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Die Erfindung betrifft ein Anästhesie- oder Beatmungsgerät und einen Hitzdrahtsensor eines solchen Anästhesie- oder Beatmungsgeräts, der dort zur Erfassung von Messwerten bezüglich der eingeatmeten und/oder ausgeatmeten Atemluft vorgesehen ist.
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Die
US 5 230 331 A zeigt einen Durchflusssensor als Hitzdraht-Anemometer mit Strömungsführungsrohr und Platin-Hitzdrähten in Zusammenwirkung einem Kalibrationseinsatz für ein Gerät zur Kalibration Messung einer Durchflussmenge in einem Atemstromkreis. Die Kalibrierung mittels des Kalibrationseinsatzes erfolgt in Abhängigkeit einer optisch-visuellen Kontrolle einer korrekten Position des Strömungsführungsrohres mittels einer Lichtschranken-Anordnung.
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Die
DE 201 03 966 U1 zeigt einen Atemstromsensor, wobei die temperaturabhängigen Widerstandswerte von drei mittels einer Stromquelle betriebenen Drähten eine temperaturkompensierte Durchflussmenge und Strömungsrichtung mittels einer Messeinrichtung ermittelbar ist.
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Der Hitzdrahtsensor umfasst in einer Wheatstone-Messbrücke einen elektrisch geheizten Messdraht und einen Kompensationsdraht. Der Messdraht gibt im Messbetrieb Wärme an ein vorbeiströmendes Medium, zum Beispiel Atemgas, ab. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, desto größer ist die Abkühlung des Messdrahts. Anhand der resultierenden Temperaturschwankungen und damit einhergehender Änderungen des elektrischen Widerstands des Messdrahts kann mittels der Messbrücke in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise die Strömungsgeschwindigkeit des jeweiligen Mediums und damit zum Beispiel ein Atemgas-Volumenstrom ermittelt werden.
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Speziell der Messdraht stellt ein Verschleißteil des Hitzdrahtsensors dar und erfordert einen regelmäßigen Austausch. Beim Austausch kann es zu einer Situation kommen, bei welcher der Messdraht von einem hohen Strom durchflossen wird und sich dadurch über Temperaturen, wie sie sich beim normalen Messbetrieb ergeben, aufheizt. Dies reduziert die Verwendbarkeit des Messdrahts (Lebensdauer) oder führt bereits beim Austausch zu einer unmittelbaren Zerstörung des Messdrahts („Durchbrennen”).
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Zur Vermeidung dieser Problematik sind unterschiedliche Ansätze bekannt geworden, welche allerdings Modifikationen des jeweiligen Geräts, also zum Beispiel eines Anästhesie- oder Beatmungsgeräts, erfordern. Im Rahmen einer solchen Modifikation wird zum Beispiel eine Schutzschaltung oder dergleichen installiert, deren Funktion darauf abzielt, das Überhitzen oder Durchbrennen des Messdrahts zu vermeiden. Solche Modifikationen sind unwirtschaftlich.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend davon darin, eine alternative Lösung zum Schutz des Messdrahts eines Hitzdrahtsensors anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Hitzdrahtsensors sowie mittels eines zum Anschluss an eine Schaltung eines Hitzdrahtsensors bestimmten und eingerichteten Hitzdrahtmoduls mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Vorrichtungsansprüche gelöst.
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Bei einem Hitzdrahtsensor mit einem elektrisch und mechanisch lösbar mit dessen Schaltung verbindbaren Hitzdrahtmodul, welches einen ersten und einen zweiten Hitzdraht, nämlich einen Messdraht und einen Kompensationsdraht, umfasst, ist vorgesehen, dass Kontakte zur elektrisch leitenden Verbindung des Kompensationsdrahts mit der Schaltung des Hitzdrahtsensors gegenüber zumindest einem Kontakt zur elektrisch leitenden Verbindung des Messdrahts mit der Schaltung des Hitzdrahtsensors als voreilende Kontakte ausgeführt sind. Bei einem zum Anschluss an eine Schaltung eines Hitzdrahtsensors bestimmten und eingerichteten Hitzdrahtmodul, welches einen ersten und einen zweiten Hitzdraht, nämlich einen Messdraht und einen Kompensationsdraht, umfasst, ist vorgesehen, dass dem Messdraht zu dessen Kontaktierung ein erstes Kontaktpaar und dem Kompensationsdraht zu dessen Kontaktierung ein zweites Kontaktpaar zugeordnet sind und dass die Kontakte des zweiten Kontaktpaars gegenüber zumindest einem der Kontakte des ersten Kontaktpaars als voreilende Kontakte ausgeführt sind.
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Ein Vorteil des hier vorgeschlagenen Hitzdrahtsensors oder Hitzdrahtmoduls besteht darin, dass aufgrund der voreilenden Kontakte eine unerwünschte frühzeitige Bestromung des Messdrahts sicher vermieden wird. Ein besonderer Vorteil der hier vorgestellten Neuerung besteht darin, dass die sichere Vermeidung einer unerwünschten frühzeitigen Bestromung des Messdrahts mit einfachen Mitteln, also zum Beispiel ohne mechanisch aufwendige Maßnahmen und/oder eine Ergänzung der Schaltung des Hitzdrahtsensors, sichergestellt ist.
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Die in dem auf ein Hitzdrahtmodul gerichteten Anspruch definierte Lösung bezieht sich darauf, dass die voreilenden Kontakte Teil des Hitzdrahtmoduls sind. Selbstverständlich ist dies keine zwingende Notwendigkeit. Genauso können sich die voreilenden Kontakte auf Seiten des Hitzdrahtsensors befinden und demgemäß zur Schaltung des Hitzdrahtsensors gehören. Im auf den Hitzdrahtsensor gerichteten Anspruch ist über den Ort der voreilenden Kontakte nichts ausgesagt. Die Formulierung, wonach Kontakte zur elektrisch leitenden Verbindung des Kompensationsdrahts mit der Schaltung des Hitzdrahtsensors gegenüber zumindest einem Kontakt zur elektrisch leitenden Verbindung des Messdrahts mit der Schaltung des Hitzdrahtsensors als voreilende Kontakte ausgeführt sind, umfasst und soll umfassen, dass sich die voreilenden Kontakte auf der Seite des Hitzdrahtmoduls oder auf der Seite der restlichen Schaltung des Hitzdrahtsensors befinden können. Dies ist auch bei der weiteren Beschreibung des Hitzdrahtmoduls stets mitzulesen und soll mit diesem Hinweis auch ausdrücklich als von der vorgelegten Beschreibung umfasst gelten.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin und sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
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Bei einer Ausführungsform des Hitzdrahtmoduls ist vorgesehen, dass die beiden Kontakte des zweiten Kontaktpaars gegenüber beiden Kontakten des ersten Kontaktpaars als voreilende Kontakte ausgeführt sind. Dies ist eine Besonderheit gegenüber der allgemeinen Ausführungsform des Hitzdrahtmoduls, bei der die beiden Kontakte des zweiten Kontaktpaars gegenüber einem der beiden Kontakte des ersten Kontaktpaars als voreilende Kontakte ausgeführt sind. Auch diese Ausführungsform stellt sicher, dass der Kompensationsdraht bei jedem Anschluss (Steckvorgang) des Hitzdrahtmoduls an die restliche Schaltung des Hitzdrahtsensors zeitlich vor dem Messdraht elektrisch kontaktiert wird, so dass sich kein Stromfluss durch den Messdraht ergeben kann, bevor der Kompensationsdraht elektrisch kontaktiert ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des Hitzdrahtmoduls ist vorgesehen, dass die Kontakte des ersten Kontaktpaars (zur Kontaktierung des Messdrahts) und die Kontakte des zweiten Kontaktpaars (zur Kontaktierung des Kompensationsdrahts) als Stifte ausgeführt sind, so dass sich jeweils Stiftpaare ergeben, und dass die Kontakte des zweiten Kontaktpaars gegenüber zumindest einem der Kontakte des ersten Kontaktpaars oder gegenüber beiden Kontakten des ersten Kontaktpaars als voreilende Kontakte ausgeführt sind, indem zumindest einer der Stifte des ersten Kontaktpaars oder beide Stifte des ersten Kontaktpaars kürzer als die Stifte des zweiten Kontaktpaars ausgebildet ist bzw. sind. Anstelle von Stiften sind selbstverständlich auch andere Kontaktelemente möglich, zum Beispiel Kontaktzungen oder Leiterbahnen auf Leiterplatten.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des Hitzdrahtmoduls ist vorgesehen, dass dieses Mittel zur axialen Führung und/oder Justierung des Hitzdrahtmoduls beim Verbinden mit der Schaltung des Hitzdrahtsensors aufweist. Als axiale Richtung wird dabei die Richtung des Steckvorgangs beim Verbinden des Hitzdrahtmoduls mit der Schaltung des Hitzdrahtsensors verstanden. Üblicherweise fällt die Richtung des Steckvorgangs mit der Ausrichtung von Kontakten in Form von Stiften, Zungen oder dergleichen zusammen. Mittels solcher Justiermittel wird eine definierte Lage des Hitzdrahtmoduls während des Steckvorgangs gewährleistet. Dies stellt sicher, dass auch eine Schrägstellung des Hitzdrahtmoduls nicht zu einer frühzeitigen elektrischen Kontaktierung und Bestromung des Messdrahts führen kann. Solche Mittel können als Feder-Nut-Verbindung ausgeführt sein, wie dies zum Beispiel von Steckdosen und den zugehörigen Anschlusssteckern elektrischer Geräte bekannt ist. Auch die Kontakte des Hitzdrahtmoduls oder einzelne Kontakte oder einer der Kontakte des Hitzdrahtmoduls können als derartige Justiermittel fungieren, wie dies zum Beispiel bei einem sogenannten Eurostecker der Fall ist.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand führen.
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Es zeigen
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1 eine Schaltung eines Hitzdrahtsensors mit davon umfassten Hitzedrähten, nämlich einem Messdraht und einem Kompensationsdraht,
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2 ein an die Schaltung des Hitzdrahtsensors anschließbares Hitzdrahtmodul, welches den Messdraht und den Kompensationsdraht sowie voreilende Kontakte für die Kontaktierung des Kompensationsdrahts zeitlich vor der Kontaktierung des Messdrahts umfasst,
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3 die Schaltung gemäß 1 mit in Buchsen eingeführten Steckern eines Hitzdrahtmoduls gemäß 2, wobei aufgrund der vom Hitzdrahtmodul umfassten voreilenden Kontakte für die Kontaktierung des Kompensationsdrahts eine elektrisch leitende Kontaktierung des Kompensationsdrahts zeitlich vor der Kontaktierung des Messdrahts sichergestellt ist,
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4 Seitenansichten der Buchsen der Schaltung des Hitzdrahtsensors gemäß 1 und 3 und darüber ein Hitzdrahtmodul gemäß 2 mit dessen zum Einführen in die Buchsen bestimmten Steckern, wobei einzelne Stecker als voreilende Kontakte ausgeführt sind, so dass sich eine elektrisch leitende Kontaktierung des Kompensationsdrahts zeitlich vor der Kontaktierung des Messdrahts ergibt,
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5 eine Ausführungsform des Hitzdrahtmoduls und eines für dessen Anschluss vorgesehenen Anschlusselements mit Mitteln zur axialen Justierung des Hitzdrahtmoduls.
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Die Darstellung in 1 zeigt in schematisch vereinfachter Weise eine Schaltung eines Hitzdrahtsensors 10. Die Darstellung in 2 zeigt in ebenfalls schematisch vereinfachter Weise zur Veranschaulichung einer Anwendungssituation des Hitzdrahtsensors 10 ein in ein als Venturi-Rohr 12 fungierendes Rohr eines selbst nicht gezeigten Anästhesie- oder Beatmungsgeräts eingebautes Hitzdrahtmodul 14 eines Hitzdrahtsensors 10. Das Venturi-Rohr 12 ist in der Darstellung in 2 entlang seiner Mittellängsachse geschnitten gezeigt.
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Gemäß 1 umfasst die Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 eine im Folgenden kurz als Messbrücke bezeichnete, grundsätzlich an sich bekannte Wheatstone-Brücke (Wheatstone-Widerstands-Messbrücke) mit vier Brückenzweigen 16, 17, 18, 19, nämlich zwei zur Unterscheidung als obere Brückenzweige 16, 17 (erster oberer Brückenzweig 16, zweiter oberer Brückenzweig 17) bezeichneten Brückenzweigen und zwei entsprechend als untere Brückenzweige 18, 19 (erster unterer Brückenzweig 18, zweiter unterer Brückenzweig 19) bezeichneten Brückenzweigen. Jeweils ein oberer Brückenzweig 16, 17 und ein unterer Brückenzweig 18, 19 sind in Reihe geschaltet (Spannungsteiler). Die beiden Spannungsteiler (Brückenzweig 16 zusammen mit Brückenzweig 18 einerseits sowie Brückenzweig 17 zusammen mit Brückenzweig 19 andererseits) liegen parallel zueinander. Im sogenannten abgeglichenen Zustand der Messbrücke ergibt sich bekanntlich keine Potentialdifferenz zwischen den Mittelabgriffen 22, 24 der beiden Spannungsteiler.
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Der Hitzdrahtsensor 10 fungiert zum Beispiel als Messinstrument zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit einer bewegten Gasmenge, zum Beispiel einer durch das Venturi-Rohr 12 strömenden Gasmenge, und diese Anwendung steht hier im Vordergrund. Bei einer Verwendung eines Hitzdrahtsensors 10 als Sensorik im Zusammenhang mit einer Steuerung und/oder Überwachung einer Beatmung eines Patienten mittels eines Anästhesie- oder Beatmungsgeräts wird als bewegte Gasmenge die eingeatmete und/oder ausgeatmete Atemluft betrachtet und entsprechend mittels des Hitzdrahtsensors 10 die Strömungsgeschwindigkeit der am Hitzdrahtsensor 10 vorbeiströmenden Atemluft ermittelt. Mit der Strömungsgeschwindigkeit und der jeweils bekannten Geometrie des Luftwegs, in welchem der Hitzdrahtsensor 10 angeordnet ist, lässt sich das eingeatmete und ausgeatmete Luftvolumen ermitteln. Wenn im Folgenden von Gas oder einem strömenden Gasvolumen gesprochen wird, ist demgemäß Luft oder Atemluft als Sonderform von grundsätzlich beliebigem Gas stets mitzulesen.
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Zur Funktion als Hitzdrahtsensor (thermoelektrisches Anemometer) 10 umfasst die Messbrücke einerseits einen Messdraht 26 und andererseits einen Kompensationsdraht 28 in Form von sehr dünnen („hauchfeinen”; zum Beispiel mit einem Durchmesser von 10 μm bis 15 μm) Drähten aus einem Metall mit einer hohen Leitfähigkeit, also zum Beispiel Platin.
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In der Darstellung in 2 ist erkennbar, dass bei einem in ein Venturi-Rohr 12 eingesetzten Hitzdrahtsensor 10 der Messdraht 26 quer oder im Wesentlichen quer zur Längsachse des Venturi-Rohrs 12 und der Kompensationsdraht 28 parallel oder im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Venturi-Rohrs 12 ausgerichtet sind. Anordnungen des Kompensationsdrahtes, beispielsweise in einem Winkel in einem Bereich von 20° bis 60° zur Längsachse des Venturi-Rohrs 12 sind in praktischen Ausgestaltungen der Anemometrie mit Hitzdrahtsensoren 10 möglich. Bei der gezeigten Ausführungsform bildet der Messdraht 26 den ersten oberen Brückenzweig 16 und der Kompensationsdraht 28 den zweiten oberen Brückenzweig 17. Beide Drähte 26, 28 werden im Folgenden einzeln oder zusammen auch als Hitzedrähte 26, 28 bezeichnet. Der erste obere Brückenzweig 16 mit dem Messdraht 26 bildet zusammen mit dem anschließenden unteren Brückenzweig 18 einen Messzweig der Messbrücke. Entsprechend bildet der zweite obere Brückenzweig 17 mit dem Kompensationsdraht 28 zusammen mit dem anschließenden unteren Brückenzweig 19 einen Kompensationszweig der Messbrücke.
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Im Messbetrieb wird der Messdraht 26 mit einem Strom gespeist, welcher ca. fünffach größer ist als der Strom durch den Kompensationsdraht 28. Dies resultiert aus einer geeigneten Wahl der Widerstandswerte eines Messwiderstands 30 im zum Messdraht 26 führenden Brückenzweig 18, eines Bezugswiderstands 32 im zum Kompensationsdraht 28 führenden Brückenzweig 19 sowie eines zum Beispiel als verstellbarer Widerstand (Potentiometer) oder in Form eines multiplizierenden D/A-Wandlers ausgeführten Abgleichwiderstands 34, welcher parallel zum Messdraht 26 geschaltet ist. Damit ergeben sich beim Betrieb des Hitzdrahtsensors 10 und bei einer Umgebungstemperatur von ca. 20° Temperaturen in der Größenordnung von 130° am Messdraht 26 sowie in der Größenordnung von 30° am Kompensationsdraht 28. Durch eine geeignete Einstellung des Abgleichwiderstands 34 wird der abgeglichene Zustand (Gleichgewichtszustand) der Messbrücke hergestellt.
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Wenn während des Messbetriebs durch vorbeiströmendes Gas, zum Beispiel Atemluft, Wärmeenergie vom Messdraht 26 abgeführt wird, wird ein bisheriger Gleichgewichtszustand der Messbrücke gestört. Dann sinkt mit der sinkenden Temperatur auch der elektrische Widerstand des Messdrahts 26. Dies wird zur Wiederherstellung des Gleichgewichts durch die Schaltung mittels einer erhöhten Stromeinspeisung in den Messdraht 26 ausgeglichen.
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Die Stromeinspeisung/Stromnachführung erfolgt mittels einer Kombination aus einer Operationsverstärkerschaltung 36 sowie einem damit ansteuerbaren Schaltelement 38 derart, dass eine aufgrund einer Temperaturdifferenz resultierende Widerstandsdifferenz zwischen beiden Hitzedrähten 26, 28 (Messdraht 26, Kompensationsdraht 28) und eine damit einhergehende Potentialdifferenz zwischen den Mittelabgriffen 22, 24 der beiden Spannungsteiler konstant gehalten wird. Die Operationsverstärkerschaltung 36 ist optional in Form genau eines Operationsverstärkers ausgeführt. Als Schaltelement 38 kommt ein elektronisch ansteuerbarer Schalter in Betracht, insbesondere ein elektronisch ansteuerbarer Schalter in Form eines Bipolar- oder Feldeffekttransistors oder dergleichen. Die Operationsverstärkerschaltung 36 ist mittelbar an die beiden Mittelabgriffe 22, 24 angeschlossen und vergleicht damit die dort anstehenden Potentiale P1 und P2. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Operationsverstärkerschaltung 36 einerseits über den parallel zum Messdraht 26 geschalteten Abgleichwiderstand 34 an den Mittelabgriff 22 am Messdraht 26 und andererseits über ein Widerstandsnetzwerk 40, 42 an den Mittelabgriff 24 am Kompensationsdraht 28 angeschlossen. Im Falle einer mittels der Operationsverstärkerschaltung 36 detektierten Potentialdifferenz wird über den Ausgang der Operationsverstärkerschaltung 36 das Schaltelement 38 angesteuert und damit die Verbindung zur anliegenden Betriebsspannung UB hergestellt, so dass Strom in die Messbrücke fließt, sich entsprechend der Widerstandswerte auf die „rechten” Brückenzweige 16, 18 und „linken” Brückenzweige 17, 19 aufteilt und so zu einer Erhöhung der Temperatur des zuvor abgekühlten Messdrahts 26 führt. Der dabei über den Messdraht 26 fließende Strom stellt ein Maß für die Gasmenge dar, welche am Messdraht 26 vorbeigeströmt ist. Zur messtechnischen Erfassung wird zum Beispiel die aufgrund des Stromflusses über dem Messwiderstand 30 abfallende Spannung betrachtet. Der Messwiderstand 30 fungiert bei der gezeigten Ausführungsform als serieller Messshunt und es handelt sich bevorzugt um einen Präzisionswiderstand, zum Beispiel um einen Präzisionswiderstand mit einer Widerstandstoleranz im Bereich von 0,1% bis 0,5%. Die über dem Messwiderstand 30 abfallende Spannung ist an einem Messspannungsanschluss 44 als Messspannung UM abgreifbar. Der Kompensationsdraht 28 dient gleichsam als Widerstandsmessfühler dazu, Änderungen der Gastemperatur im laufenden Betrieb des Hitzdrahtsensors 10 zu kompensieren. Ohne eine Schutzschaltung gegen eine Überbestromung der Hitzedrähte 26, 28 kann sich eine Situation ergeben, bei welcher der Messdraht 26 zeitlich vor dem Kompensationsdraht 28 von Strom durchflossen wird. In einer solchen Situation fließt der Strom durch den Messdraht 26 nicht auf Basis des durch die Konfiguration der Brückenschaltung eingestellten Verhältnisses (zum Beispiel 5:1; siehe oben). Vielmehr fließt für eine gewisse Zeitspanne ein maximaler Strom durch den Messdraht 26, wie er sich ansonsten zum Beispiel bei maximaler Abkühlung des Messdrahts 26, d. h. bei maximaler Strömungsmenge (> 150 l/min), beim Messbetrieb ergeben würde. Dieser maximale Strom fließt solange, bis auch der Kompensationsdraht 28 von Strom durchflossen wird und sich der Stromfluss in der Brückenschaltung auf beide Hitzedrähte 26, 28 aufteilt und sich im Übrigen aus der am Eingang der Operationsverstärkerschaltung 36 anliegenden Potentialdifferenz ergibt.
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Eine solche Bestromung des Messdrahts 26 zeitlich vor dem Kompensationsdraht 28 hat zur Folge, dass der Messdraht 26 während dieser Zeit deutlich oberhalb einer eigentlich vorgesehenen Betriebstemperatur von < 180°C betrieben wird. Der Messdraht 26 kann sich dabei bis auf 300°C und mehr erwärmen. Diese unbeabsichtigt hohe Erwärmung kann sich auf die Form des Messdrahts 26 und dessen Materialzustand auswirken. Daraus ergeben sich mögliche Folgeprobleme, wie zum Beispiel eine Alterung des verwendeten Leitermaterials, zum Beispiel Platin, und/oder Veränderungen der Widerstands-/Temperatur-Charakteristik des verwendeten Leitermaterials. Dies wiederum kann zu einer reduzierten Lebensdauer des Messdrahts 26 und damit des Hitzdrahtsensors 10 insgesamt führen. Unabhängig davon können Veränderungen der Widerstands-/Temperatur-Charakteristik dazu führen, dass eine bei der Auswertung der Messspannung UM zugrunde gelegte und in dem jeweiligen Gerät, welches den Hitzdrahtsensor 10 als Sensorik verwendet, hinterlegte Durchfluss-Kennlinie nicht mehr mit der gebotenen Genauigkeit anwendbar ist, so dass aufgrund der Messspannung UM ermittelte Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Gasvolumina fehlerbehaftet sind.
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Auch während des normalen Messbetriebes resultiert eine Alterung des Messdrahts 26 oder des Messdrahts 26 und des Kompensationsdrahts 28, so dass die Hitzedrähte 26, 28 als Verschleißteile einen regelmäßigen Austausch erfordern, während die übrige Schaltung, insbesondere eine Schaltung der in 1 gezeigten Art, üblicherweise über einen langen Zeitraum benutzt werden kann. Zum leichten Austausch der Hitzedrähte 26, 28 werden diese in Form eines mit einer Schaltung gemäß 1 elektrisch leitend verbindbaren Moduls 14 (Hitzdrahtmodul 14; 2) zusammengefasst. Das Hitzdrahtmodul 14 umfasst in Form einzelner stiftförmiger Steckkontakte (Stecker) ein erstes Kontaktpaar 52, 54 und ein zweites Kontaktpaar 56, 58, so dass sich insgesamt ein vierpoliger Anschluss und ein vierpoliges Modul ergibt. Das erste Kontaktpaar 52, 54 ist dem vom Hitzdrahtmodul 14 umfassten Messdraht 26 zugeordnet. Das zweite Kontaktpaar 56, 58 ist dem ebenfalls von dem Hitzdrahtmodul 14 umfassten Kompensationsdraht 28 zugeordnet.
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Die Darstellung in 1 zeigt bereits Stecker S und Buchsen B, wobei jeder Stecker S zu einem der beiden Kontaktpaare 52, 54; 56, 58 des Hitzdrahtmoduls 14 gehört und jede Buchse B die Einführung eines Steckers S – also jeweils eines Kontakts 52–58 der beiden Kontaktpaare 52, 54; 56, 58 – erlaubt. Die geometrische Anordnung der Buchsen B des Hitzdrahtsensors 10 und der Stecker S des Hitzdrahtmoduls 14 ist dabei so gewählt, dass das Hitzdrahtmodul 14 nur bestimmungsgemäß – also nur in genau einer Orientierung/Steckposition – mit der restlichen Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 elektrisch leitend verbindbar ist. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass sich die Erwähnung von Steckern auf der Seite des Hitzdrahtmoduls 14 und Buchsen B auf der Seite der restlichen Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 nur auf die gezeigte Ausführungsform bezieht und keinesfalls einschränkend auszulegen ist. Genauso kann das Hitzdrahtmodul 14 Buchsen B zur Aufnahme von Steckkontakten und die restliche Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 entsprechende Stecker S zur Einführung in die Buchsen B des Hitzdrahtmoduls 14 aufweisen. Ebenso sind Mischkonfigurationen denkbar, derart, dass das Hitzdrahtmodul 14 sowohl Stecker S wie auch Buchsen B und die restliche Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 entsprechende Buchsen B bzw. Stecker S aufweist. Zur Vermeidung der oben erwähnten ungünstigen frühzeitigen Bestromung des Messdrahts 26 sind voreilende Kontakte 56, 58 für die Kontaktierung des Kompensationsdrahts 28 vorgesehen, insbesondere voreilende Kontakte auf der Seite des Hitzdrahtmoduls 14 oder auf der Seite der restlichen Schaltung des Hitzdrahtsensors 10.
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Bei der Darstellung in 2 sind die voreilenden Kontakte 56, 58 in Form von im Vergleich zu den Kontakten 52, 54 des Messdrahts 26 längeren Kontaktstiften (Steckern S) gezeigt. Aufgrund der im Vergleich zu den Kontakten 52, 54 größeren Länge kommen die voreilenden Kontakte 56, 58 des Kompensationsdrahts 28 beim Anschluss des Hitzdrahtmoduls 14 an die restliche Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 vor den Kontakten 52, 54 des Messdrahts 26 mit den jeweils zur Aufnahme der Stecker S vorgesehenen Buchsen B in elektrisch leitenden Kontakt. Voreilende Kontakte sind grundsätzlich an sich bekannt. Bei einer von der vorliegenden Erfindung ausgehenden Recherche hat sich zum Beispiel ergeben, dass ein sogenannter USB-Stecker voreilende Kontakte umfasst. Voreilende Kontakte 56, 58 für die Kontaktierung des Kompensationsdrahts 28 gewährleisten, dass die elektrisch leitende Verbindung des Kompensationsdrahts 28 mit der restlichen Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 zeitlich vor der elektrisch leitenden Verbindung des Messdrahts 26 mit der Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 erfolgt. Die damit sichergestellte Bestromung des Messdrahts 26 zeitlich nach der Bestromung des Kompensationsdrahts 28 gewährleistet, dass die ansonsten mögliche Überhitzung des Messdrahts 26 sicher vermieden wird. Es wird erreicht, dass der Vorgang des Anschlusses des Hitzdrahtmoduls 14 an die restliche Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 – und damit die elektrisch leitende Kontaktierung des Messdrahts 26 und des Kompensationsdrahts 28 – derart reproduzierbar ist, dass jede Herstellung der Verbindung wiederholbar definierte und für die Verbesserung der Lebensdauer der Hitzedrähte 26, 28 zuträgliche Betriebszustände hervorruft.
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Bei der gezeigten Ausführungsform sind die voreilenden Kontakte 56, 58 für die Kontaktierung des Kompensationsdrahts 28 in der Form ausgeführt, dass eine Länge (Einstecktiefe) aller Buchsen B gleich ist und die wirksame Länge der zur Kontaktierung des Kompensationsdrahts 28 bestimmten Stecker S (zweites Kontaktpaar 56, 58) größer ist als die wirksame Länge der zur Kontaktierung des Messdrahts 26 bestimmten Stecker S (erstes Kontaktpaar 52, 54). Als wirksame Länge eines Steckers S wird dabei diejenige Länge des Steckers S verstanden, die beim Kontaktieren einer Buchse B in die jeweilige Buchse B einführbar ist.
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Die Darstellung in 3 zeigt im Wesentlichen eine Wiederholung der Darstellung gemäß 1. Zur Veranschaulichung der Wirkung der voreilenden Kontakte des Hitzdrahtmoduls 14 sind dessen Stecker S (erstes Kontaktpaar 52, 54; zweites Kontaktpaar 56, 58) mit schematisch vereinfachten unterschiedlichen Längen gezeigt. Die Längen derjenigen Stecker S, die das zweite Kontaktpaar 56, 58 zur elektrisch leitenden Kontaktierung des Kompensationsdrahts 28 bilden, sind länger ausgeführt und entsprechend auch länger gezeigt, als die Stecker S, die das erste Kontaktpaar 52, 54 zur elektrisch leitenden Kontaktierung des Messdrahts 26 bilden. Die Darstellung soll verdeutlichen, dass beim Anschluss eines Hitzdrahtmoduls 14 an die restliche Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 die Stecker S des zweiten Kontaktpaars 56, 58 bereits in elektrisch leitendem Kontakt mit den jeweiligen Buchsen B sind, bevor die Stecker S des ersten Kontaktpaars 52, 54 in elektrisch leitenden Kontakt mit den zu deren Aufnahme bestimmten Buchsen B kommen.
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Die Darstellung in 4 zeigt denselben Sachverhalt in einer schematisch vereinfachten Seitenansicht, die Situation der im Wesentlichen rechtwinkligen Anordnung von Messdraht 26 und Kompensationsdraht 28 entspricht dabei der in der 2 gezeigten Anordnung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird dies in der vereinfachten Seitenansicht dieser 4 nicht, wie beispielsweise in Form einer perspektivischen Darstellung möglich, gezeigt. Im unteren Bereich der Darstellung sind die Buchsen B der Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 und im oberen Bereich die Stecker S des Hitzdrahtmoduls 14 gezeigt, nämlich die beiden das erste Kontaktpaar 52, 54 bildenden „kürzeren” Stecker S und die im Vergleich dazu „längeren” Stecker S des zweiten Kontaktpaars 56, 58. Die Buchsen B sind in einem Anschluss- oder Buchsenelement 60 zusammengefasst und von den Buchsen B führen über ein von dem Anschlusselement 60 ausgehendes Anschlusskabel elektrisch leitende Verbindungen zur restlichen Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 (siehe 1, 3).
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Auch in der schematisch vereinfachten Darstellung in 4 ist erkennbar, dass die als voreilende Kontakte 56, 58 fungierenden Stecker S des zweiten Kontaktpaars 56, 58 bei einer Bewegung des Hitzdrahtmoduls 14 in Richtung der Längserstreckung der Stecker S oder beim entsprechenden Bewegen des Anschlusselements 60 – also beim Verbinden des Hitzdrahtmoduls 14 mit dem Anschlusselement 60 – eher mit den zu deren Aufnahme bestimmten Buchsen B in Kontakt kommen, als dies für die Stecker S des ersten Kontaktpaars 52, 54 und die zu deren Aufnahme bestimmten Buchsen B der Fall ist.
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Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsformen sind die Stecker S (Stifte) der Kontakte 52, 54; 56, 58 jeweils paarweise (Stecker-Stiftpaar 52, 54; Stecker-Stiftpaar 56, 58) jeweils gleich lang. Dies stellt keine Notwendigkeit dar. Zum Beispiel kann einer der Stecker eines Steckerpaares 52, 54; 56, 58 länger oder länger und dicker als alle anderen Stecker 52–58 sein und als Mittel zur axialen Justierung/Führung des Hitzdrahtmoduls 14 beim Verbinden mit der Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 fungieren.
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Eine alternative oder zusätzliche Ausführungsform von Mitteln zur axialen Justierung/Führung des Hitzdrahtmoduls 14 beim Verbinden mit der Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 zeigt die Darstellung in 5. Dort ist gezeigt, dass das Hitzdrahtmodul 14 einen die Kontakte 52–58 umgebenden, hohlzylindrischen Kragen 64 aufweist und sich auf einer inneren Mantelfläche des Kragens 64 zumindest ein in Richtung der Längsachse des hohlzylindrischen Kragens 64 orientierter Vorsprung 66 erhebt. Passend dazu ist das Anschlusselement 62 zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgeführt und weist in seiner Mantelfläche zumindest eine in Richtung der Längsachse des zylindrischen Abschnitts des Anschlusselements 62 und parallel zu den Kontakten 52–58 orientierte Ausnehmung 68 auf. Der oder jeder Vorsprung 66 im Innern des Kragens 64 des Hitzdrahtmoduls 14 und die oder jede Ausnehmung 68 in der Mantelfläche des Anschlusselements 60 sind korrespondierend ausgeführt, derart, dass die oder jede Ausnehmung 68 jeweils einen Vorsprung 66 formschlüssig aufnimmt. Der Vorsprung 66 und die Ausnehmung 68 oder jeweils ein Vorsprung 66 und eine den Vorsprung aufnehmende Ausnehmung 68 fungieren ebenfalls als Mittel zur axialen Justierung/Führung des Hitzdrahtmoduls 14 beim Verbinden mit der restlichen Schaltung des Hitzdrahtsensors 10. Mittels der axialen Justierung wird gewährleistet, dass sich das Hitzdrahtmodul 14 beim Verbinden mit der restlichen Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 nicht „verkanten” lässt und auf diese Weise die Funktion der voreilenden Kontakte 56, 58 zum Schutz des Messdrahts 26 unterlaufen wird. Bei einer speziellen Ausführungsform kommen – wie dargestellt – die Mittel der axialen Justierung, also zum Beispiel der oder jeder Vorsprung 66 und die oder jede jeweilige Ausnehmung 68, zeitlich vor den Steckern S und den Buchsen B miteinander in Kontakt, so dass die axiale Justierung auf jeden Fall gewährleistet ist, bevor sich ein elektrisch leitender Kontakt ergibt. Bei der gezeigten Ausführungsform ist dies realisiert, indem eine Tiefe des durch den Kragen 64 definierten Raums mit den sich darin befindlichen, parallel zueinander ausgerichteten Kontakten 52–58 (Steckern S) größer als die größte Länge der Kontakte 52–58 ist, wobei der oder jeder Vorsprung 66 auf der Innenoberfläche des Kragens 64 zumindest weiter „nach unten” reicht als die Kontakte 52–58, also zum Beispiel bis zum Rand des Kragens 64. Der oder jeder Vorsprung 66 und die oder jede zu dessen bzw. deren formschlüssiger Aufnahme bestimmte Ausnehmung 68 erfüllen eine Doppelfunktion. Zum einen ergibt sich die Funktion als Mittel zur axialen Justierung des Hitzdrahtmoduls 14. Zum anderen ergibt sich eine zusätzliche oder alternative Möglichkeit für eine Kodierung, welche gewährleistet, dass das Hitzdrahtmodul 14 nur bestimmungsgemäß – also nur in genau einer Orientierung/Steckposition – mit der restlichen Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 elektrisch leitend verbindbar ist.
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Der Schwerpunkt der hier vorgeschlagenen Neuerung lässt sich abschließend kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden ein medizinisches Gerät, zum Beispiel ein Anästhesie- oder Beatmungsgerät, mit einem Hitzdrahtsensor 10, ein Hitzdrahtsensor 10 und ein Hitzdrahtmodul 14 für einen Hitzdrahtsensor 10. Mit dem Hitzdrahtsensor 10 ist ein erster und ein zweiter Hitzdraht 26, 28, nämlich ein Messdraht 26 und ein Kompensationsdraht 28, elektrisch leitend verbindbar, zum Beispiel in Form eines den Messdraht 26 und den Kompensationsdraht 28 umfassenden Hitzdrahtmoduls 14. Dem Messdraht 26 ist zu dessen Kontaktierung ein erstes Kontaktpaar 52, 54 zugeordnet. Dem Kompensationsdraht 28 ist zu dessen Kontaktierung ein zweites Kontaktpaar 56, 58 zugeordnet. Die Kontakte des zweiten Kontaktpaars 56, 58 zur elektrischen Kontaktierung des Kompensationsdrahts 28 sind gegenüber zumindest einem der Kontakte des ersten Kontaktpaars 52, 54 zur elektrischen Kontaktierung des Messdrahts 26 als voreilende Kontakte ausgeführt. Indem mittels der voreilenden Kontakte sichergestellt ist, dass der Messdraht 26 niemals vor dem Kompensationsdraht 28 bestromt wird und vielmehr in jedem Fall beim Anschluss der Hitzedrähte 26, 28 an die restliche Schaltung des Hitzdrahtsensors 10 sichergestellt ist, dass der Kompensationsdraht 28 vor dem Messdraht 26 bestromt wird, ist gewährleistet, dass der Messdraht 26 beim Anschluss nicht beschädigt oder zerstört wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hitzdrahtsensor
- 12
- Venturi-Rohr
- 14
- Hitzdrahtmodul
- 16
- (erster oberer) Brückenzweig
- 17
- (zweiter oberer) Brückenzweig
- 18
- (erster unterer) Brückenzweig
- 19
- (zweiter unterer) Brückenzweig
- 22, 24
- Mittelabgriff
- 26
- Messdraht
- 28
- Kompensationsdraht
- 30
- Messwiderstand
- 32
- Bezugswiderstand
- 34
- Abgleichwiderstand
- 36
- Operationsverstärkerschaltung
- 38
- Schaltelement
- 40, 42
- Widerstandsnetzwerk
- 44
- Messspannungsanschluss
- 52
- Kontakt (des ersten Kontaktpaars)
- 54
- Kontakt (des ersten Kontaktpaars)
- 56
- Kontakt (des zweiten Kontaktpaars)
- 58
- Kontakt (des zweiten Kontaktpaars)
- 60
- Anschluss-/Buchsenelement
- 64
- Kragen
- 66
- Vorsprung am Kragen (axiales Justierungs-Mittel)
- 68
- Ausnehmung (Aufnahme des axialen Justierungs-Mittels)
- UB
- Betriebsspannung
- UM
- Messspannung
- P1, P2
- Potential
- B
- Buchse
- S
- Stecker
