DE1816451A1 - Messwandler-Manometer - Google Patents

Description

Dipl, Ing. Lud^A/tg '-.!⁷^" .

Dipl. Phys. Buse .

Γ Patentanwälte , HF/rk/16-. 12.1968

Wuppertal-Bärmen 1%16451

UnterdörnenlÜ-

F. Hoffmann-La Roche &, Ca. Aktiengesellschaft, Grenzacherstr. 124, "4002;.Basel (Schweiz) '

Messwandler - Manometer

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messwandler-Monometer zur Anzeige eines Druckes und Umwandlung des Druckes in einen entsprechenden elektrischen Strom, mit einem senkrecht angeordneten, aus einem elektrisch isolierenden Material bestehenden· Rohr, dessen oberes Ende zur Atmosphäre hin geöffnet ist und dessen unteres Ende· mit einem gegenüber der Atmosphäre verschlossenen, eine elektrisch leitende Messflüssigkeit enthaltenden Vorratsbehälter in Verbindung steht, derart, dass ein auf die Messflüssigkeit im Vorratsbehälter ausgeübter, veränderlicher Druck eine entsprechende Aenderung des Messflüssigkeitsstandes im Rohr bewirkt.

Ein automatisch arbeitendes Gerät zur einfachen-und bequemen Messung des Blutdruckes (Sphygmomanometer) ist für gewisse Gebiete der Medizin von besonderer Wichtigkeit. Insbesondere in Qperationsräumen und auf Pflegestationen von Spitälern, aber auch in medizinischen Forschungslaboratorien finden solche automatisch arbeitende Geräte Verwendung. Von einem derartigen Gerat wird verlangt, dass es ein Alarmsignal auslösen kann, wenn der Blutdruck einen bestimmten Grenzwert über- oder unterschreitet, und dass es den momentanen Blutdruck visuell anzeigt und gegebenenfalls aufzeichnet.

Zur Umwandlung eines Druckes in einen elektrischen Strom sind verschiedene Messwandler, die ein Mancimeterrohr benützen, bekannt. Ob-. wohl viele der bekannten Messwandler am Anfang sehr gut arbeiten, ist doch gefunden worden, dass zwischen einer Druckänderung und der entsprechenden Stromändsrung Unregelmässigkeitsn aufgrund einer Bildung unerwünschter Verunreinigungen auftreten. Solche Unregel-

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mässigkeiten bewirken falsche Alarmsignale und ungenaue Aufzeichnungen. Da das menschliche Leben von der ordnungsgemässen Funktion eines Blutdruckmessgerätes und/oder Ueberwachungsgerätes abhängen kann, können die genannten Unregelmässigkeiten nicht toleriert werden. Aus diesem Grunde haben Messwandler-Manometer der eingangs erwähnten Art in der Praxis keine Verwendung gefunden.

. Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein Manometer schaffen zu können, das als Messwandler zur Umwandlung Bines Druckes in einen elektrischen Strom arbeitet, gleichzeitig den jeweiligen Druck visuell anzeigt und .die angeführten Nachteile bekannter Geräte vermeidet.

Erfindungsgernäss ist das Messwandler-Manometer dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Mittel innerhalb des Rohrs mit der Messflüssigkeit gekoppelt sind, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, dessen Grosse vom Messflussigkeitsstand im Rohr abhängig ist, und dass sich auf der freien Oberfläche der Messflüssigkeit im Rohr mindestens ein schwimmendes Organ befindet, um sich bildende Verunreinigungen innerhalb des Rohr aufzutrennen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. ■ . .

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In einem Manometer 10 ist ein hochohmiger Widerstandsdraht 11 inner- W] halb und längs eines Teiles eines langgestreckten Glasrohrs 12 angeordnet. Der Widerstandsdraht 11 kann aus Wolfram, Platiniridium oder ein.em ähnlichen Material bestehen, das mit Quecksilber nicht reagiert und durch die Atmosphäre praktisch nicht angegriffen wird. Das Glasrohr 12 ist an einer mit einer Druckwert-Skala versehenen Trägerplatte 13 befestigt. Schellen 14 halten das Glasrohr 12 an der Trägerplatte 13 fest. Das Glasrohr 12 ist senkrecht angeordnet und an seinem oberen off'enen Ende mit einer Kappe 15 versehen. Die Kappe weist eine Oeffnung 16 auf. Am oberen Ende des Glasrohrs 12 ist farner eine luftdurchlässige Lederscheibe 17 angeordnet. Die Qeffnung 16 und die.Scheibe 17 erlauben den Durchtritt von Luft aus der Atmosphäre in das Messrohr bzw. aus dem Messrohr in die

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.Atmosphäre, filtern jedoch die Luft und verhindern ein Verschütten von Quecksilber* aus dem Glasrohr 12. Das untere Ende des Glasrohrs 12 ist an einem abgeschlossenen, Quecksilber 20 enthaltenden •Reservoir 21 angebracht. "

VJenn das Manometer 10 beispielsweise als Teil eines Blutdruckmesseis benutzt wird, erzeugt eine Luftpumpe, z.B. ein mit einer Lufteintrittsöffnung 34 versehener Gummiball 30, einen Luftdruck, der über ein Ventil 31, eine aufblasbare Manschette 32 und einen Schlauch 33 auf das obere Ende des Reservoirs 21 übertragen wird. In einer automatischen Einrichtung kann die Luftpumpe 30 eine elektrisch gesteuerte Luftpumpe sein. Beim Messen des Blutdrucks kann die aufblasbare Manschette 32 um den Oberarm an die Armschlagader gelegt werden. VJenn der Luftdruck der Luftpumpe 30 ansteigt, dehnt sich die Manschette 32 aus, und die Quecksilbersäule im Glasrohr 12 steigt.

Eine nicht dargestellte Spannungsquelle B+ ist an eine Klemme 35 angeschlossen und über einen Widerstand 36 mit dem obersten Teil des Widerstandsdrahtes 11 verbunden. Der Widerstand 36 kann ein Abschnitt des hochohmigen Widerstandsdrahtes 11 sein. Wie dargestellt, kann das Quecksilberreservoir 21 mit Erde oder aber auch mit.einem Bezugspotential verbunden sein. Eine Melde- und/oder Aufzeichnurigsvorrichtung 3B ist an den obersten Teil des Widerstandsdrahtes 11 und an Erde bzw. das Bezugspotential angeschlossen.

Wenn mittels des Gummiballs 30 ein Luftdruck in der Manschette 32 und über dem Reservoir 21 erzeugt wird, steigt die Quecksilbersäule. Da die Quecksilbersäule ein besserer elektrischer Leiter als der Üochohmige Widers"tandsdraht ist, bildet die ansteigende Quecksilbersäule einen zunehmenden Nebenschluss, für den Widerstandsdraht 11, so dass der vom obersten Teil des Widerstandsdrahtes U zur Erde bzw. zum Bezugspotential fliessende Strom zunimmt. Deshalb nimmt die Potentialdifferenz an den Eingangsklemmen der MeI- ' ~ de- und/oder Aufzeichnungsvorrichtung 38 ab.

Wenn eine Abnahme des Luftdrucks auftritt, beispielsweise durch

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Oeffnung des Luftdruckregulierventils 31* um'langsam Luft aus der Manschette 32 abzulassen und den Luftdruck über dem Reservoir 21 zu vermindern, sinkt das Quecksilberniveau im Glasrohr 12 und bewirkt einen geringeren Nebenschluss des Widerstandsdrahtes 11. Der verminderte Nebenschluss des Widerstandsdrahtes 11 bewirkt eine entsprechende Herabsetzung des vom obersten Teil des Widerstandsdrahtes zur Erde bzw. zum Bezugspotential fliessepden Stroms, so dass die an den Eingangsklemmen der Melde- und/oder Aufzeichnungsvorrichtung 38 ansteigt. Wenn das Druckregulierventil 31 eine zeitlich lineare Luftdruckverminderung bewirkt, sollte sich auch der · Strom im WiderstandsJraht zeitlich linear verändern. Diese Stromänderung kann aufgezeichnet werden und dann, wenn der Blutdruck unterhalb oder oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, ein Alarmsignal auslösen. Ein derartiges Gerät dient demnach sowohl der Aufzeichnung und/oder Meldung von Blutdruckwerten als auch einer visuellen Anzeige des Blutdruckes.

Wenn das beschriebene Manometer über eine längere Zeit betrieben wird, können zwei sich in einer Nichtlinearität zwischen dem Luftdruckwert und dem Stromwert bemerkbar machende Fehlerquellen auftreten. Eine erste Fehlerquelle tritt während der Luftdruckverminderung dadurch auf,, dass der Quecksilbermeniskus gelegentlich auf der Oberfläche des Glasrohrs hängen bleibt und dann plöizlich fällt, so dass am Eingang der Melde- und/oder Aufzeichnungsvorrichtung ein nichtlineares Signal erzeugt wird. Es wird angenommen, dass dieses Hängenbleiben durch die Bildung von Verunreinigungen im Quecksilber entsteht. Eine zweite Fehlerquelle, die sich ebenfalls während einer linearen Luftdruckverminderung bemerkbar macht, ist die Bildung von unerwünschten Stoffen oder Verunreinigungen auf dem hochohmigen Widerstandsdraht 11, z.B. von Quecksilberoxyd HgO und/oder Schmutz. Solche Verunreinigungen isolieren den Widerstandsdraht 11 mindestens stellenweise vom elektrischen Kontakt mit dem Quecksilber und verursachen eine ungenaue oder gar ausbleibende Stromanzeige. Beide erwähnten Nichtlinearitäten verursachen diese Ungenauigkeiten während der Luftdruckverminderung, welche bei einer Verwendung des Manometers als Blutdruckmesser die kritische Messperiode ist. Solche Nichtlinearitäten sind im Hinblick auf die "genannte Verwendung des Manometers nicht nur unerwünscht, sondern

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machen das Manometer sogar unbrauchbar. .

Es ist gefunden worden, dass sich die angeführten Nachteile dadurch vermeiden lassen, dass auf den Spiegel der Quecksilbersäule eine'kleine Kunststoffkugel 40, z.B. eine IMylonkugel, gelegt wird, deren Durchmesser bei einer lichten Weite des Glasrohrs 12 von 10 mm etwa 3 mm betragen kann. Beim Absinken der Quecksilbersäule dreht und gleitet die Kugel 40 auf dem und über den Meniskus der Quecksilbersäule. Dadurch, dass die Kugel die Oberfläche des Queck-. Silbers bewegt und aufrührt, werden die auf der Quecksilberoberfläche angesammelten Verunreinigungen auseinandergerissen, so dass sie den Kontakt des Widerstandsdrahtes mit dem Quecksilber nicht ^jneiir—isolieren können. Durch die der Kugel 40 beim-Steigen oder Sinken der Quecksilbersäule vermittelte Bewegung verhindert die Kugel auch, dass der Meniskus der Quecksilbersäule gelegentlich an der Rohrinnenwand hängen bleibt. Zudem reibt die Kugel 40 am'Widerstandsdraht 11 und an der Innenwand des Glasrohrs 12, so dass diese selbsttätig gereinigt werden.

Es ist anhand mehrerer, während längerer Zeit in Betrieb genommener Manometer mit und ohne auf der Quecksilbersäule schwimmender Kugeln, gefunden worden, dass die mit Kugeln versehenen Manometer im Gegen-· satz zu den andern eine dauernd lineare Betriebscharakteristik zeigen. " ■ ' . -

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Claims (5)

Patentansprüche

1. Messwandler-Manometer zur Anzeige eines Druckes und Umwandlung des Druckes in einen entsprechenden elektrischen Strom, mit einem senkrecht angeordneten, aus einem elektrisch isolierenden Material bestehenden Rohr, dessen oberes Ende zur Atmosphäre hin geöffnet ist und dessen unteres Ende mit einem gegenüber der Atmosphäre verschlossenen, eine elektrisch leitende Messflüssigkeit enthaltenden Vorratsbehälter in Verbindung steht, derart, dass ein auf die Messflüssigkeit im Vorratsbehälter ausgeübter, veränderlich ex* Druck eine entsprechende Aenderung des Messflüssigkeitsstandes im Rohr bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Mittel (11, 36, B+) innerhalb des Rohrs (12) mit der Messflüssigkeit (20) gekoppelt sind, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, dessen Grosse vom Messflüssigkeitsstand im Rohr abhängig ist, und dass sich auf der freien Oberfläche der Messflüssigkeit {20) im Rohr (12) mindestens ein schwimmendes Organ (40) befindet, um sich bildende Verunreinigungen innerhalb des Rohrs aufzutrennen.

2. Messwandler-Manometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Mittel mindestens einen innerhalb des Rohrs (12) angeordneten Leiter (11) enthalten und dass das schwimmende Organ ein frei beweglicher^ auf der Oberfläche der Messflüssigkeit (20) schwimmender Körper (11) ist, welcher derart ausgebildet ist, dass er bei einer Aenderung des Messflüssigkeitsstandes die freie.Oberfläche der Messflüssigkeit aufrührt und durch Reiben den Leiter reinigt.

3. Messwandler-Manometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Leiter (11) eine Spannungsquelle (B+) angeschlossen ist, derart, dass der Strom im Leiter linear mit Aenderungen des Standes der mit dem Leiter in elektrischem Kontakt stehenden Messflüssigkeit (20) variiert. ·

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4. Hesswandler-Manometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der frei schwimmende Körper (11) eine Kunststoff kugel, z.B.· eine Nylonkugel, ist und dass die Messflüssigkeit (20) aus Quecksilber besteht.

5. Messwandler-Manometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der'Durchmesser der Kunststoffkugel (11) klein ist,' z.B. mindestens dreimal kleiner, gegenüber dem Innendurchmesser des Rohrs (12). .

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