DE2044101C3 - Strömungsmesser, insbesondere Atemstromrezeptor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömungsmesser, insbesondere Atemstromrezeptor für die Lungenfunktionsdiagnostik, bestehend aus einem Strömungsrohr mit zwei in Strömungsrichtung hintereinander und gegenüber den Rohrenden um eine bestimmte Wegstrecke zur Rohrlängsmitte hin versetzt angeordneten Ableitstutzen für die Abnahme eines querschnittgemittelten Druckdifferenzwertes über ein sich in Höhe des jeweiligen Ableitstutzens über den Querschnitt des Strömungsrohres erstreckendes Druckleitungssystem.

Durch die deutsche Patentschrift 2 86 614 wurde bereits im Jahre 1914 erstmalig ein Atemströmungsmesser bekannt, dessen Strömungsrohr durch zur Strömungsrichtung parallele Zwischenwände in eine Vielzahl schmaler Strömungskammern unterteilt war. Bei diesem Strömungsmesser wurde jedoch im Unterschied zum vorstehend angeführten Strömungsmesser im Atemstromweg nur ein einziger Atemdruckwert gemessen und dieser Wert lediglich mit einem außerhalb des Atemstromweges liegenden Druckwert (Umgebungsluftdruck) verglichen; zudem erfolgte die Abnahme des einzigen Atemdruckwertes ausschließlich am Eingang des Strömungsrohres, d. h. also noch vor dem Eintritt der Atemluft in die eigentlichen Strömungskammern. Eine derart gestaltete Druckabnahme hat jedoch sehr erhebliche Nachteile, wenn man die Proportionalitätsverhältnisse zwischen dem schließlich gesuchten Volumenstromwert des Atemstromes und dem jeweils tatsächlich gemessenen Differenzdruckwert beachtet. Die für exakte Stromwerte unabdingbare Proportionalität zwischen Atemstrom und Atemdruckdifferenz erhält man jedoch tatsächlich nur dann, wenn man am Atemströmungsrohr die Druckdifferenz ausschließlich im Bereich voll ausgebildeter laminarer Strömungsprofile abnimmt. Beim Strömungsmesser nach der entgegengehaltenen deutschen Patentschrift 2 86 614 wird der Atemdruckwert tatsächlich nicht im Bereich laminarer Strömung sondern am Eingang des Strömungsrohres, wo starke Verwirbelungen auftreten können, abgenommen. Es ergeDen sich somit Meßfehler, die bei der Volumensirommessung erhebliche Unsicherheiten hervorrufen.

Schon A. F1 e i s c h hatte dieses Problem bereits vor Jahren erkannt und in Abgang von den Strömungsmessern des damaligen Standes der Technik seine sogenannte »Fleisch'sche Düse« konstruiert (s. »Der Pneumotachograph« von A. FI e i s c h, VEB Thieme Verlag, Leipzig, 1956, S. 52 bis 57, wo auf der Eingangsseite angedeutet wird, daß Fleisch'sche Düsen bereits im Jahre 1926 für Atemstrommessungen eingesetzt wurden). Diese Düse zeichnet sich speziell dadurch aus, daß erstmalig Strömungsrohre Anwendung fanden, bei denen die Druckdifferenz zwischen zwei unmittelbar am Strömungsrohr angeordneten Ableitstutzen abgenommen wurde, wobei die Ableitstutzen am Strömungsrohr in Strömungsrichtung hintereinander und gegenüber den Rohrenden um eine bestimmte Wegstrecke zur Rohrlängsmitte hin versetzt angeordnet waren. Die Versetzung der Ableitstutzen war so gewählt, daß der Abtiahmebereich für die Druckdifferenz tatsächlich im Bereich ausgebildeter laminarer Strömung der Atemluft lag. Der Vorteil dieser Konstruktion hinsichtlich einer verbesserten Signalmeßsicherheit war offensichtlich so groß, daß in den folgenden Jahrzehnten bei Atemstrommessungen praktisch nur noch Fleisch'sche Düsen eingesetzt wurden, obgleich auch den Fleisch-'schen Düsen nicht unerhebliche Nachteile anhaften. Diese Nachteile sind, daß bei Fleisch'schen Düsen die Druckdifferenz am Strömungswiderstand auf Grund der unterschiedlichen Anströmverhältnisse an den beiden Atemrohrenden bei Inspiration und Exspiration unterschiedlich groß ist, daß ihr Totvolumen groß ist, wodurch es notwendig ist, für die einzelnen Meßbereiche verschiedene Düsen zu verwenden, daß es notwendig ist, die Düsen zu beheizen, daß sie ferner insbesondere wegen der engen Querschnittsöffnungen der Kapillarröhrchen schwierig zu reinigen sind, daß sie ein großes Gewicht haben und letztlich, daß sich wegen des erheblichen Fertigungsaufwandes auch em entsprechend hoher Preis ergibt.

Zwar wurden in der Zwischenzeit bereits schon Versuche unternommen, auch Fleisch'sche Düsen weiter zu verbessern; die Verbesserungsversuche beschränkten sich jedoch allein auf die querschnittgemittelte Druckabnahme, wo also der Druck nicht mehr wie bei der ursprünglichen Fleisch'schen Düse nur an zwei Ringkanälen an der äußersten Randzone des Kapillarröhrchen-Bündels sondern über dem gesamten Strömungsquerschnitt des Rohres erfaßt wird, so daß sich ein mittlerer Differenzdruck ergibt, der bei Exspiration und bei Inspiration annähernd gleich groß ist. Diese Verbesserungsversuche führten jedoch insgesamt entweder nur zu unvollständigen oder sogar vom Meßergebnis her abwegigen Lösungen. So beschreibt zwar beispielsweise die US-PS 30 71 160 eine Düse nach Fleisch'scher Art, bei der bereits schon Kapillaröffnungen innerhalb des Rohres zusätzlich zu den Randröhrchen mit den Druckableitstutzen pneumatisch verbunden sind. Bei dieser Lösung ergibt sich jedoch kein echter querschnittgemittelter Differenzdruck, da das gewählte Anzapfkonzept lediglich die Anzapfung nur einiger weniger, nicht jedoch sämtlicher Kapillarröhrchen im Querschnitt zuläßt. Demgegenüber erlaubt jedoch der Strömungsmesser nach der US-PS 33 49 619,

der eine weitere Modifikation der Fleisch'schen Düse darstellt, bereits eine querschnittgemittelte Druckabnahme, jedoch auf Kosten der Laminarität der Strömung, da der Strömungswiderstand beim Strömungsmesser nach der US-PS 33 49 619 in insgesamt drei Einzelwiderstände unterteilt ist, die durch freie Lufträume voneinander getrennt sind, wobei die Lufträume die Ausbildung eines durchgehenden laminaren Strömungsprr>fils also von vornherein verhindern. Damit ist keine Proportionalität zwischen dem eigentlich gesuchten Volumenstromwert der Atemströmung und dem jeweils tatsächlich gemessenen (minieren) Differenzdruckwert gegeben. Man erhält demnach auch völlig unkontrollierbare Druckmeßwerte, die einen Rückschluß auf die Größe des jeweiligen Volumenstromes nicht im geringsten erlauben.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es nun, einen Strömungsmesser anzugeben, der unter Beibehaltung der unbestrittenen meßtechnischen Vorteile Fleisch-'scher Düsen deren Nachteile insgesamt nicht aufweist.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem Strömungsmesser der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strömungsquerschnitt des Rohres in an sich bekannter Weise durch zur Strömungsrichtung parallele Zwischenwände in eine Vielzahl schmaler Strömungskammern unterteilt ist und daß diese Strömungskammern jeweils in Höhe der Ableitstutzen speziell durch Bohrungen in der Rohrwandung mit je einem dem jeweiligen Ableitstutzen zugeordneten, an der Rohrwandung verlaufenden Sammelkanal verbunden sind.

Der Strömungsmesser nach der Erfindung erlaubt die Abnahme eines querschnittgemittelten Differenzdruckes bei ungestörtem laminarem Strömungsprofil. Hierdurch ergibt sich ein mittlerer Differenzdruck, der bei Exspiration und Inspiration im wesentlichen immer gleich groß ist und zudem in guter Proportionalität /um eigentlich zu messenden Volumenstromwert des Atemstromes steht. Die aus der nunmehrigen Gleichartigkeit der Anströmverhältnisse resultierende gute Anströmempfindlichkeit sowie die Verbesserung des Wirkungsquerschnittes erlauben besonders günstige Trichterbzw. Mundstückformen im Hinblick auf eine Verkleinerung des Totraumes. Da der Querschnitt der einzelnen Strömungskammern des erfindungs^emäßen Strömungsmessers erheblich größer ist als der Querschnitt der engen Kapillarröhrchen bei der Düse nach Fleisch, läßt sich der Strömungsmesser nach der Erfindung auch sehr viel einfacher reinigen. Der erfindungsgemäße Strömungsmesser ist weiterhin billig, da der Fertigungsaufwand auf Grund seines einfachen Aufbaues gering ist. Damit beseitigt also der Strömungsmesser nach der Erfindung — wie erwünscht — sämtliche Nachteile der Strömungsmesser des Standes der Technik unter Beibehaltung deren Vorteile. Er ist gegenüber den bekannten Strömungsmessern also fortschrittlich, ohne jedoch durch diese auch gleichzeitig nahegelegt zu sein. Auch wenn es durch die deutsche Patentschrift 2 86 614 bereits bekannt war, den Strömungsquerschnitt eines Rohres durch zur Strömungsrichtung parallele Zwischenwände in eine Vielzahl schmaler Strömungskammern zu unterteilen, so konnte es nämlich dennoch für den Fachmann nicht naheligend sein, zur Beseitigung von Nachteilen speziell der Fleisch'schen Düsen auf diesen bereits sehr alten, für Atemstrommessungen wenig geeigneten und deshalb von der Fachwelt jahrzehntelang nicht mehr beachteten Strömungsmesser des Standes der Technik zurückzugreifen und lediglich ein Teilmerkmal dieses Strömungsmessers (schmale Stromungskammern) zusammen mit den unbestreitbar neuen Merkmalen (Bohrungen, Sammelkanälen usw.) zu einem neuen besonders vorteilhaften Strömungsmesser zu vereinigen.

An Hand der Zeichnung sei im nachfolgenden noci ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die F i g. 1 und 2 zeigen in der Perspektive sowie im Seitenriß teilweise im Schnitt ein Strömungsrohr 1 mit zwei in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden Ableitstutzen 2 und 3, an denen das Drucksignal abgcnommen und über nicht gezeichnete Leitungen auf ein geeignetes Differenzdruckmanometer gegeben wird. Das Innere des Rohres 1 ist durch zu den Seitenwandungen 4 parallele, an den Innenseiten der Rohrwandungen 5 und 6 befestigte (in Schlitze eingeschoben und dann verklebt) etwa ü.05 mm dicke Folien 7 aus Polyvinylchlorid in eine Vielzahl schmaler Strömungskammern 8 unterteilt.

Jede einzelne Strömungskammer 8 ist über in Höhe der Ableitstutzen 2 und 3 in der Wandung 6 des Rohres t angebrachte, zu den Stutzen 2 und 3 achsparallele Bohrungen 9 und 10 sowie je einen den Ableitstutzen 2 und 3 zugeordneten Sammelkanal 11 bzw. 12 mit dem zugehörigen Ableitstutzen 2 bzw. 3 pneumatisch verbunden.

Als Baumaterial kann Kunststoff verwendet werden, so daß das Gewicht des Strömungsmessers klein gehalten werden kann. Die Verwendung von geeigneten Kunststoffen verhindert außerdem eine Kondenswasserbildung, so daß auf eine Heizung verzichtet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Strömungsmesser, insbesondere Aiemstromrezeptor für die Lungenfunktionsdiagnostik, bestehend aus einem Strömungsrohr mit zwei in Strömungsrichtung hintereinander und gegenüber den Rohrenden um eine bestimmte Wegstrecke zur Rohrlängsmitte hin versetzt angeordneten Ableitstutzen für die Abnahme eines querschnittgemittelten Druckdifferenzwertes über ein sich in Höhe des jeweiligen Ableitstutzens über den Querschnitt des Strömungsrohres erstreckendes Druckleitungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt des Rohres (1) in an sich bekannter Weise durch zur Strömungsrichtung parallele Zwischenwände (7) in eine Vielzahl schmaler Strömungskammern (8) unterteilt ist und daß diese Strömungskammern jeweils in Höhe der Ableitstutzen (2, 3) speziell durch Bohrungen (9, 10) in der Rohrwandung (6) mit je einem dem jeweiligen Ableitstutzen (2, 3) zugeordneten, an der Rohrwandung (6) verlaufenden Sammelkanal (11,12) verbunden sind.

2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenwände (7) Kunststoffolien geringer Dicke, z. B. 0,05 mm, verwendet sind.