DE102011054133A1 - Level measuring device for humidifier - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Füllstandsmessvorrichtung für einen Atemluftbefeuchter bereitgestellt, der einen Flüssigkeitsbehälter (3) mit einer Bodenplatte (11) und ein Gehäuse (2) mit einer Heizplatte (8) aufweist, wobei zur Beheizung der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter (3) die Heizplatte (8) erwärmbar und die Bodenplatte (11) in Kontakt mit der Heizplatte (8) bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandsmessvorrichtung zur kapazitiven Messung des Füllstands der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter (3) eine erste Elektrode (11) und eine zweite Elektrode (13), die jeweils mit einer Wechselspannungsquelle (20) verbunden sind, und eine Messeinrichtung aufweist, die geeignet ist, die Kapazität zwischen der ersten Elektrode (11) und der zweiten Elektrode (13) zu messen, wobei das Gehäuse (2) eine erste Wand (27) aufweist, die im Wesentlichen an eine zweite Wand (15) des Flüssigkeitsbehälters (3) angrenzt, wobei die Bodenplatte (11) als erste Elektrode (11) vorgesehen ist und die zweite Elektrode (13) derart an der ersten Wand (27) angeordnet ist, dass sie der zweiten Wand (15) des Flüssigkeitsbehälters (3) gegenüber liegt.A level measuring device for a humidifier is provided which has a liquid container (3) with a bottom plate (11) and a housing (2) with a heating plate (8), the heating plate (8) being heated to heat the liquid in the liquid container (3). can be heated and the bottom plate (11) in contact with the heating plate (8) can be brought, characterized in that the level measuring device for capacitive measurement of the liquid level in the liquid container (3) has a first electrode (11) and a second electrode (13), each connected to an AC voltage source (20) and having a measuring device adapted to measure the capacitance between the first electrode (11) and the second electrode (13), the housing (2) having a first wall (27 ) substantially adjacent to a second wall (15) of the liquid container (3), the bottom plate (11) being provided as a first electrode (11) and the second electrode (13) is disposed on the first wall (27) so as to face the second wall (15) of the liquid container (3).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Füllstandsmessvorrichtung für Atemluftbefeuchter beim Beatmen von Patienten mit Atemgas, und insbesondere einen Atemluftbefeuchter mit einer kapazitiven Füllstandsmessvorrichtung. The present invention relates to a level measuring device for breathing humidifier when breathing patients with breathing gas, and more particularly to a humidifier with a capacitive level measuring device.
Bei der maschinellen Beatmung von Patienten, die beispielsweise auf einer Intensivstation liegen, wird der zu beatmende Patient mit Hilfe eines Beatmungsschlauchsystems pneumatisch mit dem Beatmungsgerät verbunden. Da das Atemgas, das dem Patienten zugeführt wird, hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit den physiologischen Erfordernissen des Patienten angepasst werden muss, wird ein Atemluftbefeuchter in dem Einatem- oder Inspirationsschlauch angeordnet, der das Atemgas anwärmt und anfeuchtet. Der Atemluftbefeuchter weist einen mit destilliertem Wasser gefüllten Flüssigkeitsbehälter auf, durch den das Einatemgas geleitet und mit Feuchtigkeit angereichert wird. During mechanical ventilation of patients, for example, in an intensive care unit, the patient to be ventilated is pneumatically connected to the ventilator using a breathing circuit. Since the respiratory gas supplied to the patient needs to be adjusted in temperature and humidity to the physiological needs of the patient, a humidifier is placed in the inspiratory or inspiratory tube which heats and humidifies the respiratory gas. The humidifier has a liquid container filled with distilled water, through which the inhaled gas is passed and enriched with moisture.
Die Aufheizung der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter erfolgt über eine Heizplatte im unteren Abschnitt des Gehäuses des Atemluftbefeuchters, wobei die Wärme thermisch von der Heizplatte auf den wärmeleitfähigen Boden des Flüssigkeitsbehälters übertragen wird. The heating of the liquid in the liquid container via a heating plate in the lower portion of the housing of the humidifier, wherein the heat is thermally transferred from the heating plate to the heat-conductive bottom of the liquid container.
Damit der Flüssigkeitsbehälter nicht trocken läuft, wird der Füllstand im Flüssigkeitsbehälter überwacht. Zum Nachfüllen von Flüssigkeit aus einem externen Reservoir wird beispielsweise im Stand der Technik ein Schlauch von oben in den Flüssigkeitsbehälter geführt, und zwar bis zum niedrigsten zulässigen Füllstand. An diesem Schlauch befindet sich ein Schwimmerventil, das bei Unterschreitung eines gewissen Füllstands der Flüssigkeit den Ventilsitz öffnet und die Zufuhr von Flüssigkeit aus dem externen Reservoir freigibt, bis ein maximal zulässiger Füllstand erreicht ist. Dann blockiert das Schwimmerventil die weitere Zufuhr von Flüssigkeit aus dem externen Reservoir. So that the liquid container does not run dry, the level in the liquid container is monitored. For refilling liquid from an external reservoir, for example, in the prior art, a hose is passed from above into the liquid container, to the lowest permissible level. On this hose there is a float valve, which opens the valve seat when a liquid level falls below a certain level and releases the supply of liquid from the external reservoir until a maximum permissible level is reached. Then the float valve blocks the further supply of liquid from the external reservoir.
Eine derartige Überwachung und Nachfüllung kann problematisch sein, wenn das externe Reservoir selbst leer läuft bzw. kurz davor ist, leer zu laufen. Außerdem kann der exakte Füllstand des Atemluftbefeuchters damit nicht gemessen werden, denn es werden lediglich die beiden Extremwerte als Ereignisse verarbeitet. Weiterhin ist es mit der bekannten Überwachungsfunktion nur möglich, das Nachfüllen einzuleiten. Ein Warnsignal an den Benutzer auszugeben ist damit nicht möglich. Such monitoring and refilling can be problematic if the external reservoir itself is idle or about to run empty. In addition, the exact level of the humidifier can not be measured with it, because only the two extreme values are processed as events. Furthermore, it is only possible with the known monitoring function to initiate refilling. It is not possible to issue a warning signal to the user.
Die berührungslose kapazitive Füllstandsmessung in Gefäßen ist im Prinzip bekannt, z. B. aus der
Die
Ein weiteres Beispiel für die berührungslose kapazitive Füllstandsmessung ist in der
Eine wichtige Anforderung an einen Flüssigkeitsbehälter in einem Atemluftbefeuchter ist, dass er als medizinischer Einmal-/Wegwerfartikel besonders einfach und kostengünstig herstellbar sein muss. Die Konstruktion einer Füllstandsmessvorrichtung darf daher nicht komplex sein und sollte möglichst wenige Bauelemente umfassen. An important requirement for a liquid container in a humidifier is that it must be particularly easy and inexpensive to produce as a disposable medical / disposable article. The construction of a level measuring device must therefore not be complex and should include as few components as possible.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Füllstandsmessvorrichtung für einen Atemluftbefeuchter bereitzustellen, die zu jedem Zeitpunkt den Füllstand in dem Flüssigkeitsbehälter exakt messen kann, den gemessenen Wert sofort zur Auswertung und Anzeige bereit stellen kann und ohne zusätzliche Bauelemente in dem Flüssigkeitsbehälter auskommt. It is therefore an object of the present invention to provide a level measuring device for a humidifier, which can accurately measure the level in the liquid container at any time, can provide the measured value immediately for evaluation and display ready and manages without additional components in the liquid container.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben. This object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments and embodiments are described in the subclaims.
Erfindungsgemäß wird eine Füllstandsmessvorrichtung für einen Atemluftbefeuchter bereitgestellt, wobei der Atemluftbefeuchter einen Flüssigkeitsbehälter mit einer Bodenplatte und einem Gehäuse mit einer Heizplatte aufweist, wobei zur Beheizung der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter die Heizplatte erwärmbar und die Bodenplatte in Kontakt mit der Heizplatte bringbar ist. Die Füllstandsmessvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie zur kapazitiven Messung des Füllstands der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die jeweils mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind und eine Messeinrichtung aufweist, die geeignet ist, die Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zu messen, wobei das Gehäuse eine erste Wand aufweist, die im Wesentlichen an eine zweite Wand des Flüssigkeitsbehälters angrenzt, wobei die Bodenplatte als erste Elektrode vorgesehen ist und die zweite Elektrode derart an der ersten Wand angeordnet ist, dass sie der zweiten Wand des Flüssigkeitsbehälters gegenüberliegt. Weil die Bodenplatte des Flüssigkeitsbehälters üblicherweise aus sehr gut elektrisch und thermisch leitendem Metall wie z. B. Aluminium gebildet ist, kann sie als erste Elektrode bei der kapazitiven Messung des Füllstands dienen, ohne dass ein zusätzliches Bauelemente erforderlich wäre. Obwohl mit der erfindungsgemäßen Füllstandsmessvorrichtung eine zusätzliche Funktion für den Atemluftbefeuchter bereitgestellt wird, ist eine Veränderung des Aufbaus des Flüssigkeitsbehälters nicht notwendig. Des Weiteren kann der aktuelle Füllstand jederzeit an eine Steuereinrichtung des Atemluftbefeuchters übermittelt, dort angezeigt und ausgewertet werden. Da die Bodenplatte als erste Elektrode eine sehr große Fläche aufweist, ist es möglich, dass sich die zweite Elektrode an der ersten Wand über einen relativ großen Bereich erstrecken kann. Dies ermöglicht eine ebenfalls große Fläche für die zweite Elektrode, wodurch die Kapazität und mit ihr auch der Messbereich der Kapazität zwischen gefülltem und leerem Flüssigkeitsbehälter relativ groß. Dadurch sind genauere Messergebnisse möglich. According to the invention, a level measuring device for a humidifier is provided, the humidifier having a liquid container with a bottom plate and a housing with a heating plate, wherein for heating the liquid in the liquid container, the heating plate can be heated and the bottom plate can be brought into contact with the heating plate. The level measuring device is characterized in that it for capacitive measurement of the liquid level in the liquid container, a first electrode and a second electrode, each connected to an AC voltage source and having a measuring device adapted to measure the capacitance between the first electrode and the second electrode, the housing having a first wall substantially to a second wall of the liquid container adjacent, wherein the bottom plate is provided as a first electrode and the second electrode is arranged on the first wall, that it faces the second wall of the liquid container. Because the bottom plate of the liquid container usually made of very good electrically and thermally conductive metal such. As aluminum is formed, it can serve as a first electrode in the capacitive measurement of the level without an additional components would be required. Although an additional function for the humidifier is provided with the level measuring device according to the invention, a change in the structure of the liquid container is not necessary. Furthermore, the current level can be transmitted at any time to a control device of the humidifier, there displayed and evaluated. Since the bottom plate as the first electrode has a very large area, it is possible that the second electrode may extend on the first wall over a relatively large area. This also allows a large area for the second electrode, whereby the capacity and with it also the measuring range of the capacity between the filled and empty liquid container relatively large. This allows more accurate measurement results.
Bevorzugt ist die zweite Elektrode derart an der ersten Wand angeordnet, dass sie sich über die Höhe aller im Flüssigkeitsbehälter zu erwartenden Füllstände erstreckt. Alternativ kann die Füllstandsmessvorrichtung eine Mehrzahl von zweiten Elektroden aufweisen, die derart an der ersten Wand angeordnet sind, dass die Mehrzahl der zweiten Elektroden über die Höhe aller im Flüssigkeitsbehälter zu erwartenden Füllstände verteilt sind. In beiden Fällen erhöht die Anordnung die Genauigkeit der Messung. The second electrode is preferably arranged on the first wall in such a way that it extends over the height of all fill levels to be expected in the liquid container. Alternatively, the level measuring device may comprise a plurality of second electrodes, which are arranged on the first wall such that the plurality of second electrodes are distributed over the height of all to be expected in the liquid container levels. In both cases, the arrangement increases the accuracy of the measurement.
Bevorzugt sind die ersten Wand und die zweite Wand im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Dies vereinfacht die Messung und die Kalibrierung der Füllstandsmessvorrichtung, da die Elektrizitätszahlen der Materialien der ersten Wand, der zweiten Wand und des Zwischenraums über den gesamten Bereich der zweiten Elektrode konstant sind. Entscheidend ist deshalb im Wesentlichen nur der Füllstand der Flüssigkeit. Preferably, the first wall and the second wall are arranged substantially parallel to each other. This simplifies the measurement and calibration of the level gauge because the electricity counts of the materials of the first wall, the second wall, and the gap are constant over the entire area of the second electrode. Decisive therefore is essentially only the level of the liquid.
Vorteilhaft ist es, wenn die erste Wand und die zweite Wand im Wesentlichen senkrecht zur Bodenplatte angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine einfache Konstruktion. It is advantageous if the first wall and the second wall are arranged substantially perpendicular to the bottom plate. This results in a simple construction.
Mit besonderem Vorteil ist die Bodenplatte geerdet. Dies dient der Störsicherheit durch hochfrequente Störsignale. Da die Bodenplatte im Betriebszustand des Atemluftbefeuchters auf die Heizplatte des Gehäuses fest aufgedrückt wird und aus elektrisch leitfähigem Material gebildet ist, liegt sie auf dem gleichen Potential wie die Heizplatte und dadurch kann die Erdung der Bodenplatte durch die Erdung der Heizplatte bewirkt werden. Damit kann auf bereits bestehende Bauelemente zur Erdung der Bodenplatte zurückgegriffen werden. With particular advantage, the bottom plate is grounded. This is used for interference immunity by high-frequency interference signals. Since the bottom plate is firmly pressed in the operating state of the humidifier on the heating plate of the housing and is formed of electrically conductive material, it is at the same potential as the heating plate and thereby the grounding of the bottom plate can be effected by the grounding of the heating plate. This can be used on existing components for grounding the bottom plate.
Besonders wirksam ist die Heizwirkung, wenn die Bodenplatte und die Heizplatte eben sind und jeweils eine im Wesentlichen gleich große Kontaktfläche aufweisen. Dabei ist es bevorzugt, dass die Bodenplatte aus Aluminium und die zweite Elektrode aus Kupfer gebildet sind. Particularly effective is the heating effect when the bottom plate and the heating plate are flat and each having a substantially equal contact surface. It is preferred that the bottom plate made of aluminum and the second electrode are formed of copper.
Weiterhin bevorzugt ist es, dass sich die zweite Elektrode im Wesentlichen über die Breite des Flüssigkeitsbehälters erstreckt. Wie oben bereits erwähnt ist es im Sinne eines größeren Messbereichs erwünscht, die Fläche der zweiten Elektrode so groß wie möglich auszubilden. It is further preferred that the second electrode extends substantially across the width of the liquid container. As already mentioned above, it is desirable for the purpose of a larger measuring range to form the area of the second electrode as large as possible.
Weiterhin erfindungsgemäß ist ein Atemluftbefeuchter mit einem Gehäuse, einem Flüssigkeitsbehälter und einer wie oben definierten Füllstandsmessvorrichtung, wobei der Atemluftbefeuchter eine Steuereinrichtung aufweist, in die die Messeinrichtung integriert ist und die geeignet ist, aus den gemessenen Kapazitäten den Füllstand in dem Flüssigkeitsbehälter zu ermitteln. Die Steuereinrichtung kann dann zu jedem Zeitpunkt das Füllstandsmesssignal beispielsweise an eine Benutzerschnittstelle übertragen, die einen entsprechenden Füllstandswert auf einer Anzeigevorrichtung anzeigt. Dabei ist es auch von Vorteil, dass die Steuereinrichtung geeignet ist, bei bestimmten Füllstandswerten ein optisches oder akustisches Signal für den Benutzer auszugeben. Furthermore, according to the invention, a humidifier with a housing, a liquid container and a level measuring device as defined above, wherein the humidifier has a control device, in which the measuring device is integrated and which is suitable to determine the level in the liquid container from the measured capacitance. The control device can then at any time transmit the fill level measurement signal, for example, to a user interface, which displays a corresponding fill level value on a display device. It is also advantageous that the control device is suitable for outputting an optical or acoustic signal for the user at certain level values.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert, in denen: The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying figures, in which:
Innerhalb des Flüssigkeitsbehälters
In
Der ersten Elektrode
Die Flüssigkeit
Die zweite Elektrode
Die elektronischen Bauelemente der erfindungsgemäßen Füllstandsmessvorrichtung, insbesondere die Wechselspannungsquelle und die Messeinrichtung, die die induzierten hochfrequenten Kapazitätsströme misst, sind beispielsweise in die Steuereinrichtung, vorzugsweise auf derselben Leiterplatte, integriert. Dadurch ist im Wesentlichen kein zusätzliches Volumen oder ein zusätzlicher Bauraum erforderlich. Die Messeinrichtung kann bevorzugt eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) sein, die auf der Hauptplatine der Steuereinrichtung angeordnet ist. Derartige ASICs sind Massenware und deshalb kostengünstig und einfach sowie flexibel einsetzbar. The electronic components of the filling level measuring device according to the invention, in particular the alternating voltage source and the measuring device which measures the induced high-frequency capacitance currents, are for example integrated in the control device, preferably on the same printed circuit board. As a result, essentially no additional volume or additional space is required. The measuring device may preferably be an application-specific integrated circuit (ASIC) which is arranged on the main circuit board of the control device. Such ASICs are mass-produced and therefore cost-effective, simple and flexible.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Atemluftbefeuchter auch eine Steuereinrichtung auf, an die die Füllstandsmessvorrichtung kontinuierlich die Werte ihrer Messungen liefert. Die Steuereinrichtung ist geeignet, die Messwerte auf der Benutzerschnittstelle
Mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung wurde eine Füllstandsmessvorrichtung für einen Atemluftbefeuchter bereitgestellt, die zu jedem Zeitpunkt den Füllstand in dem Flüssigkeitsbehälter exakt messen kann, den gemessenen Wert sofort zur Auswertung und zur Anzeige bereitstellen kann und ohne zusätzliche Bauelemente in dem Flüssigkeitsbehälter auskommt. With the object of the present invention, a level measuring device for a humidifier has been provided, which can measure the level in the liquid container exactly at any time, can provide the measured value immediately for evaluation and display and manages without additional components in the liquid container.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- 2012-09-27 WO PCT/EP2012/069120 patent/WO2013045572A1/en active Application Filing
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