DE2126651C2

DE2126651C2 - Gerät zum Messen und Anzeigen des Luftdurchsatzes, insbesondere zum Messen der Atemluft

Info

Publication number: DE2126651C2
Application number: DE2126651A
Authority: DE
Inventors: Garnet Montague Eveleigh London Williams
Original assignee: Ferraris Development and Engineering Co Ltd
Current assignee: Ferraris Development and Engineering Co Ltd
Priority date: 1970-05-29
Filing date: 1971-05-28
Publication date: 1983-08-04
Also published as: DE2126651A1; US3797480A; JPS5641696Y2; JPS55107107U; GB1351112A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen und Anzeigen des Luftdurchsatzes, insbesondere zum Messen der Atemluft, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Aus der US-PS 33 74 673 ist ein Gerät zum Messen des Fluiddurchsatzes durch eine Leitung bekannt, bei dem ein elektrischer Meßwiderstand stromab hinter einem Sieb in der Fluidleitung angeordnet ist. Das Sieb dient zum Erhalt einer über den gesamten Leitungsquerschnitt möglichst gleichmäßigen Strömung und soll ggf. den empfindlichen Meßwiderstand gegen Beschädigungen durch in der Strömung mitgerissene Feststoffpartikel schützen. Eine weitergehende Aufgabe hat dieses Sieb nicht. Zur feinfühligeren Erfassung der Fluidströmung ist der elektrischer Meßwiderstand in der Mitte eines venturiformig verengten Drosselabschnittes der Fluidleitung in einem bestimmten Abstand hinter dem Sieb befestigt.

In »British Medical Journal« vom 21. 11. 1959, S. 1041 ff. ist ein Strömungsmeßgerät beschrieben, welches als Maximal-Durchflußmesser arbeitet und zur Bestimmung der Lungenkapazität eines Patienten eingesetzt wird. Dieses nach dem Verfasser des o. g. Aufsatzes mit »Wright-Maximaldurchsatz-Meßgerät« bezeichnete Meßgerät besteht aus einem zylindrischen Gehäuse mit einem radialen Ansatz zur lösbaren Befestigung eines Mundstückes. Von einer Mündungskante dieses Ansatzes führt eine Trennwand bis zum Gehäusemittelpunkt. Eine zweite Trennwand ist um die Mittelachse des Gehäuses drehbar gelagert und erstreckt sich im Gehäuseinneren bis zur Gehäuseinnenwand. Diese gegen die Kraft einer Spiralfeder bewegliche Trennwand ist mit einem Zeiger gekoppelt, der eine Skala überstreicht und die jeweilige Stellung der Trennwand anzeigt. Ferner ist in der Umfangswand des Gehäuses ein Schlitz vorgesehen, durch den die Luft aus dem Gehäuseinneren entweichen kann. Wenn Luft durch das Mundstück in das Gehäuse eingeblasen

' wirxiidarmyenlreht sich die bewegliche Trennwand gegeadieKräftlderSpiralfederum einen dereibgeblasenehLüftrhenge: entsprechenden Betrag,undslegt dabei eine entsprechend große Länge des Umfangsschlitzes frei. Der Zeigerynid VdndieserTrehhwand;bis in deren Maximalstellungnäcli dem Schleppprinzip mitgenommen und Bleibt in. dieser Stellung stehee. Mit diesem

ίο Gerät kann zwar der Maximaldurchsatz und Jamit die Lungenkapazität bfestinnnt werden, es können jedoch keine Aussagen über den zeitlichen Verlauf des eingeblasenen Luftdurchsatzes getroffen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät der angegebe-

t% nen, Gattung zu schaffen, mit dem nicht nur der Maximaldurchsatz; sondern auch der zeitliche Verlauf des Luftdurchsatzes bestimmt werden kann.

Diese^v Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelösi Wesentlich bei dieser Lösung ist es, daß das Siebfilter das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement, z. B. einen Thermistor, trägt und dabei auch die notwendige Strömungsöffnung definiert Die Erfindung kann in Verbindung mit herkömmlichen Wright-Maximaldurchsatz-Messern angewendet werden. Das Sieb wird zweckmäßig zusammen mit dem elektrischen Widerstandselement in ein austauschbares Mundstück eingebaut, was die Möglichkeit eröffnet, daß der Wright-Maximaldurchsatzmesser nicht nur zum Messen des Maximaldurchsatzes der Atemluft, sondern auch zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der Luftströmung angewendet werden kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfinder liegt in der einfachen Eichung des Widerstandselementes, die vor jeder Messung unter Verwendung von gebräuchlichen U-Rohr-Manometern durchgeführt werden kann.

Zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeicferaing im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Wright-Maximaldurchsatzmesser im Radialschnitt H in F i g. 2;
F i g. 2 den Wright-Maximaldurchsatzmesser nach Fig. 1 im Axialschnitt ΙΙ-Π in Fig. 1;

F i g. 3 eine abgeänderte Anordnung des Widerstandselementes im Sieb.

Nach den F i g. 1 und 2 enthält der Wright-Maximaldurchsatzmesser ein Gehäuse 10, das eine zylindrische Kammer begrenzt, und an dem ein rohrformiger Ansatz radial angeformt ist. Ein rohrformiges Pappmundstück 11 ist in den Ansatz eingeschoben. Eine radiale Trennwand 12 erstreckt sich innerhalb der Kammer von der Gehäusewand in der Nähe der Einblasöffnung bis in die Nähe des Gehäusezentrums. Eine im Gehäuse 10 gelagerte Welle 13 trägt einen Flügel 14, der sich radial bis etwa zum Gehäuseumfang erstreckt.

Ein Stift 15 (s. Fig. 1) ist axial an einer Seitenwand des Gehäuses 10 in der Gehäusekammer angeordnet und dient als Anschlag für den Flügel 14. Ein Umfangschlitz 16 ist am radial äußeren Ende einer Gehäuseseitenwand ausgebildet und eistreckt sich von der Trennwand-Rückseite über mehr als % des Gehäuseumfanges bis kurz vor den Rohrstutzen. Auf der Welle 13 ist an

es ihrem aus dem Gehäuse 10 herausragenden Ende ein Zeiger 17 befestigt, der eine Skala auf der Gehäuseseitenwand überstreicht. Das andere Ende der Welle 13 ist mit einer Spiralfeder 18 verbunden, die außerhalb des

zylindrischen Gehäuses IO liegt und deren freies Ende am Gehäuse 10 festgelegt ist Die Spiralfeder 18 drückt den Flügel 14 an den Arischlagstift 15.
Zwischen den drei freien Kanten des Hügels 14 und der Innenfläche der Gehäusewände ist nur ein geringes Spiel vorhanden. Eine lösbare Einwegbremse (nicht dargestellt) ist zum Anhalten der Welle 13 und damit des Flügefs 14 sowie des Zeigers 17 in oder nahe der Stellung der maximalen Ausschwenkbewegung vorgesehen. Ein (iiicht dargestellter) Lösemechänismus, beispielsweise ein von Hand zu betätigender Löseknopf dient zum Freigeben der Einwegbremse und damit zum Zurückschwenken des Flügels 14 bis zum Anschlagstift 15 unter der Wirkung der Spiralfeder 18.

Ein Draht oderKunststoff-Gazesieb 19 ist zum Mund- is stück 11 quer angeordnet Ein Thermistor 20, vorzugsweise kleiner als 0,5 mm im Durchmesser, ist im Zentrum einer zentralen Öffnung im Gazesieb 19 befestigt Zwei Leitungen 21,22 gehen von dem Thermistor 20 zu Anschlußklemmen 23 auf der äußeren Oberfläche des •Mundstückes 11. Die Leitungen 21, 22 können in das Gazesieb 19 eingeflochten sein.

Bei Benutzung des Gerätes werden die Anschlußklemmen 23 an einen elektrischen Anzeigesttomkreis angeschlossen, der eine elektrische Stromquelle und ein Anzeigeinstrument 24, z. B. ein Schreib-Galvanometer oder ein OsziHoskop, enthält. Eine Person bläst wiederholt in das Meßgerät durch das Mundstück 11 hinein. Das Anordnen eines Drahtgazesiebes 19 verhindert das Eindringen größerer Partikel oder Schleim usw. in den Innenraum des Gehäuses 10.

Die Luftströmung oder der Luftdurchsatz durch das Mundstück 11 kühlt den Thermistor 20. Der elektrische Widerstand des Thermistors 20, der von seiner Temperatur abhängig ist, steht in Beziehung zum Fluiddurchsatz. Das Anzeigeinstrument 24 zeigt eine elektrisches Signal an, dessen Größe sich mit Änderungen des Thermistorwiderstands und damit des Luftdurchsatzes ändert. Infolgedessen zeigt das Anzeigeinstrument 24 den zeitabhängigen Verlauf des Luftdurchsatzes an.

Die in das Mundstück 11 eingeblasene Luft strömt durch das Gazesieb 19 in das Gehäuse 10 und verschwenkt den Flügel 14. Die Abmessungen des Thermistors 20 fuhren zu keinen wesentlichen Beeinflussungen der Luftströmung. Eine geringe Luftmenge strömt durch den Spalt zwischen den dre<freien Kanten des Flügels 14 und den entsprechenden inneren Wandflächeri des Gehäuses 10. Ein großer Teil der Luft schwenkt den Flügel 14 gegen die Wirkung der Spiralfeder 18, wodurch ein Teil des Umfangspaltes 16 freigelegt wird und die eingeblasene Luft durch diesen freigelegten Spaltenabschnitt abströmen kann. Wenn der freigelegte Spaltenabschnitt eine entsprechende Länge erreicht hat, tritt ein Energiegleichgewicht ein und der Flügel 14 bleibt zusammen mit dem Zeiger 17 in dieser Gleichgewichtsstellung durch Ansprechen der Einwegbremse stehen.

Der Zeitabhängige Verlauf des Luftdurchsatzes durch das Anzeigegerät 24, insbesondere nach dem Auftreten der Durchsatzspitze, ermöglicht dem Mediziner Rück-Schlüsse auf die Verfassung des Patienten.

Um die vom Thermistor 20 abgeleiteten Durchsatzwerte zu eichen, kann das Mundstück 11 von dem Gehäuse 10 gelöst und ein stetiger Luftstrom durch das Mundstück 11 und das Sieb 19 hindurchgeblasen werden. D ie vom Widerstand des Thermistors 2C abhängenden Meßwerte werden aufgezeichnet. Ferner wird; die Druckdifferenz der Luftströmung beim Durchströmeü des Siebes 19 durch je eine Druckmessung an jedem Mundstückende z. B: mit Hilfe von U-Rohr-Manometem bestimmt Die Quadratwurzel der Druckdifferenz oberhalb und unterhalb des Siebes 19 kann dann zusammen mit den Abmessungen des Siebes 19 zur Errechnung des Fluiddurchsatzes durch das Sieb 19 benutzt werden, um die Abhängigkeit zwischen dem elektrischen Widerstandswert des Thermistors 20 und dem Fluiddurchsatz durch das Sieb 19 um den Thermistor 20 herum zu bestimmen.

Die Abhängigkeit zwischen dem Durchsatz und den Druckunterschieden beiderseits des Siebes 19 ist bekanntlich für ein ganz bestimmtes Sieb 19 konstant Sie kann experimentell voher bestimmt werden und anschließend anstatt der berechneten Werte benutzt werden.

Das Mundstück 11 kann nach jederBenutzung weggeworfen und durch ein neues Mundf^.ck für die nächste Durchsatzmessung ersetzt werden.

Als Alternative können das Sieb 19 und die Anschlußklemmen 23 im rohrförmigen Gehäuseansatz angeordnet werden, der dann seinerseits von dem restlichen Gehäuse abtrennbar sein sollte, falls dies erwünscht ist.

Ein Gerät zur Anzeige oder Messung des Fluiddurchsatzes, das entsprechend der Erfindung ausgeführt ist, kann nicht nur in Kombination mit einem Maximaldurchsatzmesser benutzt werden.

Bei anderen Anwendungen des erfindungsgemäßen Gerätes können die Verbindungsleitungen zwischen dem Thermistor und den äußeren Anschlußklemmen derart angeordnet werden, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist. Eine Leitung 25 verläuft auf einer Seite und die andere Leitung 27 auf der gegenüberliegenden Seite des Siebes 26. Die Leitungen 25 und 27 bestehen aus einem Material, das die Eigenschaft des Heizdrahtanemometerelementes hat, beispielsweise einer Wolfran/- oder Platinlegierung, und sie haben einen sehr kleinen Durchmesser von etwa 0,025 mm. Bei einer derartigen Anordnung ist eine der Zuleitungen gegenüber der Fluidstrcmung durch das Siebmaterial geschützt oder abgeschirmt, während die andere frei der Fluidströmung ausgesetzt ist. Das umgekehrte gilt bei einer Strömung durch das Sieb in der umgekehrten Richtung. Die beiden Leitungen können in einen zusätzlichen elektrischen Stromkreis eingeschaltet werden, so daß ihre elektrischen Widerstände miteinander verglichen werden können, um eine Anzeige der Richtung der Fluidströmung durch das Drahtsieb zu erhalten.

Der Thermistor kann in einer außermittigen Öffnung des Siebes angeordnet rein, und so den Fluiddurchsatz durch das Sieb an einer radial von dem Siebzentrum entferten Stelle angeben.

In der Praxis isi es normalerweise erwünscht, ein zweites temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement vorzusehen, das derart angeordnet ist, daß das von ihm gelieferte elektrische Signal als Anzeige der Umgebungstemperatur gewertet werden kann und so mithilft, das von dem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement des erfindungsgemäßen Gerätes erzeugte Signai richtig auszuwerten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zum Messed und Anzeigen des Luftdurchsatzes, insbesondere zum Jessen der Atemluft, mit einem Sieb und einem temperaiurempfindlichen elektrischen Widerstandselement, die beide in einer Luftleitung angeordnet sind, wobei das Widerstandselement mit einer elektrischen Schaltung verbunden ist, in der ein Signal fur den Luftdurchsatz erzeugt und angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der den Einströmkanal in einen Maximal-Durchflußmesser bildenden Luftleitung das Widerstandselemeni (20) in einer Maschenöffnung des Siebes (19,26) angeordnet ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch.gekennzetchr net, daß die elektrischen Anschlüsse (21, 22) des Widerstandselementes (20) in das Sieb (19) eingeflochten sind.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß'<iie elektrischen Anschlüsse (25, 27) des Widerstandseiementes (20) an beiden Seiten des Siebes (26) angeordnet sind und sich ihr elektrischer Widerstand mit der Strömungsgeschwindigkeit der Luft ändert.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daj^die Luftleitung ein mit dem Gehäuse (10) lösbar verbundenes Mundstück (11) ist.