DE10327934B3 - Measuring device for measuring the flow and properties of breathing gas comprises a cylindrical line for introducing breathing gas, a planar measuring path lying within the line, and a sensor chip lying in the region of the measuring path - Google Patents

Measuring device for measuring the flow and properties of breathing gas comprises a cylindrical line for introducing breathing gas, a planar measuring path lying within the line, and a sensor chip lying in the region of the measuring path Download PDF

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Abstract

Measuring device comprises a cylindrical line for introducing breathing gas, a planar measuring path (3) lying within the line, and a sensor chip (10) lying in the region of the measuring path. The measuring path has a length (L), a height (H) and a width (B). To form the measuring path the original line cross-section is reduced in the flow direction to the cross-section of the planar measuring path so that the width (B) perpendicular to the flow direction remains unchanged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung des Durchflusses (Volumenstroms) und/oder von Stoffeigenschaften eines Gasstroms, mit einer Leitung zur Durchleitung des Gasstroms, wobei in der Leitung ein Sensor-Chip dem Gasstrom ausgesetzt ist.The The present invention relates to a measuring device for measurement the flow (volume flow) and / or material properties a gas stream, with a conduit for the passage of the gas stream, wherein in the line a sensor chip the Gas flow is exposed.

Eine typische Anwendung für eine derartige Messvorrichtung ist die Messung der Strömung in einem Beatmungsschlauch von einem Beatmungsgerät zu einem Patienten. Die Strömungsmessung mit einem Durchfluss- oder Flow-Sensor am Y-Stück liefert patientennahe Messwerte, die Aussagen über den momentanen physischen Zustand des Patienten erlauben. Dadurch kann ein "Real-Time-Monitoring" des Patienten angenähert realisiert werden. Die zu messende Strömung bleibt jedoch während der Respiration weder konstant noch gleichmäßig. Bei der Inspiration ist das Geschwindigkeitsprofil von dem eingesetzen Y-Stück und dem damit verbundenen, willkürlich gekrümmten Beatmungsschlauch abhängig. Während der Expiration beeinflussen die Form und der Durchmesser des verwendeten Tubusadapters und die Lage des Tubusrohrs die Geschwindigkeitsverteilung. Der Respirationszyklus verursacht am Durchfluss-Sensor eine periodisch instationäre Strömung mit Richtungsumkehrung, währenddessen große und kleine Wirbel und Turbulenzen entstehen. Auf Grund der Konstruktionskette von Tubusrohr über Tubusadapter, Durchfluss-Sensor, Y-Stück bis zum Beatmungsschlauch sind die Einströmbedingungen durch die beiden Leitungsenden der Messvorrichung mit dem Durchfluss-Sensor asymmetrisch, was durch den Respirationszyklus noch verstärkt wird.A typical application for Such a measuring device is the measurement of the flow in a breathing tube from a respirator to a patient. The flow measurement with a flow or flow sensor on the Y-piece provides near-patient readings, the statements about the allow instantaneous physical condition of the patient. This can Realized a "real-time monitoring" of the patient approximately become. The flow to be measured but remains during Respiration neither constant nor even. At the inspiration is the velocity profile of the inserted Y-piece and the associated, arbitrarily curved Ventilation hose dependent. While the expiration affect the shape and diameter of the used Tubusadapters and the position of the Tubusrohrs the velocity distribution. The respiratory cycle causes a periodic on the flow sensor transient flow with Reversal of direction, meanwhile big and small Vortex and turbulence arise. Due to the construction chain from tube tube over Tube adapter, flow sensor, Y-piece to the breathing tube are the inflow conditions asymmetric through the two cable ends of the measuring device with the flow sensor, which is intensified by the respiration cycle.

In der letzten Zeit sind planare Messelemente zur Strömungsmessung immer häufer zum Einsatz gekommen. Dabei handelt es sich auf Chip-artigen Substraten integrierte Sensoren, die Messsignale für die Strömungsgeschwindigkeit (und damit letztlich ein Signal proportional zum Volumenstrom oder Durchfluss) und/oder Messsignale liefern können, die Stoffeigenschaften des vorbeiströmenden Gases repräsentieren. Diese planaren Messelemente werden im Folgenden einfach als Sensor-Chips bezeichnet. Gegenüber dem Hitzdraht, der bislang oft für die Strömungsmessung eingesetzt wird, besitzen die Sensor-Chips viele Vorteile. Während bei der Fertigung von Hitzdraht, insbesondere dessen Halterung, die Kontaktierung und Anspannung des feinen Hitzdrahtes – ein erheblicher Aufwand nötig ist, wird der Sensor-Chip als Miniatur-Paket angefertigt und geliefert und kann sofort zur Messung eingesetzt werden, wobei die Strömung nur minimal beeinflusst wird. Neben der Messung von Druck und Geschwindigkeit der Strömung sind in vielen Sensor-Chips Zusatzfunktionen integriert, z.B. die Richtungserkennung der Strömung oder elektronische Regelung und Auswertung, so dass zusätzliche Hitzdrähte für Temperaturkompensation und Richtungserkennung nicht nötig sind. Dadurch sind insgesamt weniger Lötstellen, Kabel, elektronische Schaltungen und auch weniger Software erforderlich. Darüber hinaus induziert ein Sensor-Chip einen geringeren Widerstand bzw. Druckverlust und ist viel robuster gegenüber Störungen, wie etwa das Auftreffen von kleinen Flüssigkeitstropfen im Luftstrom. Grundsätzlich lassen sich die Schwierigkeiten, die bei der Reinigung von Durchfluss-Sensoren mit Hitzdrähten auftreten, durch den Einsatz von Sensor-Chips umgehen. Die Sensor-Chips können nicht nur für die Strömungsmessung, sondern zusätzlich oder alternativ für die Stoffmessung vorbereitet sein, z.B. für die Messung der Sauerstoffkonzentration.In Recently, planar measuring elements for flow measurement more and more frequent used. These are chip-like substrates integrated sensors that measure the flow velocity (and thus ultimately a signal proportional to the volume flow or flow) and / or can provide measurement signals, represent the material properties of the passing gas. These planar measuring elements are hereafter simply called sensor chips designated. Across from the hot wire, which has often been used for the flow measurement used, the sensor chips have many advantages. While at the production of hot wire, in particular its holder, the Contacting and tensioning the fine hot wire - a considerable Effort required is, the sensor chip is made and delivered as a miniature package and can be used immediately for measurement, with the flow only is minimally influenced. In addition to the measurement of pressure and speed the flow In addition, additional functions are integrated in many sensor chips, e.g. the Direction detection of the flow or electronic regulation and evaluation, so that extra hot wires for temperature compensation and direction detection not necessary are. As a result, less solder joints, cables, electronic Circuits and also less software required. Furthermore a sensor chip induces a lower resistance or pressure loss and is much more robust towards Faults, like such as the impact of small drops of liquid in the air stream. in principle Lets resolve the difficulties involved in cleaning flow sensors with hot wires occur by handling sensor chips. The sensor chips can not only for the flow measurement, but in addition or alternatively for be prepared for the substance measurement, e.g. for the measurement of the oxygen concentration.

Beim Einsatz von Sensor-Chips in der Strömungsmessung ergibt sich jedoch ein großes Problem, das darin besteht, dass die Messgenauigkeit der Sensor-Chips sehr empfindlich von den Anströmbedingungen abhängt. Wie oben schon erwähnt wurde, ist die Strömung, die an einem Durchfluss-Sensor am Y-Stück auftritt, periodisch instationär und normalerweise relativ inhomogen und ungleichmäßig. Die dabei entstehenden dreidimensionalen Wirbelstrukturen und Turbulenzen strömen dann direkt in die Messstreke ein, wo der Sensor-Chip sitzt. Der Sensor-Chip unterliegt daher stark unterschiedlichen Anströmbedingungen, insbesondere Anströmgeschwindigkeiten und -Winkeln. Ein unpassender Anströmwinkel kann zur Strömungsablösung am Sensor-Chip führen, was die Messgenauigkeit stark beeinflusst. Außerdem, wie auch immer die Anordnung des Sensor-Chips ist, befindet sich der Sensor-Chip stets in der Grenzschicht der Strömung, in der sich die Strömungseigenschaften wie Geschwindigkeit, Temperatur, Zähigkeit und Turbulenzgrad, von denjenigen in der weiter äußeren Strömung unterscheiden. Hierbei spielt die Dicke der Grenzschicht eine wichtige Rolle für die Messgenauigkeit. Je dicker die Grenzschicht ist, desto größer sind die Eigenschaftsunterschiede zwischen den Strömungen in der Wandnähe und in der Hauptströmung. Außerdem wird der Reibungswiderstand an der Leitungswand durch die Grenzschichtdicke bestimmt. Es ist daher wichtig, die Grenzschicht, insbesondere über dem Sensor-Chip möglichst dünn zu halten.At the However, use of sensor chips in the flow measurement results a big Problem that is that the measurement accuracy of the sensor chips very sensitive to the flow conditions depends. As mentioned above was, is the flow, which occurs at a flow sensor on the Y-piece, periodically unsteady and normally relatively inhomogeneous and uneven. The case resulting three-dimensional vortex structures and turbulence stream then directly into the measuring range, where the sensor chip sits. Of the Sensor chip is therefore subject to very different flow conditions, in particular flow velocities and angles. An inappropriate angle of attack can cause flow separation on the Lead sensor chip, which strongly influences the measuring accuracy. Besides, whatever the Arrangement of the sensor chip is, the sensor chip is always in the Boundary layer of the flow, in which the flow characteristics such as speed, temperature, toughness and degree of turbulence, differ from those in the farther outer flow. Here, the thickness of the boundary layer plays an important role in the measurement accuracy. The thicker the boundary layer is, the larger are the property differences between the currents near the wall and in the mainstream. Furthermore the frictional resistance on the conduit wall is increased by the boundary layer thickness certainly. It is therefore important to the boundary layer, in particular above the Sensor chip as possible thin too hold.

Nach Betrachtung des bisherigen Einsatzes von Sensor-Chips in Strömungsleitungen lassen sich die Nachteile der bekannten Anordnungen kurz zusammenfassen: Oft wird ein Sensor-Chip einfach in der Mitte einer im Verhältnis zum Sensor-Chip großen Leitung eingehängt, so dass der Sensor-Chip direkt dem Einfluss unterschiedlicher Anströmbedingungen unterliegt und Strömungsablösung- oder anstoßen ausgesetzt ist. Es kommt auch vor, dass ein Sensor-Chip direkt an die gekrümmte Innenwand der Leitung angebracht wird. Durch die nicht-kontinuierliche Veränderung der Konturoberfläche zwischen der gekrümmten Leitungswand und der ebenen Sensor-Chipfläche entsteht eine für die Messung ungünstige, ungleichmäßige Strömung über dem Sensor-Chip. Es ist auch bekannt, einen Sensor-Chip in einem dünnen Bypass-Kanal außerhalb der Hauptleitung einzusetzen. Neben dem oben diskutierten Nachteil – nicht-kontinuierliche Veränderung der Konturoberfläche der Bypass-Leitung – ergibt sich noch das Problem, ob die Strömung, die nicht unbedingt gleichmäßig in den genannten Bypass-Kanal einströmt, der Hauptströmung in der Leitung entspricht. Ein zusätzliches Problem dabei ist, dass die kleinen Öffnungen des dünnen Bypass-Kanals zur Hauptleitung oft durch Kondensat oder Sputum verstopft werden können.After consideration of the recent use of sensor chips in flow lines, the disadvantages of the known arrangements can be briefly summarized: Often a sensor chip is simply hooked in the middle of a large relative to the sensor chip line, so that the sensor chip directly to the Influenced by different flow conditions and flow separation or on is exposed. It also happens that a sensor chip is attached directly to the curved inner wall of the pipe. Due to the non-continuous change of the contour surface between the curved conduit wall and the planar sensor chip surface creates an unfavorable for the measurement, uneven flow over the sensor chip. It is also known to insert a sensor chip in a thin bypass channel outside the main line. In addition to the above-discussed disadvantage - non-continuous change in the contour surface of the bypass line - there is still the problem of whether the flow, which does not necessarily flow uniformly into said bypass channel, corresponds to the main flow in the line. An additional problem with this is that the small openings of the thin bypass channel to the main line can often be blocked by condensate or sputum.

Die bisherigen Ansätze zur Strömungsopitimierung bzw. -homogenisierung sind zumeist Einsätze verschiedener Siebe oder Vliese, die einen relativ großen Druckverlust induzieren. So benötigt auch die in EP-A 0 094 497 beschriebene Messvorrichtung strömungsberuhigende Filter am Eingang und Ausgang, um in einer im Querschnitt stark reduzierten röhrenförmigen Messstrecke, in der eine Sensor-Chip angeordnet ist, noch akzeptable Strömungsbedingungen zu erhalten. Insgesamt wird durch die starke Querschnittsreduzierung auf eine röhrenförmige Messstrecke und die zusätlichen Filter im Strömungsweg ein zu hoher Druckabfall erzeugt.The previous approaches to flow optimization or homogenization are mostly inserts of different screens or nonwovens, which induce a relatively large pressure loss. So also needed in EP-A 0 094 497 described measuring device flow-calming filter at the input and output in order to obtain in a greatly reduced in cross-section tubular measuring section in which a sensor chip is arranged, still acceptable flow conditions. Overall, the strong reduction in cross-section to a tubular measuring section and the additional filter in the flow path generates too high a pressure drop.

Aus der DE 31 35 793 C2 und der DE 29 00 220 C2 gehen Vorrichtungen zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen hervor, bei denen innerhalb eines Luftansaugrohres ein als Messkanal ausgebildeter Spaltkörper angeordnet ist. Der Messkanal wird nur von einem Teil des Luftstroms durchflossen.From the DE 31 35 793 C2 and the DE 29 00 220 C2 Go devices for measuring the intake air mass of internal combustion engines, in which within a Luftansaugrohres designed as a measuring channel splitting body is arranged. The measuring channel is traversed by only part of the air flow.

Eine aus der DE 29 00 210 C2 bekannte Vorrichtung zur Messung der Ansaugluftmasse besitzt als Messelement lediglich einen im unverengten Ansaugrohr mittig angeordneten temperaturabhängigen Widerstand.One from the DE 29 00 210 C2 Known device for measuring the intake air mass has as a measuring element only in the non-narrowed intake manifold centrally disposed temperature-dependent resistor.

Bei einer aus der EP 254 160 B1 bekannten Vorrichtung wird die. Strömung in einem Rohr ausgewertet. Als Messstrecke dient ein Venturirohr, das durch Verengung des Ausgangsquerschnittes einer Rohrleitung gebildet wird.At one of the EP 254 160 B1 known device is the. Flow evaluated in a tube. The measuring section is a Venturi tube, which is formed by narrowing the outlet cross-section of a pipeline.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messvorrichtung des Durchflusses und/oder von Stoffeigenschaften eines Gasstroms zu schaffen, mit der die zu messenden Größen mit einem Sensor-Chip mit guter Genauigkeit und mit geringem Druckverlust über die Messvorrichtung messbar sind.It The object of the present invention is a measuring device of the Flow and / or material properties of a gas stream to create with which the measured quantities with a sensor chip with good accuracy and with low pressure drop across the measuring device measurable are.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.to solution This object is achieved by the characterizing features of the claim 1 in conjunction with its generic term. Advantageous embodiments The invention are specified in the subclaims.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Ebenenmessstrecke vorgesehen, die im Querschnitt flach und breit und in Strömungsrichtung lang ist, wobei quer zur Fließrichtung das Verhältnis der Höhe in einer Richtung zur Breite der Ebenenmessstrecke in der Richtung senkrecht zur einen Richtung kleiner als 1:5 ist und das Verhältnis von Höhe zur Länge der Ebenenmessstrecke in Fließrichtung kleiner als 1:5 ist, so dass sich im Bereich der Ebenenmessstrecke eine zweidimensionale laminare Strömung ergibt. Der Sensor-Chip ist der zweidimensionalen, laminaren Strömung im Bereich der Ebenenmessstrecke ausgesetzt. Als zweidimensionale Strömung wird hier eine Strömung bezeichnet, die keine Strömungskomponenten senkrecht zur Mittelebene der Ebenenmessstrecke hat. Durch die Querschnittsveränderung vor der Ebenenmessstrecke wird einerseits eine Homogenisierung der Strömung in der Ebenenmessstrecke erreicht, andererseits wird durch die verhältnismäßig große Breite der Ebenenmessstrecke die Querschnittsfläche nicht übermäßig stark reduziert, so dass der Druckabfall über die Messstrecke nicht zu groß ist.According to the present Invention is provided a level measuring section, which is flat in cross section and wide and in the flow direction is long, being transverse to the flow direction The relationship the height in a direction to the width of the plane measuring section in the direction perpendicular to one direction is less than 1: 5 and the ratio of Height to Length of the level measuring section in the flow direction is smaller than 1: 5, so that in the area of the level measuring section one two-dimensional laminar flow results. The sensor chip is the two-dimensional, laminar flow in the Exposed area of the level measuring section. As a two-dimensional flow is here a flow denotes that no flow components perpendicular to the median plane of the level measurement section has. By the cross-sectional change Before the level measuring section is on the one hand, a homogenization of flow achieved in the plane measuring section, on the other hand is due to the relatively large width the level measuring section, the cross-sectional area is not excessively reduced, so that the pressure drop over the measuring section is not too big.

Durch die erfindungsgemäße Ebenenmessstrecke wird die Messvorrichtung auch in folgender Weise optimiert:

  • 1. Nach der Beschleunigung der Strömung vor der Ebenenmessstrecke bleibt die Grenzschicht innerhalb der Ebenenmessstrecke dünn, laminar und stabil, so dass der laminarturbulente Umschlag, nach dem die Dicke der Grenzschicht drastisch zunimmt, vermieden wird. Darüber hinaus kann eine bereits existierende turbulente Grenzschicht durch die Beschleunigung sogar relaminarisiert werden.
  • 2. In der flachen, breiten und langen Ebenenmessstrecke kann eine zweidimensionale Hauptströmung über/um den Sensor-Chip gewährleistet werden, um eine lokale Strömungsablösung über dem Sensor-Chip oder direkte Strömungsanstöße an den Sensor-Chip zu vermeiden.
  • 3. Die starke Verengung des Strömungskanals vom ursprünglichen Leitungsquerschnitt in die flache Ebenenmessstrecke trägt dazu bei, die Strömung zu stabilisieren, so dass Turbulenz und ihre Entstehung unterdrückt wird. Es wird eine asymmetrische ungleichmäßige Anströmung des Sensor-Chips vermieden und eine homogene Stoffverteilung erreicht. Die Übergänge zwischen der Leitung und der Ebenenmessstrecke sind vorzugsweise kontinuierlich, so dass Strömungsablösungen unterbleiben.
  • 4. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind vor und hinter der Ebenenmessstrecke in der Leitung Strömungsgleichrichter angebracht, um Wirbel und Drall in der Gasströmung zu unterdrücken. Als Option kann außerdem ein zigarrenförmiger Luftwiderstandskörper vor dem Eingang und Ausgang der Ebenenmessstrecke angeordnet werden, wie in DE 100 35 054 C1 beschrieben.
The measuring device according to the invention also optimizes the measuring device in the following way:
  • 1. After the acceleration of the flow in front of the plane measuring section, the boundary layer within the plane measuring section remains thin, laminar and stable, so that the laminar turbulence envelope, after which the thickness of the boundary layer increases drastically, is avoided. In addition, an existing turbulent boundary layer can even be relaminated by the acceleration.
  • 2. In the flat, wide and long plane measurement path, a two-dimensional main flow can be ensured over / around the sensor chip to avoid local flow separation across the sensor chip or direct flow bumps to the sensor chip.
  • 3. The strong narrowing of the flow channel from the original line cross-section into the flat plane measurement path helps to stabilize the flow, so that turbulence and its formation is suppressed. An asymmetrical non-uniform flow of the sensor chip is avoided and a homogeneous material distribution is achieved. The transitions between the line and the level measuring section are present preferably continuously, so that flow separation is avoided.
  • 4. In an advantageous embodiment, flow rectifiers are mounted in front of and behind the plane measuring section in the line in order to suppress eddies and swirl in the gas flow. Optionally, a cigar-shaped air resistance body may also be arranged in front of the entrance and exit of the plane measuring section, as in FIG DE 100 35 054 C1 described.

Der Druckverlust in der beschriebenen Messvorrichtung ist relativ gering, da keine Siebe oder Vliese (Filter) benötigt werden. Darüber hinaus ist der durch die Messvorrichtung bedingte Totraum relativ gering.Of the Pressure loss in the described measuring device is relatively low, since no sieves or fleeces (filters) are needed. In addition, it is the dead space caused by the measuring device is relatively low.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen beschrieben, in denen:The Invention will be described below with reference to embodiments in the drawings described in which:

1 eine Längsschnittansicht sowie eine Querschnittansicht einer Messvorrichtung zeigt; 1 a longitudinal sectional view and a cross-sectional view of a measuring device shows;

2 eine Längsschnittansicht von oben und von der Seite sowie eine Querschnittansicht einer alternativen Messvorrichtung zeigt; 2 a longitudinal sectional view from above and from the side and a cross-sectional view of an alternative measuring device shows;

3 eine Längsschnittansicht von oben und von der Seite sowie eine Querschnittansicht einer weiteren alternati ven Messvorrichtung zeigt. 3 a longitudinal sectional view from above and from the side and a cross-sectional view of another alternative measuring device shows.

1 zeigt eine Ausführungsform, bei der sich der Leitungsendquerschnitt 2 in einer Richtung (Vertikale) stark reduziert, während die Breite B quer zu der einen Richtung im Wesentlichen unverändert bleibt, so dass eine flache, breite und in Fließrichtung lange (Länge L) Ebenenmessstrecke 3 gebildet wird. Die Übergänge zwischen dem vollen Leitungsendquerschnitt 2 und der Ebenenmessstrecke 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel kontinuierlich. Der Sensor-Chip 10 kann in der Mitte der Ebenenmessstrecke 3 angehängt oder, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, in die Wand der Ebenenmessstrecke eingebettet sein. Im Bereich der Endquerschnitte 2 der Leitung können Strömungsgleichrichter 4 angebracht sein, um Wirbel und Drall in der Strömung zu unterdrücken. 1 shows an embodiment in which the line end cross section 2 in one direction (vertical) is greatly reduced, while the width B remains substantially unchanged across the one direction, so that a flat, wide and in the flow direction long (length L) plane measuring distance 3 is formed. The transitions between the full line end cross section 2 and the level measuring section 3 are continuous in this embodiment. The sensor chip 10 can be in the middle of the plane measuring distance 3 attached or, as in the illustrated embodiment, be embedded in the wall of the level measuring section. In the area of the end cross sections 2 the line can flow rectifier 4 be attached to suppress eddies and swirl in the flow.

In diesem Ausführungsbeispiel kann die Messvorrichtung folgende Abmessungen haben. Der Innendurchmesser an den Endquerschnitten der Leitung beträgt 19 mm. Nach einer kurzen Strecke von 6 mm geht die Innenwandkontur der Leitung von zylindrischer Form allmählich und kontinuierlich in die Ebenenmessstrecke 3 über. Die Ebenenmessstrecke hat die Dimensionen Breite B × Höhe H × Länge L von 19 × 2 × 20 (in mm), wobei die Ecken innerhalb der Ebenenmessstrecke mit einem Radius von 1 mm abgerundet sind. Die gesamte Länge der Leitung der Messvorrichtung beträgt 77 mm. Die eingesetzten Strömungsgleichrichter 4 umfassen 16 Leitschaufeln, je 8 am Eingang und Ausgang der Leitung, die eine Höhe von etwa 5,5 mm haben und symmetrisch angeordnet sind.In this embodiment, the measuring device may have the following dimensions. The inner diameter at the end cross sections of the pipe is 19 mm. After a short distance of 6 mm, the inner wall contour of the duct of cylindrical shape gradually and continuously goes into the plane measuring section 3 above. The plane measuring section has the dimensions width B × height H × length L of 19 × 2 × 20 (in mm), wherein the corners are rounded within the plane measuring distance with a radius of 1 mm. The total length of the line of the measuring device is 77 mm. The flow rectifiers used 4 comprise 16 vanes, 8 each at the entrance and exit of the duct, which have a height of about 5.5 mm and are arranged symmetrically.

Untersuchungen wurden für ein gewinkeltes Y-Stück und als Tubusadapter das dünne Tubusrohr, das für Neonaten vorgesehen ist, durchgeführt, um extreme Bedingungen zu untersuchen. Der Volumenstrom beträgt 10 l/min. Das Ergebnis zeigt, dass auch ohne die Strömungsgleichrichter 4 die Strömung durch die Ebenenmessstrecke 3 gut homogenisiert wird. Der Drall der Strömung, der bei der Inspiration durch das gewinkelte Y-Stück entsteht, wird durch die Beschleunigung und die Querschnittsveränderung stark unterdrückt, so dass die Geschwindigkeitsverteilung in der Ebenenmessstrecke, insbesondere in deren Mittelbereich, gleichmäßig ist. Auch die Inhomogenität, die durch die Einströmung aus dem dünnen Tubusrohr induziert ist, kann durch die vorgegebene Wandkontur gleichmäßig wiederverteilt werden. In Querrichtung ergibt sich im Mittelbereich der Ebenenmessstrecke eine Ungleichmäßigkeit der Geschwindigkeit von nur etwa 5%, so dass die Messgenauigkeit des Sensor-Chips 10 gewährleistet werden kann. Der Druckverlust über die Messvorrichtung beträgt in beiden Fällen, bei der Inspiration und der Expiration, maximal 0,5 mb bei 10 l/min.Investigations were carried out for an angled Y-piece and as tube adapter the thin tube tube, which is intended for neonates, to study extreme conditions. The volume flow is 10 l / min. The result shows that even without the flow straightener 4 the flow through the level measuring section 3 is well homogenized. The swirl of the flow which arises during the inspiration by the angled Y-piece is greatly suppressed by the acceleration and the change in cross section, so that the velocity distribution in the plane measuring section, in particular in its central region, is uniform. The inhomogeneity, which is induced by the inflow from the thin tube tube, can be redistributed evenly by the predetermined wall contour. In the transverse direction results in the central region of the plane measuring section unevenness of the speed of only about 5%, so that the measurement accuracy of the sensor chip 10 can be guaranteed. The pressure loss across the measuring device in both cases, in the inspiration and the expiration, a maximum of 0.5 mb at 10 l / min.

Mit den Strömungsgleichrichtern 4 verbessern sich die Ergebnisse auf Grund der noch besser homogenisierten Strömung. Der Drall der Strömung wird fast vollständig eliminiert, so dass die Strömung in der Ebenenmessstrecke 3 sehr gleichmäßig ist. Der Druckverlust reduziert sich in diesem Fall sogar auf 0,3 mb.With the flow straighteners 4 the results improve due to the even better homogenized flow. The swirl of the flow is almost completely eliminated, allowing the flow in the plane measuring section 3 is very even. The pressure loss is even reduced to 0.3 mb in this case.

2 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der eine Ebenenmessstrecke 5 ähnlich der oben beschriebenen vorgesehen ist, aber der Leitungsquerschnitt im Bereich der Ebenenmessstrecke nicht vollständig auf diese eingeschränkt ist, so dass nur ein Teil der Gasströmung in der Leitung die Ebenenmessstrecke 5 durchfließt. Die Ebenenmessstrecke 5 bildet in diesem Fall eine interne Bypass-Leitung, in deren Mitte ein Sensor-Chip 10 für die Volumenstrommessung oder die Messung von Stoffeigenschaften des Gases vorgesehen ist. 2 shows an alternative embodiment, in which a level measuring section 5 is provided similar to that described above, but the cross-section of the pipe in the area of the level measuring section is not completely limited to this, so that only a part of the gas flow in the line, the plane measuring section 5 flows. The level measuring distance 5 forms in this case an internal bypass line, in the middle of a sensor chip 10 is intended for the volume flow measurement or the measurement of material properties of the gas.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das dem aus 1 ähnelt, außer dass unter dem in die Wand der Ebenenmessstrecke eingebetteten Sensor-Chip 10 ein Durchflusskanal 6 gebildet ist, wobei unten an dem Chip-Sensor 10, an der dem Durchflusskanal 6 zugewandten Seite, Sensorelemente für Stoffeigenschaften vorgesehen sind. Am Ein- und Ausgang des Durchflusskanals 6 sind niedrige Zäune 7 quer zur Strömungsrichtung installiert, um die Strömungsrichtung in dem Durchflusskanal 6 vorzubestimmen. 3 shows a further embodiment, the from 1 except that under the sensor chip embedded in the wall of the plane measuring section 10 a flow channel 6 is formed, wherein the bottom of the chip sensor 10 , at the flow channel 6 facing side, sensor elements are provided for material properties. At the inlet and outlet of the flow channel 6 are cute fences 7 Installed transversely to the flow direction to the flow direction in the flow channel 6 predetermine.

Claims (8)

Messvorrichtung zur Messung des Durchflusses und/oder von Stoffeigenschaften von Atemgas in einem Atemgerät mit – einer das Atemgas führenden Leitung in zylindrischer Form, – einer Ebenenmessstrecke innerhalb der Leitung, welche in Fließrichtung eine Länge L, eine Höhe H und senkrecht zur Fließrichtung eine Breite B aufweist, wobei zur Ausbildung der Ebenenmessstrecke der ursprüngliche Leitungsquerschnitt in Fließrichtung vollständig auf den Querschnitt der Ebenenmesstrecke in der Weise reduziert ist, dass die Breite B senkrecht zur Fließrichtung im Wesentlichen unverändert bleibt und das Verhältnis von Höhe H zur Breite B und das Verhältnis von Höhe H zur Länge L kleiner als 1:5 ist und mit – einem der Strömung ausgesetzten Sensorchip (10) im Bereich der Ebenenmessstrecke.Measuring device for measuring the flow and / or material properties of breathing gas in a breathing apparatus with - a line leading the breathing gas in a cylindrical shape, - a level measuring section within the conduit, which in the flow direction has a length L, a height H and perpendicular to the flow direction width B wherein, to form the plane measuring section, the original line cross section in the flow direction is completely reduced to the cross section of the plane measuring path in such a way that the width B remains substantially unchanged perpendicular to the flow direction and the ratio of height H to width B and the ratio of height H. to length L is less than 1: 5 and with - a flow-exposed sensor chip ( 10 ) in the area of the level measuring section. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang vom Ausgangsleitungsquerschnitt (2) zu dem Leitungsquerschnitt der Ebenenmessstrecke (3) kontinuierlich erfolgt.Measuring device according to claim 1, characterized in that the transition from the outlet line cross-section ( 2 ) to the line cross section of the level measuring section ( 3 ) continuously. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor-Chip (10) in die Wand der Ebenenmessstrecke eingelassen ist.Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor chip ( 10 ) is embedded in the wall of the level measuring section. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor-Chip (10) in der Mitte der Ebenenmessstrecke (3) angebracht ist.Measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor chip ( 10 ) in the middle of the level measuring section ( 3 ) is attached. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Höhe (H) zur Länge (L) der Ebenenmessstrecke in Fließrichtung kleiner als 1:10 ist.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the ratio of height (H) to the length (L) of the level measuring section in the flow direction less than 1:10 is. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Höhe (H) in der einen Richtung zur Breite (B) der Ebenenmessstrecke in der Richtung senkrecht zur einen Richtung kleiner als 1:10 ist.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the ratio the height (H) in the one direction to the width (B) of the level measuring section in the direction perpendicular to one direction is less than 1:10. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung vor und hinter der Ebenenmessstrecke (3) Strömungsgleichrichter (4) angebracht sind, um Wirbel und Drall in der Gasströmung zu unterdrücken.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that in the line before and after the plane measuring distance ( 3 ) Flow straightener ( 4 ) are mounted to suppress eddies and swirl in the gas flow. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung vor und hinter der Ebenenmessstrecke jeweils ein Luftwiderstandkörper mit einem stumpfen und einem spitzen Ende angeordnet ist, wobei das spitze Ende jeweils in Richtung auf die Ebenenmessstrecke gerichtet ist.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that in the line in front of and behind the level measuring section respectively an air resistance body is arranged with a blunt and a pointed end, wherein the pointed end in each case directed towards the level measuring section is.
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