DE102022128606A1

DE102022128606A1 - Kontrollsystem für eine Befeuchtungseinheit und Verfahren zur Erzeugung einer Kontrollausgabe

Info

Publication number: DE102022128606A1
Application number: DE102022128606.1A
Authority: DE
Inventors: Tilman von BLUMENTHAL
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2022-10-28
Filing date: 2022-10-28
Publication date: 2024-05-08
Also published as: CN117942478A; US20240139447A1

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Kontrollsystem für eine Befeuchtungseinheit, welche eingerichtet ist, einen Atemgasstrom derart zu befeuchten, dass ein vorbestimmter Wassergehalt erreicht wird, bereitgestellt. Das Kontrollsystem weist ein thermisches Anemometer auf, welches stromabwärts von der Befeuchtungseinheit angeordnet ist, und weist ferner eine Prozessoreinheit auf. Die Prozessoreinheit ist eingerichtet ein Messsignal des thermischen Anemometers zu empfangen und daraus eine stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit zu bestimmen, eine Information über eine mit dem vorbestimmten Wassergehalt korrespondierende erwartete Fluidgeschwindigkeit zu empfangen, einen Vergleich durchzuführen, ob eine Abweichung zwischen der stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit und der erwarteten Fluidgeschwindigkeit vorliegt, und eine Kontrollausgabe zu erzeugen, die ein Vergleichsergebnis indiziert. Ferner wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Kontrollausgabe mit einem erfindungsgemäßen Kontrollsystem offenbart.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontrollsystem für eine Befeuchtungseinheit, welche eingerichtet ist, einen Atemgasstrom derart zu befeuchten, dass ein vorbestimmter Wassergehalt erreicht wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erzeugung einer Kontrollausgabe mit dem Kontrollsystem.
Befeuchtungseinheiten, welche eingerichtet sind, einen Atemgasstrom derart zu befeuchten, dass ein vorbestimmter Wassergehalt erreicht wird, finden Verwendung in medizinischen Geräten, wie in Beatmungsgeräten und in Anästhesiegeräten. Ein Beispiel für eine derartige Befeuchtungseinheit ist ein Verdunster.
Findet eine Befeuchtung des Atemgasstromes nicht auf den vorbestimmten Wassergehalt statt, sondern beispielsweise auf einen zu geringen Wassergehalt, so kann es zu einer Schädigung eines beatmeten Patienten kommen. Wird der Wassergehalt über den vorbestimmten Wassergehalt hinaus erhöht, kann es beispielsweise zu einer Kondensatbildung kommen, welche unerwünscht ist.
Es besteht daher der Bedarf, eine Befeuchtung auf einen vorbestimmten Wassergehalt zuverlässig und auf einfache Weise überprüfen zu können. Es besteht ferner der Bedarf einer raschen Überprüfung.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Kontrollsystem für eine Befeuchtungseinheit und ein Verfahren zur Erzeugung einer Kontrollausgabe mit dem Kontrollsystem bereitzustellen, womit eine Befeuchtung auf den vorbestimmten Wassergehalt zuverlässig, schnell und auf einfache Weise überprüfbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Kontrollsystem gemäß Anspruch 1 sowie durch das korrespondierende Verfahren gemäß Anspruch 8.
Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen bereit.
Erfindungsgemäß wird ein Kontrollsystem für eine Befeuchtungseinheit, welche eingerichtet ist, einen Atemgasstrom derart zu befeuchten, dass ein vorbestimmter Wassergehalt erreicht wird, bereitgestellt.
Das Kontrollsystem weist ein thermisches Anemometer auf, welches stromabwärts von der Befeuchtungseinheit angeordnet ist. Das Kontrollsystem weist ferner eine Prozessoreinheit auf. Die Prozessoreinheit ist eingerichtet: ein Messsignal des thermischen Anemometers zu empfangen und daraus eine stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit zu bestimmen, eine Information über eine mit dem vorbestimmten Wassergehalt korrespondierende erwartete Fluidgeschwindigkeit zu empfangen, einen Vergleich durchzuführen, ob eine Abweichung zwischen der stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit und der erwarteten Fluidgeschwindigkeit vorliegt, und eine Kontrollausgabe zu erzeugen, die ein Vergleichsergebnis indiziert.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit besonders vorteilhaft mit einem thermischen Anemometer (im Folgenden auch lediglich als „Anemometer“ bezeichnet) bestimmt werden kann, da dieses aufgrund seiner geringen thermischen Trägheit auch auf sich dynamisch ändernde Messbedingungen hinreichend schnell reagieren kann, d.h. bspw. mit einer Sprungantwort-Zeit t90 von kleiner 20 ms.
Durch den Vergleich der anhand des Anemometers bestimmbaren stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit mit der beim Befeuchten auf den vorbestimmten Wassergehalt erwarteten Fluidgeschwindigkeit ist überprüfbar, ob der vorbestimmte Wassergehalt erreicht wurde oder nicht. Auf Basis dieses Vergleichs kann dann eine das Vergleichsergebnis indizierende Kontrollausgabe erzeugt werden.
Der erfindungsgemäße Vergleich zwischen der stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit und der erwarteten Fluidgeschwindigkeit erlaubt somit eine qualitative Aussage, ob eine Abweichung vorliegt und erlaubt folglich eine Kontrolle, ob die Befeuchtungseinheit ordnungsgemäß funktioniert oder nicht.
Da hierzu das besonders rasche Messverhalten des technisch einfach aufgebauten Anemometers genutzt werden kann, kann die Kontrollausgabe verglichen beispielsweise mit einem Hygrometer schnell und auf einfache Weise erzeugt werden.
Die das Vergleichsergebnis indizierende Kontrollausgabe (bspw. Abweichung liegt vor oder liegt nicht vor) kann wahlweise ausgegeben oder anderweitig verarbeitet werden.
Beispielsweise kann die Kontrollausgabe im Rahmen einer Steuerung oder Regelung der Befeuchtungseinheit oder eines medizinischen Gerätes, mit welchem die Befeuchtungseinheit wechselwirkt, verarbeitet werden, um beispielsweise eine Heizleistung und/oder Wasserdosierung der Befeuchtungseinheit entsprechend zu beeinflussen.
Der vorbestimmte Wassergehalt kann erfindungsgemäß beispielsweise als absolute Luftfeuchtigkeit vorgegeben werden. Beispielsweise kann der vorbestimmte Wassergehalt auch als spezifische Luftfeuchtigkeit oder als relative Luftfeuchtigkeit vorgegeben werden.
Unter einem Atemgasstrom wird erfindungsgemäß eine Strömung eines Atemgases verstanden, d.h. eines für den Menschen atembaren Gases, welches beispielsweise Atemluft als Bestandteil aufweisen kann und weitere Bestandteile, wie einen zusätzlichen Sauerstoffanteil und/oder ein Narkosemittel umfassen kann. Umfasst sind auch Atemgases, die reinen Sauerstoff umfassen, wie dies bei bestimmten medizinischen Manövern erforderlich sein kann.
Eine Befeuchtungseinheit kann erfindungsgemäß jede Einheit, die zur Befeuchtung des Atemgasstrom geeignet ist, sein, beispielsweise ein Verdunster oder Vernebler.
Eine Prozessoreinheit kann erfindungsgemäß jede zur Datenverarbeitung eingerichtete Einheit sein, beispielsweise eine integrierte Schaltung oder ein eingebettetes System, insbesondere ein Mikroprozessor oder ein Computer. Die Prozessoreinheit kann eingerichtet sein, Informationen drahtgebunden oder drahtlos zu empfangen und zu senden. Die Prozesseinheit kann eine Speichereinheit umfassen. Das Empfangen von Informationen umfasst im Rahmen der Erfindung sowohl das Erhalten der Informationen von einer separaten Einheit als auch das Auslesen von Informationen, die in einer Speichereinheit der Prozessoreinheit oder anderweitig gespeichert sind, beispielsweise als vorbestimmte Informationen.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Erzeugung einer Kontrollausgabe mit einem erfindungsgemäßen Kontrollsystem vorgeschlagen.
Schritte dieses Verfahrens sind: Empfangen des Messsignals des stromabwärtigen thermischen Anemometers, Bestimmen der stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit aus dem Messsignal, Empfangen der Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit, Durchführen des Vergleiches, ob eine Abweichung zwischen der stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit und der erwarteten Fluidgeschwindigkeit vorliegt, und Erzeugen der Kontrollausgabe, die das Vergleichsergebnis indiziert.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ebenso die für das Kontrollsystem beschriebenen Wirkungen und Vorteile bereit.
Vorzugsweise ist die Prozessoreinheit eingerichtet, die stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit anhand von Kalibrierungsparametern zu bestimmen, die mit dem vorbestimmten Wassergehalt korrespondieren.
Auf diese Weise ist es möglich, das Kontrollsystem weiter zu vereinfachen. Die stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit kann insofern besonders einfach bestimmt werden, indem lediglich eine Bestimmung anhand von Kalibrierungsparametern vorgenommen wird.
Die stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit kann beispielsweise mittels nachstehender Gleichung bestimmt werden, die auf Kings Gesetz basiert: $M2 = {[\frac{[\frac{i^{2} \cdot R}{(T_{w} - T_{f})} - A]}{B}]}^{\frac{1}{2}}$
Dabei bezeichnet M2 die stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit, i einen elektrischen Strom, mit dem das Anemometer über einen elektrischen Widerstand R des Anemometers beheizbar ist, Tw eine Temperatur des Anemometers, Tf eine Temperatur des Atemgasstroms und A und B Kalibrierungsparameter, wobei die Kalibrierungsparameter in diesem Beispiel stoffabhängig sind, d.h. abhängig von den im Atemgas vorhandenen Komponenten. Komponenten bezeichnen in diesem Zusammenhang die Bestandteile des Atemgases und den darin vorhandenen Wasserdampf.
Der Parameter Tf kann bspw. durch Verwendung eines Temperatursensors wie eines Thermometers im Atemgasstrom gemessen werden oder vorbestimmt sein. Der Parameter Tw kann durch Variation von i konstant gehalten werden, wodurch eine Bestimmung von Tw entfallen kann. Alternativ kann i konstant gehalten werden, wodurch Tw bspw. indirekt durch Messung von R bestimmt werden kann.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die Kalibrierungsparameter A und B proportional zur spezifischen Luftfeuchtigkeit s sind, d.h. abhängig von der im Atemgas enthaltenen Wasserdampfmenge und somit abhängig vom Wassergehalt des Atemgasstroms. So ergeben sich für ein Atemgas mit bestimmter spezifischer Luftfeuchtigkeit s folgende Gleichungen: $A = (1 - s) \cdot a_{g a s} + s \cdot a_{H 2 O},$
$B = (1 - s) \cdot b_{g a s} + s \cdot b_{H 2 O},$
wobei a_gas und b_gas gasspezifische Konstanten des trockenen Atemgases sind und a_H2O und b_H2O Konstanten des Wasseranteils in dem Atemgas, d.h. wasserspezifische Konstanten sind.
Es wurde ferner erkannt, dass für atembare Gase die Faktoren a_H2O und b_H2O betragsmäßig immer größer sind als die Faktoren a_gas und b_gas.
Um die Kalibrierungsparameter für einen Wassergehalt zu bestimmen, der mit dem vorbestimmten Wassergehalt korrespondiert, kann eine Kalibrierung mit einem Atemgasstrom durchgeführt werden, der auf den vorbestimmten Wassergehalt befeuchtet wurde. Die so erhaltenen Kalibrierungsparameter und/oder die diesen entsprechende stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit können beispielsweise als vorbestimmte Informationen in einer Speichereinheit hinterlegt und der Prozessoreinheit bereitgestellt werden oder der Prozessoreinheit auf andere Weise bereitgestellt werden.
Die anhand der Kalibrierungsparameter durchgeführte Bestimmung der stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit ist folglich für jeden Wassergehalt, der von dem vorbestimmten Wassergehalt abweicht, unzutreffend. Wenn hingegen der Wassergehalt dem vorbestimmten Wassergehalt entspricht, liefert die Bestimmung einen zutreffenden Wert.
Der Vergleich liefert somit im Fall einer Abweichung der bestimmten stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit von der erwarteten Fluidgeschwindigkeit die qualitativ zutreffende Aussage, dass eine Abweichung vorliegt, welche jedoch der Höhe nach nichtzutreffend ist. In anderen Worten liegt in dieser bevorzugten Ausgestaltung eine Bestimmung durch Schätzung vor. Dies ist jedoch für die Erzeugung lediglich einer Kontrollausgabe, die das Vergleichsergebnis indiziert, also bspw. angibt, ob eine Abweichung vorliegt oder nicht vorliegt, ausreichend.
Insgesamt kann somit auf einfache Weise eine Kontrollausgabe erzeugt werden und folglich das Kontrollsystem auf einfache Weise bereitgestellt werden.
Alternativ zu der oben beschriebenen Bestimmung der stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit anhand der Gleichung, die auf Kings Gesetzt basiert, können auch thermodynamische Wärmebilanzen am Anemometer aufgestellt und in Differentialgleichungen überführt werden. Diese können durch iterative Verfahren gelöst werden, um eine nicht lediglich qualitativ, sondern auch quantitativ zutreffende Lösung für die Luftfeuchte bzw. die stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit zu finden. Alternativ zu einem iterativen Verfahren kann auch eine Linearisierung um einen Arbeitspunkt des Anemometers durchgeführt werden. Ferner alternativ kann anstelle der kontinuierlichen, oben beschriebenen Gleichung, die auf Kings Gesetzt basiert, auch eine Mehrzahl von Gleichungen verwendet werden, wobei jede dieser Mehrzahl von Gleichungen für einen bestimmten Abschnitt eines Strömungsbereichs, der einen Arbeitsbereich des thermischen Anemometers darstellt, optimiert ist.
Vorzugsweise weist das Kontrollsystem eine Bestimmungseinheit auf. Die Bestimmungseinheit ist in diesem Fall eingerichtet, eine Information über eine stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit stromaufwärts von der Befeuchtungseinheit zu empfangen, eine Information über einen stromaufwärtigen Wassergehalt des Atemgasstroms zu empfangen und eine Information über den vorbestimmten Wassergehalt zu empfangen.
Das Empfangen umfasst dabei sowohl das bloße Erhalten der vorbezeichneten Informationen von einer separaten Einheit als auch das Auslesen der vorbezeichneten Informationen als vorbestimmte Informationen aus einem Speicher, beispielsweise einem Speicher der Bestimmungseinheit oder der Prozessoreinheit. Vorzugsweise umfasst das Empfangen auch das Bestimmen der vorbezeichneten Informationen aus vorbestimmten Informationen und/oder aus empfangenen Messdaten oder Signalen, welche mit den vorbezeichneten Informationen korrespondieren.
Die Bestimmungseinheit ist ferner eingerichtet, die Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit aus dem vorbestimmten Wassergehalt, dem stromaufwärtigen Wassergehalt und der stromaufwärtigen Fluidgeschwindigkeit zu bestimmen und die Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit für die Prozessoreinheit bereitzustellen, insbesondere zu senden.
Durch Einbeziehung des vorbestimmten Wassergehalts, des stromaufwärtigen Wassergehalts und der stromaufwärtigen Fluidgeschwindigkeit in die Bestimmung der erwarteten Fluidgeschwindigkeit kann eine von der momentan in der Befeuchtungseinheit tatsächlich stattfindenden Befeuchtung unabhängige Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit erzeugt werden.
Das Kontrollsystem kann somit eine Kontrollausgabe erzeugen, die keine Information von der Befeuchtungseinheit benötigt, wodurch das Kontrollsystem eine besonders zuverlässige Funktionsweise auch in den Fällen bereitstellt, in denen ein Fehler in der Informationsbereitstellung seitens der Befeuchtungseinheit vorliegt.
Die erwartete Fluidgeschwindigkeit ist beispielsweise anhand nachstehender Formel bestimmbar: $M3 = M4 \cdot (1 + \frac{R \cdot T}{p} \cdot \frac{f_{s o l l} - f_{s i n}}{M_{w}}) .$
Dabei bezeichnet M3 die erwartete Fluidgeschwindigkeit, M4 die stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit, f_soll den vorbestimmten Wassergehalt bezogen auf trockene Luft, f_in den stromaufwärtige Wassergehalt bezogen auf trockene Luft, M_W die molare Masse von Wasser, R die universelle Gaskonstante, T die Temperatur des Atemgases und p den Druck des Atemgasstroms.
Der vorbestimmte Wassergehalt f_soll kann beispielsweise 35,0 mg/l betragen, der stromaufwärtige Wassergehalt f_in kann, beispielsweise bei Versorgung der Befeuchtungseinheit mit Atemgas aus einer medizinischen Gasversorgungsanlage, 0 betragen, die molare Masse von Wasser beträgt ca. 18,02 g/mol, die universelle Gaskonstante beträgt ca. 8,31446 J/mol K, die Temperatur T des Atemgases kann beispielsweise der Körpertemperatur eines Menschen entsprechen und beispielsweise 310,15 K betragen und der Druck p kann beispielsweise 101325 Pa betragen. Beträgt die stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit M4 in einem Beispiel 10,0 l/min, so ergibt sich die erwartete Fluidgeschwindigkeit M3 zu ca. 10,57 l/min, d.h. die erwartete Zunahme der Fluidgeschwindigkeit durch Befeuchtung entspricht in diesem Beispiel ca. 0,57 l/min.
Die Temperatur und/oder der Druck und/oder die stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit können als zusätzliche Information, beispielsweise als Signale von entsprechenden Sensoren, beispielsweise von einem Temperatursensor und/oder einem Drucksensor und/oder einem Strömungsgeschwindigkeitssensor vorliegen und/oder eine vorbestimmte Temperatur und/oder ein vorbestimmter Druck und/oder eine vorbestimmte stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit sein und insbesondere als vorbestimmte Informationen in der Bestimmungseinheit oder in der Prozessoreinheit vorliegen.
Alternativ zu der Bestimmung der erwarteten Fluidgeschwindigkeit anhand der vorstehenden bevorzugten Ausführungsform ohne Berücksichtigung einer Information der Befeuchtungseinheit ist es beispielsweise denkbar, eine durch die Befeuchtungseinheit momentan dem Atemgasstrom zugeführte Wassermenge oder eine mit diesem Parameter korrespondierende Information als Signal für die Bestimmungseinheit oder für die Prozessoreinheit bereitzustellen.
Damit kann der Aufbau des Kontrollsystems vereinfacht werden.
Ein derartiges Signal kann beispielsweise von einer Pumpe bereitgestellt werden, die Wasser zur Befeuchtungseinheit fördert oder von einem Sensor, welcher die momentan dem Atemgasstrom zugeführte Wassermenge misst.
Vorzugweise ist die Bestimmungseinheit Teil der Prozessoreinheit.
Vorzugsweise weist das Kontrollsystem ein weiteres thermisches Anemometer auf, welches stromaufwärts von der Befeuchtungseinheit angeordnet ist, um die stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit stromaufwärts von der Befeuchtungseinheit zu bestimmen.
Wie vorstehend beschrieben, eignen sich thermische Anemometer besonders, um in dynamischen Strömungsverhältnissen des Atemgasstroms schnell zu reagieren. Durch Verwendung eines weiteren thermischen Anemometers stromaufwärts kann demnach eine zuverlässige und schnell bereitstellbare Information über den stromaufwärtigen Atemgasstrom gewonnen werden, welche besonders bevorzugt der Bestimmungseinheit, wenn vorhanden, bereitgestellt werden kann.
Vorzugsweise ist das thermische Anemometer und/oder das weitere thermische Anemometer ein Hitzdrahtanemometer.
Damit kann die Reaktionsschnelligkeit des thermischen Anemometers weiter erhöht werden, da ein Hitzdrahtanemometer eine geringere thermische Trägheit aufweist als z.B. ein Filmanemometer. Ferner ist die Auswertung der Messsignale eines Hitzdrahtanemometers besonders einfach.
Vorzugsweise ist das thermische Anemometer und/oder das weitere thermische Anemometer eingerichtet, mit einer konstanten Temperatur betrieben zu werden.
Der Betrieb mit einer konstanten Temperatur bezeichnet dabei sowohl eine gegenüber dem absoluten Nullpunkt konstante Temperatur als auch alternativ eine gegenüber der (ggf. variablen) Fluidtemperatur konstante Temperatur (auch „Übertemperatur“). Im Fall der regelungstechnischen Einstellung einer konstanten Übertemperatur können unerwünschte temperaturabhängige Effekte kompensiert werden.
Durch den Betrieb mit einer konstanten Temperatur kann somit eine Verbesserung des Messverhaltens ermöglicht werden.
Alternativ kann das Anemometer mit einem konstanten Strom betrieben werden, wodurch die Regelung und somit das Kontrollsystem insgesamt vereinfacht werden kann.
Vorzugsweise ist das thermische Anemometer und/oder das weitere thermische Anemometer als Teil einer Wheatstone'schen Brücke ausgebildet.
Durch einen derartigen Aufbau kann auf schaltungstechnisch einfache Weise die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands des Anemometers kompensiert werden.
Das thermische Anemometer und/oder das weitere thermische Anemometer kann auch an ein digitales Spannungsmessgerät mit Operationsverstärker angeschlossen werden, um die Messauflösung zu verbessern.
Besonders bevorzugt wird in einer kombinierten Ausführungsform das Anemometer mit einer konstanten Temperatur betrieben, indem das Anemometer als Teil einer Wheatstone'schen Brücke ausgebildet ist. Die Brückenmittelpunkte können dann beispielsweise an einen Differentialverstärker angeschlossen werden, dessen Ausgang in einer feedback-Struktur an die Brückenspitze angeschlossen ist.
Die vorstehend genannten Vorteile, vorzugsweisen Merkmale und Wirkungen ergeben sich analog für das erfindungsgemäße Verfahren.
Insbesondere wird in einer bevorzugten Ausführungsform die stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit anhand der Kalibrierungsparameter bestimmt, die mit dem vorbestimmten Wassergehalt korrespondieren.
Ferner weist das Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform außerdem die folgenden Schritt auf: Empfangen der Information über die stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit, Empfangen der Information über den stromaufwärtigen Wassergehalt des Atemgasstroms, Empfangen der Information über den vorbestimmten Wassergehalt, Bestimmen der Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit aus dem stromaufwärtigen Wassergehalt, dem vorbestimmten Wassergehalt und der stromaufwärtigen Fluidgeschwindigkeit, und Bereitstellen der Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachstehenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigt

1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kontrollsystems,
2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kontrollsystems,
3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In 1, 2 sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kontrollsystems 100 dargestellt.
Das erfindungsgemäße Kontrollsystem 100 ist geeignet für eine Befeuchtungseinheit 10, beispielsweise einen Vernebler, welche eingerichtet ist, einen Atemgasstrom derart zu befeuchten, dass ein vorbestimmter Wassergehalt f_soll erreicht wird.
Das Kontrollsystem 100 weist, wie in 1, 2 dargestellt, ein thermisches Anemometer 20 auf, welches stromabwärts von der Befeuchtungseinheit 10 angeordnet ist.
Das Kontrollsystem 100 weist, wie in 1, 2 dargestellt, ferner eine Prozessoreinheit 30 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Prozessoreinheit 30 eine integrierte Schaltung oder ein eingebettetes System, insbesondere ein Mikroprozessor oder ein Computer sein.
Die Prozessoreinheit 30 ist eingerichtet, ein Messsignal M1 des thermischen Anemometers 20 zu empfangen und daraus eine stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit M2 zu bestimmen. Das Messsignal M1 kann dabei auf beliebige Weise empfangen werden, beispielsweise kabelgebunden oder kabellos.
Die Prozessoreinheit 30 ist ferner eingerichtet, eine Information über eine mit dem vorbestimmten Wassergehalt f_soll korrespondierende erwartete Fluidgeschwindigkeit M3 zu empfangen und einen Vergleich durchzuführen, ob eine Abweichung zwischen der stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit M2 und der erwarteten Fluidgeschwindigkeit M3 vorliegt.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit M3 von einer externen Quelle empfangen. Beispielsweise kann die erwartete Fluidgeschwindigkeit M3 eine vorbestimmte Information sein und als solche von einer externen Quelle bereitgestellt und durch die Prozessoreinheit 30 erhalten werden. Ein Beispiel für eine externe Quelle kann eine Speichereinheit sein, welche die erwartete Fluidgeschwindigkeit M3 als vorbestimmte Information aufweist.
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit M3 von einer Bestimmungseinheit 40 bestimmt und für die Prozessoreinheit 30 bereitgestellt.
Die erwartete Fluidgeschwindigkeit M3 kann in einer Ausführungsform, wie dargestellt, über eine, ggf. jeweilige, Schnittstelle bereitgestellt bzw. empfangen werden.
Die Prozessoreinheit 30 ist ferner eingerichtet, eine Kontrollausgabe zu erzeugen, die ein Vergleichsergebnis indiziert.
Die Kontrollausgabe kann in einer bevorzugten Ausführungsform an eine (nicht dargestellte) Ausgabeeinheit, wie beispielsweise ein Display gesendet werden, um eine Warnmeldung zu erzeugen, wenn der Vergleich ergibt, dass eine Abweichung vorliegt.
Die Prozessoreinheit 30 kann vorzugsweise eingerichtet sein, die stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit M2 anhand von Kalibrierungsparametern A, B zu bestimmen, die mit dem vorbestimmten Wassergehalt f_soll korrespondieren. Dies kann insbesondere anhand eingangs beschriebener Gleichung erfolgen.
Vorzugsweise ist die Prozessoreinheit 30 oder die Bestimmungseinheit 40 eingerichtet, die Kalibrierungsparameter A, B zu bestimmen und der Prozessoreinheit 30 bereitzustellen.
Das Kontrollsystem 100 kann, wie in 2 dargestellt, ferner eine Bestimmungseinheit 40 aufweisen. Beispielsweise und wie dargestellt kann die Bestimmungseinheit 40 ein Teil der Prozessoreinheit 30 sein, vorzugsweise indem die Prozesseinheit 30 eingerichtet ist, die Funktionen der Bestimmungseinheit 40 auszuführen. Es kann sich aber auch um ein physisches Bauelement handeln, das dazu programmiert ist, die Funktionen der Bestimmungseinheit 40 auszuführen.
Die Bestimmungseinheit 40 ist, wenn, wie in 2 dargestellt, vorhanden, eingerichtet, eine Information über eine stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit M4 stromaufwärts von der Befeuchtungseinheit 10 zu empfangen. Beispielsweise kann die Bestimmungseinheit 40 ein Messsignal oder eine Information erhalten, welche(s) die Fluidgeschwindigkeit M4 indiziert oder aus welcher/welchem die Fluidgeschwindigkeit M4 bestimmbar ist.
Die Bestimmungseinheit 40 ist, wenn, wie in 2 dargestellt, vorhanden, ferner eingerichtet, eine Information über einen stromaufwärtigen Wassergehalt f_in des Atemgasstroms zu empfangen und eine Information über den vorbestimmten Wassergehalt f_soll zu empfangen.
Die Bestimmungseinheit ist, wenn, wie in 2 dargestellt, vorhanden, ferner eingerichtet, die Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit M3 aus dem stromaufwärtigen Wassergehalt f_in, dem vorbestimmten Wassergehalt f_soll und der stromaufwärtigen Fluidgeschwindigkeit M4 zu bestimmen und die Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit M3 für die Prozessoreinheit 30 bereitzustellen.
Somit kann die Bestimmungseinheit 40 eingerichtet sein, unabhängig von der Befeuchtungseinheit 10 die Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit M3 zu bestimmen.
Das Kontrollsystem 100 kann ein weiteres thermisches Anemometer 50 aufweisen, wie dies in dem Ausführungsbeispiel nach 2 gezeigt ist. Das weitere thermische Anemometer 50 ist, wenn, wie dargestellt, vorhanden, stromaufwärts von der Befeuchtungseinheit 10 angeordnet, um die stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit M4 stromaufwärts von der Befeuchtungseinheit 10 zu bestimmen.
Das thermische Anemometer 20 und/oder das weitere thermische Anemometer 50 können in den dargestellten Ausführungsbeispielen Hitzdrahtanemometer sein.
Das thermische Anemometer 20 und/oder das weitere thermische Anemometer 50 können in den dargestellten Ausführungsbeispielen eingerichtet sein, mit einer konstanten Temperatur betrieben zu werden.
Das thermische Anemometer 20 und/oder das weitere thermische Anemometer 50 können in den dargestellten Ausführungsbeispielen als Teil einer Wheatstone'schen Brücke ausgebildet sein.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung einer Kontrollausgabe mit einem erfindungsgemäßen Kontrollsystem 100 weist demnach zunächst den Schritt S1 auf, in dem das Messsignal M1 des thermischen Anemometers 20 empfangen wird.
In Schritt S2 wird die stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit M2 aus dem Messsignal M1 bestimmt, wie dies eingangs erläutert wurde.
In Schritt S2 kann die Bestimmung der stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit M2 vorzugsweise anhand der Kalibrierungsparameter A, B erfolgen, wie dies eingangs erläutert wurde, wobei die Kalibrierungsparameter A, B mit dem vorbestimmten Wassergehalt f_soll korrespondieren. Die Bestimmung der Kalibrierungsparameter A, B kann durch Kalibrierung erfolgen und das Ergebnis der Kalibrierung kann als vorbestimmte Information in einer Speichereinheit der Prozessoreinheit oder in der Bestimmungseinheit hinterlegt werden.
In Schritt S3 werden Informationen über die erwartete Fluidgeschwindigkeit M3 empfangen, beispielsweise von einer Speichereinheit der Prozessoreinheit oder von der Bestimmungseinheit als vorbestimmte Information oder von einer externen Quelle empfangen.
In Schritt S4 wird der Vergleich durchgeführt, ob eine Abweichung zwischen der stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit M2 und der erwarteten Fluidgeschwindigkeit M3 vorliegt.
In Schritt S5 wird die Kontrollausgabe erzeugt, die das Vergleichsergebnis indiziert.
In einem nicht dargestellten Schritt kann die Kontrollausgabe zur Darstellung ausgegeben werden oder zur Verarbeitung durch eine Steuerungs- oder Regelungseinheit der Befeuchtungseinheit ausgegeben werden. Andere Arten der Verarbeitung der Kontrollausgabe sind möglich.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem Verfahren nach 2 mit dem Unterschied, dass zwischen Schritt S2 und Schritt S3 zusätzlich die Schritte S31, S32, S33, S34 und S35 durchgeführt werden.
In Schritt S31 wird eine Information über die stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit M4 empfangen, wobei diese Information beispielweise als Messsignal oder als vorbestimmte Information bereitgestellt werden kann.
Beispielsweise kann die Information über die stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit M4 mittels eines weiteren thermischen Anemometers 50 bestimmt werden, wie dies bereits für das Kontrollsystem 100 beschrieben wurde.
In Schritt S32 wird die Information über den stromaufwärtigen Wassergehalt f_in empfangen, wie dies bereits für das Kontrollsystem 100 beschrieben wurde.
In Schritt S33 wird die Information über den vorbestimmten Wassergehalt f_soll empfangen, wie dies bereits für das Kontrollsystem 100 beschrieben wurde.
In Schritt S34 wird die Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit M3 aus dem stromaufwärtigen Wassergehalt f_in, dem vorbestimmten Wassergehalt f_soll und der stromaufwärtigen Fluidgeschwindigkeit M4 bestimmt, wie dies bereits für das Kontrollsystem 100 beschrieben wurde.
In Schritt S35 wird die Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit M3 bereitgestellt, so dass sie in Schritt S3 empfangen werden kann.
Da das Verfahren mit dem Kontrollsystem 100 korrespondiert, wird auf eine analoge, wiederholende Wiedergabe der Vorteile, Wirkungen und möglichen Ausgestaltungen verzichtet. Die Vorteile, Wirkungen und möglichen Ausgestaltungen des Kontrollsystems 100 sind entsprechend beliebig auf das hierin beschriebene Verfahren übertragbar.
Alle hierin beschriebenen Merkmale sind, soweit dies nicht ausgeschlossen ist oder offensichtlich inkompatibel ist, beliebig miteinander kombinierbar.
Bezugszeichenliste

10: Befeuchtungseinheit
20: Thermisches Anemometer, Anemometer
30: Prozessoreinheit
40: Bestimmungseinheit
50: Weiteres thermisches Anemometer, weiteres Anemometer
100: Kontrollsystem
fin: Stromaufwärtiger Wassergehalt
fsoll: Vorbestimmter Wassergehalt
M1: Messignal des thermischen Anemometers
M2: Stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit
M3: Erwartete Fluidgeschwindigkeit
M4: Stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit
S: Schritte des Verfahrens

Claims

Kontrollsystem (100) für eine Befeuchtungseinheit (10), welche eingerichtet ist, einen Atemgasstrom derart zu befeuchten, dass ein vorbestimmter Wassergehalt (f_soll) erreicht wird, das Kontrollsystem (100) aufweisend: - ein thermisches Anemometer (20), welches stromabwärts von der Befeuchtungseinheit (10) angeordnet ist, und - eine Prozessoreinheit (30), wobei die Prozessoreinheit (30) eingerichtet ist: ein Messsignal (M1) des thermischen Anemometers (20) zu empfangen und daraus eine stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit (M2) zu bestimmen, eine Information über eine mit dem vorbestimmten Wassergehalt (f_soll) korrespondierende erwartete Fluidgeschwindigkeit (M3) zu empfangen, einen Vergleich durchzuführen, ob eine Abweichung zwischen der stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit (M2) und der erwarteten Fluidgeschwindigkeit (M3) vorliegt, und eine Kontrollausgabe zu erzeugen, die ein Vergleichsergebnis indiziert.
Kontrollsystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Prozessoreinheit (30) eingerichtet ist, die stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit (M2) anhand von Kalibrierungsparametern (A, B) zu bestimmen, die mit dem vorbestimmten Wassergehalt (f_soll) korrespondieren.
Kontrollsystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kontrollsystem (100) eine Bestimmungseinheit (40) aufweist, die eingerichtet ist: - eine Information über eine stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit (M4) stromaufwärts von der Befeuchtungseinheit (10) zu empfangen, - eine Information über einen stromaufwärtigen Wassergehalt (f_in) des Atemgasstroms zu empfangen, - eine Information über den vorbestimmten Wassergehalt (f_soll) zu empfangen, - die Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit (M3) aus dem vorbestimmten Wassergehalt (f_soll), dem stromaufwärtigen Wassergehalt (f_in) und der stromaufwärtigen Fluidgeschwindigkeit (M4) zu bestimmen, und - die Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit (M3) für die Prozessoreinheit (30) bereitzustellen.
Kontrollsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kontrollsystem (100) ein weiteres thermisches Anemometer (50) aufweist, welches stromaufwärts von der Befeuchtungseinheit (10) angeordnet ist, um die stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit (M4) stromaufwärts von der Befeuchtungseinheit (10) zu bestimmen.
Kontrollsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das thermische Anemometer (20) und/oder das weitere thermische Anemometer (50) ein Hitzdrahtanemometer ist.
Kontrollsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das thermische Anemometer (20) und/oder das weitere thermische Anemometer (50) eingerichtet ist, mit einer konstanten Temperatur betrieben zu werden.
Kontrollsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das thermische Anemometer (20) und/oder das weitere thermische Anemometer (50) als Teil einer Wheatstone'schen Brücke ausgebildet ist.
Verfahren zur Erzeugung einer Kontrollausgabe mit einem Kontrollsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend die Schritte: - Empfangen des Messsignals (M1) des thermischen Anemometers (20) (S1), - Bestimmen der stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit (M2) aus dem Messsignal (M1) (S2), - Empfangen der Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit (M3) (S3), - Durchführen des Vergleiches, ob eine Abweichung zwischen der stromabwärtigen Fluidgeschwindigkeit (M2) und der erwarteten Fluidgeschwindigkeit (M3) vorliegt (S4), und - Erzeugen der Kontrollausgabe, die das Vergleichsergebnis indiziert(S5).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die stromabwärtige Fluidgeschwindigkeit (M2) anhand der Kalibrierungsparameter (A, B) bestimmt wird, die mit dem vorbestimmten Wassergehalt (f_soll) korrespondieren.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, ferner aufweisend die Schritte: - Empfangen der Information über die stromaufwärtige Fluidgeschwindigkeit (M4) (S31), - Empfangen der Information über den stromaufwärtigen Wassergehalt (f_in) des Atemgasstroms (S32), - Empfangen der Information über den vorbestimmten Wassergehalt (f_soll) (S33), - Bestimmen der Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit (M3) aus dem stromaufwärtigen Wassergehalt (f_in), dem vorbestimmten Wassergehalt (f_soll) und der stromaufwärtigen Fluidgeschwindigkeit (M4) (S34), und - Bereitstellen der Information über die erwartete Fluidgeschwindigkeit (M3) (S35).