DE2105357B2

DE2105357B2 - Gerät zum Messen des Flusses von in Leitungen strömenden Medien

Info

Publication number: DE2105357B2
Application number: DE2105357A
Authority: DE
Inventors: Sven-Gunnar Sidvard Sollentuna Olsson (Schweden)
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-03-25
Filing date: 1971-02-05
Publication date: 1978-08-03
Also published as: GB1306577A; SE354570B; DE2105357C3; US3765239A; DE2105357A1

Description

15

20

25

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Messen des Flusses eines in einer Leitung strömenden Mediums, insbesondere des Atemgases zum und/oder vom Patienten bei Respiratoren, mit einem Flußsteuerventil und einem Durchflußgeber, dessen elektrisches Ausgangssignal über einen Kondensator an einen Verstärker hoher Eingangsimpedanz angeschlossen ist.

Bei der Respirator-Behandlung ist eine Messung des Gasflusses zum/und vom Patienten erwünscht, um eine Kontrolle darüber zu haben, daß die vom Patienten ausgeatmete Gasmenge ebenso groß ist, wie die vom Respirator abgegebene Gasmenge. Aus dem Meßergebnis kann z. B. ersehen werden, ob in den Leitungen zwischen Respirator und Patienten ein Leck vorhanden ist. Bei Respiratoren mit Servo-Steuerung kann das Meßergebnis auch als Regelgröße für die Konstanthaltung eines erwünschten Flusses verwendet werden. Um eine bequeme Anzeige bzw. Weiterverarbeitung des Meßergebnisses zu ermöglichen, soll ferner das Meßergebnis in Form eines elektrischen Signals anfallen.

Von einem für die Messung des Atemgas-Flusses geeigneten Flußmesser wird gefordert, daß der Druckabfall über dem Messer sehr gering und bei einem Fluß von 11/sec möglichst den Wert 1 cm H₂O nicht übersteigt. Es sind Flußmesser bekannt, die diese Forderung erfüllen und gleichzeitig verhältnismäßig billig sind. Diese billigen Flußmesser haben jedoch den Nachteil, daß sie aufgrund der notwendigerweise erforderlichen sehr hohen Verstärkung relativ instabil bezüglich einer Nullpunktverschiebung sind. Andere bekannte Flußmesser, die diesbezüglich weniger instabil sind, sind dafür erheblich teuerer und komplizierter. Bei Flußmessern für Respiratoren ist es jedoch unbedingt erforderlich, daß die Nullpunktverschiebung klein ist. Solche Flußmesser sollen außerdem einen weiten Meßbereich aufweisen. Ferner sollen eventuell auftretende Meßfehler auch bei kleinen Flußwerten so klein wie möglich gehalten werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät der obengenannten Art anzugeben, bei dem eine Nullpunktverschiebung nicht mehr auftritt und somit Meßfehler praktisch nicht mehr auftreten können, was wiederum den Vorteil mit sich bringt, daß einfache und billige Flußmesser verwendet werden können, ohne daß die Gesamtfunktion des Gerätes verschlechtert wird.

Die Aufgabe wird mit einem Gerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Abhängigkeit von der Ventilbewegung gesteuerte Schaltmittel vorgesehen sind, welche jeweils mit dem Schließen des Flußsteuerventils den Verstärkereingang an Nullpotential legen.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Tatsache ausgenützt, daß sowohl der Einatmungs- als auch der Ausatmungsfluß während eines Teiles des Atmungskreislaufes Null entspricht. Wird nunmehr jeweils während des Nulldurchganges des Atmungskreislaufes das Gerät auf den Nullpunkt eingestellt, so kann der selbst bei einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Kreisläufen auftretende Nuilpunktfehler niemals größer werden als der Fehler, der während eines einzigen Atmungskreislaufes auftritt Das erfindungsgemäße Gerät erweist sich also vorteilhaft gegenüber den bisher bekannten Geräten, bei denen der während aufeinanderfolgender Atmungskreisläufe auftretende gesamte Nullpunktfehler sich als Summe der bei den einzelnen Atmungskreisläufen entstehenden Nullpunktfehler ergibt.

Durch die US-PS 34 75 600 ist zwar bereits ein Signalverarbeitungsgerät mit einem Schaltungskreis zur Unterdrückung der Nullpunktdrift vorbekannt. Dieser Schaltungskreis umfaßt jedoch einen Spannungs/Frequenzwandler, der das anfallende Nutzsignal in eine Folge von Impulsen umwandelt, deren Impulsfolgefrequenz der Amplitude des Nutzsignals proportional ist. Dem Spannungs/Frequenzwandler ist nun ein Drift-Korrekturglied zugeordnet, das das Vorliegen einer Nulldrift erkennt und mit dem Erkennen der Nulldrift dem Eingang des Spannungs-Frequenzwandlers eine Korrekturspannung für die Nullpunktdrift zuführt in dem Sinne, daß die Nullpunktdrift kompensiert wird. Während also bei vorliegender Erfindung durch periodisches Nullsetzen des Eingangs eines Verstärkers die Weiterleitung einer Nulldrift an den Eingang des Verstärkers bereits verhindert wird, wird bei der Korrekturvorrichtung nach der US-PS eine schon am Eingang eines Verarbeitungsgerätes, d. h. im vorliegenden Fall eines Spannungs/Frequenzwandlers, anliegende Nulldrift durch entsprechende Zuführung einer Gegenspannung kompensiert. Der Gegenstand der US-PS 34 75 600 unterscheidet sich demnach nach Aufbau und Funktionsweise grundsätzlich vom vorliegenden Erfindungsgegenstand.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Steuerung der Schaltmittel im Sinne einer Zuführung des Nullpotentials zum Verstärkereingang aufgrund eines Steuerimpulses, welcher von einer die Ventilbewegung abtastenden Fotozellen-Einrichtung beim Schließen des Ventils erzeugt wird. Als Schaltmittel wird vorteilhaft ein Feldeffekttransistor verwendet.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und seine Wirkungsweise erläutert

In der Figur, welche das Prinzipschaltbild der Erfindung darstellt, sind mit 1 ein Steuerventil und mit 2 ein Flußmesser bezeichnet. Das Steuerventil 1 steuert den Fluß eines strömenden Mediums durch eine Leitung 3, der Flußmesser 2 dient zum Messen der jeweils vorliegenden Flußstärke in der Leitung 3.

Die Leitung 3 stellt vorzugsweise die Einatmungs-

bzw. Ausatmungsleitung eines Respirators mit Servosteuerung dar. Das Steuen/entil 1 bzw. der Flußmesser 2 dienen somit zur Steuerung bzw. zum Messen des Atemgasflusses in der Leitung 3.

Der Flußmesser 2 besteht im wesentlichen aus einem s in der Leitung 3 angebrachten Dehnungsmeßstreifen, der in Abhängigkeit von der Stärke des fließenden Atmungsgases verbogen wird. Jede Verbiegung des Dehnungsmeßstreifens bewirkt eine Widerstandsänderung in einer Widerstandsmeßbrücke. Das aufgrund ι ο einer Widerstandsänderung am Ausgang der Brücke erzeugte elektrische Signal ist dann jeweils proportional zur Stärke des Flusses.

Um den Druckabfall am Dehnungsmeßstreifen in der Leitung 3 niedrig zu halten, muß der Dehnungsmeßstreifen kleine Abmessungen besitzen. Man erhält dadurch ein verhältnismäßig schwaches Signal, welches, um weiter verarbeitet werden zu können, verstärkt werden muß. Diese Verstärkung geschieht in einem dem Flußmesser 2 nachgeschalteten Verstärker 4.

Das verstärkte Signal wird ferner über einen Kondensator 5 einem weiteren Verstärker 6 mit hoher Eingangsimpedanz zugeführt. Das am Ausgang dieses Verstärkers 6 anfallende Signal kann entweder unmittelbar einem Anzeigegerät für die Anzeige der Flußstärke zugeführt oder für die Servo-Steuerung des Respirators verwendet werden.

Der Eingang des Verstärkers 6 läßt sich über eine Leitung 7 sowie einen als Schalter arbeitenden Feldeffekttransistors 8 mit Nullpotential (Erde) verbinden. Die Steuerung des Transistors 8 geschieht it) Abhängigkeit von der Bewegung des Steuerventils 1 über eine Fotozellen-Einrichtung 9, welche die Ventilbewegung abtastet.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gerätes ergibt sich wie folgt:

Aufgrund von Temperaturschwankungen oder beispielsweise Lageänderungen des Dehnungsmeßstreifens in der Leitung 3 ergeben sich Vorspannungen am Dehnungsmeßstreifen, welche eine Nulipunktverschiebung am Ausgang des Flußmessers 2 bewirken. Temperaturschwankungen oder z. B. auch Lageänderungen des Dehnungsmeßstreifens bewirken deshalb, daß am Schluß eines jeden Atmungskreislaufes ein Flußwert angezeigt wird, obgleich kein Fluß vorhanden ist. Ein solcher Nullpunktfehler vergrößert sich noch dadurch, daß jeweils weitere bei nachfolgenden Atmungskreisläufen auftretende Nullpunktfehler zu den vorhergehenden Nullpunktfehlern addiert werden.

Der Einfluß solcher Nullpunktfehler auf das Meßergebnis wird nunmehr dadurch vermieden, daß jeweils bei einem Nulldurchgang des Flusses der Transistor 8 in den leitenden Zustand gebracht, d. h. der Eingang des Verstärkers 6 an das Nullpotential angeschlossen wird. Der Einschaltzeitpunkt des Transistors 8 wird dabei durch einen Steuerimpuls festgelegt, welcher von der Fotozellen-Einrichtung 9 in dem Augenblick erzeugt wird, in dem das Steuerventil schließt, d. h. der Fluß Null ist.

In der Zeitdauer, während der der Eingang des Verstärkers 6 an das Nullpotential angeschlossen ist, lädt sich der Kondensators auf den Spannungswert auf, der dem Nullfehler entspricht. Wird der Transistor 8 wieder gesperrt, so ergibt sich aufgrund der hohen Eingangsimpedanz des Verstärkers 6 keine nennenswerte Veränderung der Ladung des Kondensators 5. Damit wirkt die auf einer Nullpunktverschiebung beruhende Spannung am Ausgang des ersten Verstärkers 4 nicht mehr auf den Eingang des Verstärkers 6, d. h. am Ausgang des Verstärkers 6 ergibt sich lediglich ein Signal, welches dem Augenblickswert des Flusses in der Leitung 3 proportional ist

Ergibt sich bei einem der nächstfolgenden Atmungskreisläufe eine weitere Nullpunktverschiebung, so ist auch diese ohne Bedeutung, weil sich beim nächstfolgenden Schließen des Transistors 8 der Kondensator 5 auf diesen neuen Wert auflädt und somit diese neue Nullpunktverschiebung wiederum nicht mehr auf den Verstärker 6 wirken kann.

Durch die Erfindung ist also erreicht, daß eventuell auftretende Nullpunktfehler nicht mehr zur Anzeige bzw. zur Weiterverarbeitung gelangen können, so daß fehlerhafte Meßergebnisse bzw. eine Fehlsteuerung des Respirators vermieden werden. Da das jeweilige Meßergebnis unabhängig von Nullpunktfehlern ist, können somit auch verhältnismäßig einfache und billige Flußmesser verwendet werden. Damit wirch auch der Gesamtaufbau des erfindungsgemäßen Gerätes wesentlich vereinfacht und die Kosten für dieses Gerät werden erheblich gesenkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zum Messen des Flusses eines in einer Leitung strömenden Mediums, insbesondere des Atemgases zum und/oder vom Patienten bei Respiratoren, mit einem Flußsteuerventil und einem Durchflußgeber, dessen elektrisches Ausgangssignal über einen Kondensator an einen Verstärker hoher Eingangsimpedanz angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Ventilbewegung gesteuerte Schaltmittel (8) vorgesehen sind, welche jeweils mit dem Schließen des Flußsteuerventils (1) den Verstärkereingang an Nullpotential legen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Schaltmittel (8) von einer die Ventilbewegung abtastenden Fotozellen-Einrichtung (9) beim Schließen des Ventils (1) ein Steuerimpuls erzeugt wird.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltmittel (8) ein Feldeffekttransistor verwendet ist

10