DE19617318A1 - Meßkopf für einen Atemstrommesser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Meßkopf für einen Atemstrommesser mit Richtungsbestimmung entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein derartiger Meßkopf geht aus der DE 34 37 595 C2 hervor. Die dort beschriebene Messung beruht darauf, daß ein in die Atemluftleitung eines Patienten eingebauter Meßkopf einen ersten Temperaturfühler aufweist, der im Strömungsbeeinflussungsbereich eines Luftwiderstandskörpers liegt, so wie einen zweiten, der außerhalb des Strömungsbeeinflussungsbereichs liegt. Beide Temperaturfühler werden wie bei vorliegender Erfindung auch mittels getrennter elektronischer Temperaturregelkreise auf einer konstanten, gegenüber der Außenlufttemperatur erhöhten Arbeitstemperatur gehalten. Mit einem Meßgerät und einer geeigneten Auswertung wird die für die Kompensation der bei der Atmung oder Beatmung eines Patienten erfolgende Abkühlung des einen Fühlers als Wert für den Luftvolumendurchsatz ermittelt. Durch Differenzbildung der Energiezufuhrwerte beider Fühler kann die Luftströmungsrichtung bestimmt werden, weil der erste Temperaturfühler bezüglich der einen Luftströmungsrichtung stärker abgekühlt wird als für die dazu umgekehrte, während der zweite Temperaturfühler praktisch unbeeinflußt von der Luftströmungsrichtung ist.

Derartige Meßköpfe für Atemstrommesser werden in die Atemluftleitung vom Beatmungsgerät zum Patienten eingesetzt und dienen zur bidirektionalen Messung des Gasdurchflusses (für die Inspiration und die Exspiration). Abhängig vom Anwendungsfall, also beispielsweise Frühgeborenen- oder Erwachsenenbeatmung, Einbauort des Meßkopfes in der Atemluftleitung sowie Querschnitt der an den Meßkopf direkt anschließenden Atemleitungselemente, ist es erforderlich, einen Meßkopf unter verschiedenen Bedingungen einzusetzen.

Ein Problem, insbesondere bei der Kleinkinder- und Frühgeborenenbeatmung, ergibt sich durch den Anschluß sehr kleiner Anschlußelemente an den Meßkopf, die im Falle von Tubusanschlußstücken nur noch einen Durchmesser von im Extremfall wenigen Millimetern haben, so daß der in den Meßkopf gelangende Gasstrom wie ein Düsenstrahl einströmt, dessen Strömungsprofil das Meßergebnis des Atemstrommessers erheblich verfälschen kann. Hinzu kommt, daß die Strömungsvolumina pro Zeiteinheit extrem unterschiedlich sein können.

Es ist in der Praxis bereits bekannt, in derartigen Meßköpfen Gitter vorzusehen, um das durch Wirbel gestörte Strömungsprofil zu glätten. Da die gattungsgemäßen Meßköpfe bidirektional messen, wird auf der Ein- und Ausströmseite je ein Gitter angeordnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen bekannten Meßkopf für einen richtungsabhängigen Atemstromsensor derart zu verbessern, daß das Strömungsprofil im Meßkopf weiter geglättet und somit das Meßergebnis verbessert wird, wobei gleichzeitig der Atemwegswiderstand möglichst gering gehalten wird. Außerdem soll ein großer Volumenstrombereich abgedeckt werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstands gemäß Anspruch 1.

Ein wesentlicher Vorteil vorliegender Erfindung besteht darin, daß durch die örtliche Trennung von Streufläche und Gitter im Ein- und Ausströmbereich des Meßkopfes ein inhomogenes Strömungsprofil geglättet wird, durch die Streufläche die Einwirkung eines gebündelten Luftstroms auf einen oder beide Temperaturfühler und dadurch ein höherer Gasvolumenstrom verhindert wird und gleichzeitig der Druckabfall am Meßkopf bzw. der entsprechenden Atemwegswiderstand kleiner als 13,5 mbar bei einer Atemgasströmung von 30 Liter/Minute bleibt. Der Meßkopf gemäß Erfindung kann darüber hinaus für einen relativ großen Meßbereich von ca. 0,25 bis 35 Liter/Minute eingesetzt werden.

Insgesamt wird also die Meßgenauigkeit verbessert, ohne daß der Atemwegswiderstand über einen vorgegebenen Grenzwert steigt, wobei gleichzeitig mit einem Meßkopf ein großer Volumenstrombereich vermessen werden kann.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Separierung von Streufläche und Gitter die besten Ergebnisse lieferte, wenn sowohl ein Abstand von vorzugsweise etwa 1,5 mm zwischen beiden eingehalten wird als auch die Streufläche 65% des Strömungskanalquerschnitts am Einbauort im Meßkopf einnimmt. Im letzteren Fall wird verhindert, daß der effektive, der Gasströmung zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt auf weniger als etwa 50% des Strömungskanalquerschnitts durch die gemeinsame Wirkung von Gitter und Streufläche ohne räumliche Trennung verengt wird. Wenn die Streufläche zu groß wird, entsteht an der Begrenzungslinie wieder ein Düseneffekt, und das Strömungsprofil wird wieder inhomogener und abhängig von der Gasströmungsgeschwindigkeit. Dadurch ergeben sich wiederum größere Meßfehler. Die räumliche Trennung von Gitter und Streufläche führt nun zu einer deutlichen Vergrößerung des kleinsten effektiven Strömungsquerschnitts, so daß die Meßgenauigkeit für einen bestimmten Druckabfall steigt bzw. ein niedrigerer Druckabfall/Atemwegswiderstand bei gleicher Meßgenauigkeit im Vergleich zur räumlich nicht getrennten Anordnung erreicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, die schematisch in zeigt

Fig. 1 einen Meßkopf mit einer erfindungsgemäßen Anordnung von Gitter und Streufläche im Längsschnitt und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Streufläche in Frontansicht.

In Fig. 1 ist ein Meßkopf für einen richtungsabhängigen Atemstrommesser dargestellt. Ein robustes, vorzugsweise transparentes, Kunststoffgehäuse bildet einen Gasströmungskanal 2, der je einen erweiterten Ein- und Ausströmbereich aufweist, die sich zu beiden Seiten an einen mittleren Bereich 3 des Gasströmungskanals 2 mit konstantem Querschnitt anschließen. Im mittleren Bereich 3 konstanten Querschnitts befindet sich ein Luftwiderstandskörper 4, beispielsweise in Form eines senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Drahtes, sowie die beiden Temperaturfühler 5, 6, die über nicht dargestellte, geeignete Anschlüsse mit einer Meß- und Regeleinrichtung verbunden sind. Im Ausführungsbeispiel befinden sich die beiden Temperaturfühler 5, 6 und der Luftwiderstandskörper 4 auf der Mittellängsachse des Meßkopfes 1 in der Zeichenebene. Der Temperaturfühler 5 ist im Gegensatz zum zweiten Temperaturfühler 6 im Strömungsbeeinflussungsbereich des Luftwiderstandskörpers 4, so daß er je nach Gasströmungsrichtung mehr oder weniger abkühlt und somit abhängig von der Strömungsrichtung ist bzw. diese zu bestimmen vermag, wohingegen der zweite Temperaturfühler 6 richtungsunabhängig zur Messung des Volumenstromes des durch den Meßkopf 1 strömenden Gases über die Bestimmung der für eine konstante Heiztemperatur erforderlichen Energie dient. Jeweils im Ein- und Ausströmbereich des Strömungskanals 2 befindet sich ein Gitter 10, beispielsweise in Form eines sehr feinen Siebes, sowie zentral im Strömungskanal 2 eine Streufläche 7, wobei Gitter 10 und Streufläche 7 parallel zueinander und senkrecht zur Mittellängsachse des Meßkopfes angeordnet sind. Im Beispiel schützen die beiden außen angeordneten Gitter 10 alle anderen im Strömungskanal 2 befindlichen Bauelemente, insbesondere die Temperaturfühler 5, 6 vor Beschädigungen bei der Reinigung, Sterilisation oder Montage des Meßkopfes 1.

In Fig. 2 ist die Streufläche 7 in einer Frontansicht als Teil einer einstückigen, sternförmigen, durch drei speichenförmige Stege 8 mit einer äußeren, ringförmigen Befestigungseinrichtung 9 verbundene Struktur zu erkennen. Dabei wird die in Fig. 2 gezeigte Struktur vorzugsweise als geätzte Struktur in rostfreiem Stahl aus einem Stück gefertigt und danach im Meßkopf 1 befestigt. Die Streufläche 7 wirkt wie eine Prallplatte und verhindert, daß ein düsenförmig stark gebündelter Luftstrom direkt auf einen der Temperaturfühler 5, 6 auftrifft und dadurch die Messung verfälscht, insbesondere einen höheren Volumenfluß vortäuscht. Der Gasstrom strömt zwischen der Streufläche 7, den Stegen 8 und der ringförmigen Befestigungseinrichtung 9 hindurch. Der Befestigungsring dient zur klemmenden Befestigung der zentral den Streupunkt 7 enthaltenden Struktur im Meßkopf 1. Diese wird vorzugsweise gemeinsam mit dem Gitter 10 im Meßkopf 1 in geeignetem Material als Aussparung festgeklemmt. Im Ausführungsbeispiel betrug die Streufläche 7 etwa 6 mm², der Abstand zwischen Streufläche 7 und Gitter 10 etwa 1,5 mm und der Durchmesser des kreisförmigen Strömungskanals im Bereich von Streufläche 7 und Gitter 10 etwa 6,3 mm. Eine weitere Vergrößerung des Abstandes brachte für den untersuchten Meßkopf 1 keine weitere Verbesserung, vermutlich weil das Gas sich hinter dem Gitter 10 hinreichend ausbreiten kann.

Im Vergleich zu einer nicht erfindungsgemäß getrennten Anordnung von Gitter 10 und Streufläche 7 sinkt der Atemwegswiderstand für die Erfindung mit den angegebenen Spezifikationen von 13,8 mbar auf 12,7 mbar bei einem Gasvolumenstrom von 30 Liter/Minute. Gleichzeitig wird das durch Turbulenzen bewirkte Rauschen im Meßsignal vermindert, und die Meßstreuung sinkt je nach Meßbereich um bis zu 65%. Die Gitter 10 haben im Ausführungsbeispiel quadratische Struktur mit einer Maschenweite von 0,63 mm und einer Drahtstärke von 0,16 mm.

Claims (6)

1. Meßkopf für einen Atemstrommesser mit Richtungsbestimmung mit einem im Strömungskanal angeordneten Luftwiderstandskörper und zwei im Abstand voneinander und von dem Luftwiderstandskörper angeordneten Temperaturfühlern, wobei der eine Temperaturfühler im Strömungsbeeinflussungsbereich des Luftwiderstandskörpers liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein- und Ausströmbereich des Strömungskanals (2) des Meßkopfes (1) je mit einem Gitter (10) und einer zugehörigen, räumlich getrennt angeordneten Streufläche (7) versehen ist.

2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Gitter (10) und Streufläche (7) im Ein- und Ausströmbereich mindestens 0,4 mm, vorzugsweise etwa 1,5 mm beträgt.

3. Meßkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Temperaturfühler (5, 6) und der Luftwiderstandskörper (4) auf der Mittellängsachse des Meßkopfes (1) angeordnet sind, wobei in Bezug auf eine Luftströmungsrichtung beide Temperaturfühler (5, 6) hinter dem Luftwiderstandskörper (4) angeordnet sind, und daß der Abstand des einen Temperaturfühlers (6) vom Luftwiderstandskörper (4) wesentlich größer als der Abstand des zweiten Temperaturfühlers (5) vom Luftwiderstandskörper (4) ist, insbesondere mindestens doppelt so groß.

4. Meßkopf nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Streufläche (7) 5 bis 65% der Querschnittsfläche des Strömungskanals (2) einnimmt.

5. Meßkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Streufläche (7) kreisförmig ist und zentral im Strömungskanal (2) des Meßkopfes (1) angeordnet ist.

6. Meßkopf nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Streufläche (7) in einem Stück mit ihrer Befestigungseinrichtung (9) gefertigt ist.