的，所以这两个测量室或通道不同地由磁场的场力线穿过。

因此，在已知的传感器中的温度变化和振动已经足以造成出自对于透析而言可容忍的范围中的测量准确性。振动例如通过泵，例如滚子泵、隔膜泵，通过固有振动或通过作用到流过测量通道的流体上的压力脉冲产生。此外，在透析的情况下，由患者移动管路会造成传感器继续移置从而造成测量准确性进一步变差。

发明内容

本发明基于如下目的：减少或甚至完全消除从现有技术中已知的问题并且尤其提供改善的差动式流量传感器，所述流量传感器在数小时的测量时长内提供足够的测量准确性。

该目的通过根据独立权利要求所述的流量传感器以及血液治疗仪和系统实现。本发明的其他有利的改进方案是从属权利要求的主题。

用于测量流量差的根据本发明的流量传感器具有：至少两个测量室，流体可引导穿过所述测量室；至少一个用于产生磁场的机构，所述磁场用于在穿流至少两个测量室的流体中进行电荷分离；和至少一个用于测量在穿流至少两个测量室的流体中的电势的机构，其中至少两个测量室设置为，使得其由用于进行电荷分离的磁场的相同的磁场力线穿过。

换言之，根据本发明在流量传感器中测量室(或通道)设置为，使得在其中进行流体的流量的测量的这两个测量通道的几何区域被设置为，使得其由相同的磁场力线穿过。

这两个测量室或测量室的区域例如一个在一个之上，一个在一个之下地或并排地设置。设置是任意地，只要保证在其中进行流体的流量的测量的这两个测量室或测量室的区域由相同的磁场力线穿过。

具有这种设置的流量传感器是相对于温度变化、振动和其他环境影响鲁棒的，因为这两个测量室或通道始终受到相同程度的环境影响。

由此得出，在差动地的测量中，变化不重要，因为在这两个测量室中存在关于磁场的相同的条件或在这两个测量室中的磁场受相同程度的环境影响。

用于测量电势的机构优选包括一个或多个测量电极。优选地，每个测量室或每个通道分别具有两个测量电极。

换言之，根据一个优选的实施方式，这两个测量室中的每个测量室关联有用于测量电势的机构并且至少两个测量室和/或与所述测量室相关联的用于测量电势的机构彼此对齐。

在一个特别优选的实施方案中，这两个通道的测量电极对齐地或齐平地设置为，使得其到(平行于流体的流量并且垂直于磁场伸展的)平面上的投影是精确全等的。

由此，流量传感器或包括其的盒构成为，使得其能够在例如血液治疗仪的磁轭中装入为，使得这两个通道中的测量区域由精确相同的场力线穿过。

以何种方式测量由磁感应的电荷分离产生的电势是任意的。例如，能够使用直接与流体接触的电极或能够间接地电容式地测量。此外，测量机构，尤其测量电极的形状、数量和定位是任意的。也能够使用多于两个的电极。

同样可考虑电势的间接测量：在这种情况下，例如电容式地测量电场。在电容式的测量中，用于测量电场的测量机构不位于流体中，而是(由绝缘体分开地)设置在流体之外。

优选地，根据本发明的流量传感器是磁感应的差动式流量传感器。

实践已证实为有利的是，流量传感器附加地具有用于测量流体的温度的温度传感器。

当在流量传感器中也测量温度时，得出两个合成的优点：首先通常对于实施体外血液治疗而言，流体的或液体的温度测量是必需的。如果流量传感器集成地一起承担温度测量，那么有利地能够省去可能容纳附加的液体体积的附加的传感器。

其次，随着知晓温度能够进行流量测量值或测量准确性的修正。

优选地，也用作为温度传感器的流量传感器在与体外的血液治疗仪，尤其透析机协作的方式下使用。

根据一个优选的实施方式，能够装入有具有根据本发明的流量传感器的盒的治疗机具有红外二极管和评估装置，所述评估装置评估由二极管测量的光进而求取位于二极管上游的介质或流体的温度。与二极管对应地，在流量传感器的盒中设有留空部或一种“窗”。

在窗区域中的壁厚度优选大约为300μm至600μm，尤其大约为500μm。其他厚度是可考虑的。替选地，例如能够使用用于温度测量的PT1000传感器。

温度传感器优选集成到具有流量传感器的盒中和/或固定地安装。在这种情况下，优选也将所属的评估装置集成到盒中。替选地或附加地，温度传感器和/或评估装置也在血液治疗仪一方设置并且与盒相关联或接入所述盒。

替选地或附加地，流量传感器能够具有用于测量流体的电导率的电导率传感器。电导率传感器也优选集成在具有流量传感器的盒中和/或固定地安装。在这种情况下，所属的评估装置也集成在盒中。

替选地或附加地，温度传感器和/或评估装置也能够在血液治疗仪一方设置并且与盒相关联或接入所述盒。

用于电导率的测量装置的一个优选的实施方式具有三个电极，所述电极沿着流方向相继(与流体接触地)设置在流体通道中。在此，中间的电极优选构成为面状的矩形并且另外两个电极分别构成为包围流体通道的“U”。所有三个电极优选由不锈钢制成。

在测量运行中，将电压施加到中间的电极上，使得流穿过流体流向位于下游和位于上游的电极。这两个外部的电极是接地的。在中间的电极和外部的电极之间的压降被测量，同样地，测量流动的电流。由电流和压降测量电导。在知晓几何结构的情况下由此能确定流体的电导率。

由在电极处的电测量值确定电导率的评估设备优选是治疗机的一部分，而不是流量传感器盒的一部分。因此，传感器盒能够价格特别便宜地设计，这实现作为可丢弃制品(一次性用品)的设计方案。

原则上，流量传感器和/或具有所述流量传感器的盒构成为一次性用品或构成为多次性制品。

本发明的另一方面涉及一种血液治疗仪，尤其透析仪，其设计用于借助于根据本发明的流量传感器来使用或其具有根据本发明的流量传感器。

在实践中已证实为有利的是，血液治疗仪设计用于至少部分地可脱开地容纳根据本发明的流量传感器并且优选出于该目的构成有用于流量传感器的容纳部。

容纳部的设计方案是任意的。血液治疗仪的容纳部例如能够如同钳子那样构成(优选具有位于内部的电接触部)或构成为凹陷部，例如构成为缝隙。

同样可考虑的是，容纳部具有凹陷部的构型，其在传感器盒装入凹陷部中时能够借助于门封闭。门能够例如预紧地设计为，使得当用户不主动打开门时所述门保持封闭凹陷部。

同样能够设有闭锁元件，所述闭锁元件将传感器盒保持在血液透析仪处或血液透析仪中。

此外证实为有利的是，至少一个用于产生用于在穿流至少两个测量室的流体中进行电荷分离的磁场的机构在血液治疗仪一方设置。换言之，优选一个或多个磁体设置在血液治疗仪处。

优选地，用于产生用于进行电荷分离的磁场的至少一个机构是至少两个磁极，所述磁极设置在用于流量传感器或传感器盒的容纳部的彼此相对置的侧上。尤其地，当流量传感器设计为一次性用品时，所述实施方式是有利的。替选地，也能够使用两个电磁体。

本发明的另一方面涉及根据本发明的流量传感器和/或根据本发明的血液治疗仪用于血液-血液-平衡的应用。通过根据本发明的流量传感器的紧凑的构造方式仅需要将少量血液用于测量，因此根据本发明的流量传感器特别适合于这种应用。

例如，WO 2019/139671A1公开一种治疗装置，其包括第一个人的健康的肾的透析能力到肾功能不足的第二个人的“捐赠”。在这种情况下，也能够使用透析器。根据本发明的平衡传感器能够不同地被使用，以便测量肾功能不足的人的液体平衡(水分平衡)的改变。

例如，根据本发明的用于检测透析器的流体平衡(输入量减去输出量)的流量传感器能够用于肾功能不全的人。在这种情况下假设，健康的人能够自动地调整其水分平衡。可选地，能够使用用于完备的第二平衡传感器，其针对健康的人求取透析器的流体平衡(输入量减去输出量)。

替选地，也能够使用两个用于血液-血液-平衡的根据本发明的流量传感器。在这种情况下，分别在透析器的输入端处和输出端处优选使用根据本发明的差动式流量传感器。在此处所介绍的流量传感器的应用的该实施方式中，用于这两个透析器半部或用于这两个人的液体平衡因此可能在第二步骤中进行：在第一步骤中，由第一传感器测量“输入平衡”(人1到透析器中的输入流量相对于人2到透析器中的输入流量差动地被测量)并且同时在透析器的输出端处测量“输出平衡”。根据这两个平衡，能够在第二步骤中计算用于这两个人的流量平衡，例如其方式为“输出平衡”减去“输入平衡”。

借助于在透析器的输入端处的流量传感器求取用于健康的人和肾功能不全的人的在透析器的输入端处的流量的差。

与其类似地，在透析器的输出端处为健康的人和肾功能不全的人求取离开透析器的流量的差。

经由这两个差能够推断出这两个人的净水流量。

本发明的另一方面涉及一种用于优选借助于根据本发明的流量传感器测量流体的流量差的方法，具有以下步骤：

将流体引导穿过至少两个测量室或通道；

产生用于在流体中的进行电荷分离的磁场；

测量在穿流至少两个测量室的流体中的电势，其中

产生用于进行电荷分离的磁场，使得用于进行电荷分离的磁场的相同的磁场力线穿过所述至少两个测量室。

优选地，所述方法也具有将流量传感器盒放入根据本发明的血液治疗仪的相应的容纳部中的上游步骤。

根据一个有利的实施方式，所述方法还包括以下步骤：优选借助于集成到流量传感器中的温度传感器检测流体的温度。

替选地或附加地，所述方法还包括以下步骤：

优选借助于集成到流量传感器中的电导率传感器检测流体的电导率。

附图说明

本发明的其他优点、特征和效果参照附图从下面对优选的实施方式的描述中得出。相同的或类似的构件在附图中用相同的附图标记表示。在这种情况下示出：

图1示出根据本发明的流量传感器的横截面；

图2示出根据本发明的流量传感器的另一横截面；

图3示出根据本发明的流量传感器的纵截面；以及

图4示出图表，其表明根据本发明的传感器的用于血液-血液-平衡的使用。

具体实施方式

如图1中所示出的那样，根据本发明的流量传感器1具有两个测量室或通道2，所述测量室或通道在测量时由流体穿流。在每个测量室2的彼此相对置的侧上分别设置有测量电极3，以便测量由于电荷分离在流体中产生的电势。

传感器装入磁轭4中，所述磁轭具有两个电磁线圈5，所述电磁线圈借助于卡箍6彼此连接。磁极7设置在电极5和测量室2之间。借助于磁体产生磁场，所述磁场的磁场矢量通过图1中示出的垂直箭头表示。磁场矢量正交于流体在测量室中的流动方向伸展，所述流动方向在图1中的示图中正交于纸平面伸展。

在图2中由两个对向的箭头表示流体的流动方向。

图3在示图3a)和3b)中分别示出根据本发明的流量传感器的纵截面。在示图3b)中的视图相对于示图3a)中的视图旋转。

在图3中示出的流量传感器不仅设计用于差动式流量测量，而且也具有集成的温度传感器和集成的电导率传感器。

如在示图3a和3b中所示出那样，根据本实施方式的流量传感器具有三个用于电导率测量的电极。所述电极用附图标记1a、1b、1c或2a、2b、2c表示。用附图标记1a或2a表示的电极在电导率测量的过程中用作为地电势。用附图标记1c或2c表示的电极在电导率测量的过程中用作为热的电极。用附图标记1b或2b表示的电极同样在电导率测量的过程中使用。

电极1cl和1cr优选用作为流量测量的测量电极并且分别设置在测量室左侧(1cl)和右侧(1cr)。电极2cl和2cr优选用作为流量测量的测量电极并且分别设置在测量室左侧(2cl)和右侧(2cr)。

附图标记1cl和2cl由此分别表示左侧的测量电极并且附图标记1cr和2cr分别表示右侧的测量电极。

图4示出图表，其说明根据本发明的传感器的用于血液-血液-平衡的使用。

在图1中示出的构造中，将人P2的健康的肾的透析能力提供给肾功能不全的人P1。在此，使用具有膜8的透析器7。

根据本发明的平衡传感器能够不同地使用，以便测量肾功能不全的人P1的液体平衡或水平衡的变化。

例如，借助于根据本发明的流量传感器1求取肾功能不全的人P1的平衡(透析器的输入量减去输出量)。所述平衡在图4中作为椭圆9表示。在这种情况下假设，健康的人P2自动地调整其水分平衡。因此，用于健康的人P2的平衡(透析器的输入量减去输出量)在图4中作为虚线的椭圆10示出。

用于健康的人的平衡能够借助于第二流量传感器1求取，所述第二流量传感器在透析器的与健康的人P2相关联的侧上将输入量向着输出量平衡。

在图4中示出根据本发明的传感器1。然而，这仅是一个实例并且也能够设有仅一个流量传感器1，所述流量传感器求取人P1或人P2的流体平衡。

Claims (14)

1.一种用于测量流量差的流量传感器，具有

至少两个测量室，流体能够引导穿过所述测量室；

至少一个用于产生磁场的机构，所述磁场用于在穿流所述至少两个测量室的流体中进行电荷分离；

至少一个用于测量在穿流所述至少两个测量室的流体中的电势的机构，其中

所述至少两个测量室设置为，使得其由用于进行电荷分离的磁场的相同的磁场力线穿过。

2.根据权利要求1所述的流量传感器，

其特征在于，

所述流量传感器是磁感应的差动式流量传感器。

3.根据权利要求1或2所述的流量传感器，

其特征在于，

所述流量传感器附加地具有用于测量流体的温度的温度传感器。

4.根据上述权利要求中任一项所述的流量传感器，

其特征在于，

所述流量传感器附加地具有用于测量流体的电导率的电导率传感器。

5.根据上述权利要求中任一项所述的流量传感器，

其特征在于，

所述两个测量室中的每个测量室关联有用于测量电势的机构，并且所述至少两个测量室和/或与其相关联的用于测量电势的机构彼此对齐。

6.根据上述权利要求中任一项所述的流量传感器，

其特征在于，

所述流量传感器设计为一次性用品。

7.一种血液治疗仪，尤其透析仪，具有根据权利要求1至6中任一项所述的流量传感器。

8.根据权利要求7所述的血液治疗仪，尤其透析仪，

其特征在于，

所述血液治疗仪设计用于至少部分地可脱开地容纳根据权利要求1至6中任一项所述的流量传感器并且优选出于该目的构成有用于流量传感器的容纳部。

9.一种系统，具有血液治疗仪和根据权利要求1至6中任一项所述的流量传感器，

其特征在于，

在所述血液治疗仪侧设置有至少一个用于产生磁场的机构，所述磁场用于在穿流至少两个测量室的流体中进行电荷分离。

10.根据权利要求9所述的系统，

其特征在于，

至少一个用于产生用于进行电荷分离的磁场的所述机构包括至少两个磁极，所述磁极在用于所述流量传感器的容纳部的彼此相对置的侧上设置。

11.一种根据权利要求1至7中任一项所述的流量传感器和/或根据权利要求7或8所述的血液治疗仪用于血液-血液-平衡的应用。

12.一种用于优选借助根据权利要求1至7中任一项所述的流量传感器测量流体的流量差的方法，具有以下步骤：

将流体引导穿过至少两个测量室；

产生用于在所述流体中进行电荷分离的磁场；

测量在穿流所述至少两个测量室的流体中的电势，其中

产生用于进行电荷分离的所述磁场，使得用于进行电荷分离的磁场的相同的磁场力线穿过所述至少两个测量室。

13.根据权利要求12所述的方法，还具有以下步骤：

优选借助于集成到所述流量传感器中的温度传感器检测所述流体的温度。

14.根据权利要求12或13所述的方法，还具有以下步骤：

优选借助于集成到所述流量传感器中的电导率传感器检测所述流体的电导率。

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