DE2361165A1

DE2361165A1 - Beatmungsgeraet

Info

Publication number: DE2361165A1
Application number: DE2361165A
Authority: DE
Inventors: Sven Olofsson; Goeran Sjoeberg; Jan Tysk
Original assignee: Jungner Instrument AB
Current assignee: Jungner Instrument AB
Priority date: 1972-12-12
Filing date: 1973-12-07
Publication date: 1974-06-20
Also published as: FR2209926A1; SE380724B; GB1451360A; FR2209926B1; IT1004043B; US3875626A

Description

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Dezember 1975}

Firma JUNGNER INSTRUMENT AB Β

Svetsarvägen 15» Solna, Schweden

Beatmungsgerät

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in Beatmungsgeräten zum Messen des vom Patienten ausgeatmeten Gasvolumens,,

Es ist sehr wichtig und in Verbindung mit Beatmungsgeräten wohlbekannte daß das Gasvolumeni das ein Patient ausatmetp so genau"wie möglich gemessen werden kann_s da dieses Gasvolumen exakt dem Gasvolumen entspricht _s das dem Patienten zu= geführt wird* solange in den Luftführungsleitungen zwischen Patient und Meßeinrichtung keine undichten Stellen vorhanden sind. Ganz verschieden gestaltete Vorrichtungen zum Messen des ausgeatmeten Gasvolumens in Beatmungsgeräten sind bereits bekannt. Die·= βθ bekannten Geilte können zu zwei unters chi ©dienen Gruppen zu= sssimeng©faßt wenden* nämlioh zum einen die kontinuierlich arbei= tenden Meßgerät® wie SoB« die verschiedenen T&pen von RotormeB=- geräten und gum Enderen die intermittierend arbeitenden MeJeinrloh« in denen aas ausgeatmete Gas eines odep einer Anzahl auf=

Telegrammadresse: Patentsenior

einander folgend er Ausatniungsvorgange in einem ausdehnbaren oder aufblasbaren Behälter gesammelt wird wie z.B. einer Gasglocke oder einem Balgen, wobei dann die Ausdehnung gemessen und zur Bestimmung des Volumens des ausgeatmeten Gases herangezogen wird. Im Anschluß daran wird der Behälter dann entleert, bevor er mit der nächsten Füllung von ausgeatmetem Gas gefüllt wird. Alle diese bekannten Einrichtungen haben gemeinsam einen Nachteil, denn sie sind verhältnismäßig kompliziert aufgebaut und damit teuer und gegen Beschädigungen empfindlich, und/oder sie haben eine nicht zufriedenstellende Meßgenauigkeit besonders bei kleinem Ausatmungsvolumen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, derartige Vorrichtungen zum Messen des ausgeatmeten Gasvolumens in Beatmungsgeräten beträchtlich zu verbessern.

Mit der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Messen des in Beatmungsgeräten ausgeatmeten Gasvolumens geschaffen, die einen starren Behälter aufweist,, der In sfeinera Inneren eine frei bewegliche Unterteilungswaiaä. aufweist* welche aas Behälterinnere in eine erste und eine zweite Kanister, die voneinander getrennt sind₅ aufteilt in äer Weise^ daß das Gesamtvolumen; aus der ersten und der zweiten Kammer lieastant- und tmablilngig iron der tatsächlichen Stellung der ünterfceilungswand ist νηύ daß eiras Stellungsändeming der UnterteilungswaM sick Ie gleich gr-oies. aber entgegengesetzt gerichteten "VoiumeniLEäeningest ic. ύ&εκ beiden Kssiaeni auswirkte Da= bei sind VentileiEr-i^titungeE, vorgesehen aupefe die die erste

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_: mer mit einer Leitung in Verbindung steht, die mit den Atmungswegen des Patienten während der Ausatmungsphase des Beatmungszyklus

■ des Beatmungsgerätes in Verbindung stehen, während die Verbindung zur umgebenden Atmosphäre hergestellt ist während der Einatmungsphase des Beatniungszyklus. Darüberhinaus sind Mittel zum Einbringen eines vorbestimmten konstanten Gasstroms in die zweite Kammer, Mittel zum Starten der. den Gasstrom einbringenden Mittel, um den konstanten Gasstrom einsetzen zu lassen, wenn am Ende der Ausatmungsphase die Verbindung der ersten Kammer mit der Leitung, die zu den Atmungswegen des Patienten führt, unterbrochen ist, vorgesehen, sowie Druckumwandler, die auf den Gasdruck in der zweiten Kammer ansprechen ν, damit die den Gasstrom einbringenden Mittel

den konstanten Gasstrom unterbrechen und stattdessen die zweite Kammer mit der namgebenden Luft in Verbindung gebracht wird, wenn die erste Kammer ihren kleinsten Wert erreicht hat und als Ergeb-,nis davon der Druck in der zweiten Kammer augenblicklich ansteigt, und Mittel zur Meßung der Dauer des konstanten Gasflusses»

In elasa bevorzugten AusfÜhrungsbeispiel der Erfindung ist der Dimekraüsiandler, der auf den Gasdruck in der zweiten Kammer des Behälters aaspriehtj» in der Lage, ein elektrisches Signal zu - erzeugen^, öas üen Gasdruck anzeigt* und die ZeitmeSeinriGhtung spricht wieöeKam auf das elektrische Signal an und läßt den Zeitmeßvorgang abMmgig vom Druckanstieg beginnen.., der sich duroh

■ den Beginn fies konstanten Gasstroras ergibt, während ö@r Zeifemeß- \ Vorgang unterinwehen «ltd« wenn der~ DrtxefeESiieg auftritt* "so-

: bald die sielte Kamsiet⁰ 4ies Behälters Ihr säsdLmales Volumen an» Y. nimmt.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat einen verhältnismäßig einfachen räumlichen Aufbau und ist deshalb billig und zuverlässig. Außerdem ermöglicht es die erfindungsgemäße Einrlchtung, große Atemvolumina zu messen, daß die dehnbare Kammer, in der das ausgeatmete Gas gesammelt wird, während der folgenden Einatmungsphase tatsächlich vollständig geleert wird. Außerdem hat jedoch die Einrichtung eine hohe Meßgenauigkeit auch für kleine Atemvolumina, da die Volumenmessung auf einer elektronischen Zeitmessung beruht. Die Genauigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist nicht abhängig von irgendwelchen kleinen Toleranzen bei der Auslegung der Behälter und ihre inneren Unterteilungswand und auch nicht von der Genauigkeit der Bewegung der Unterteilungswandj, wie dies bei bekannten Geräten älterer Bauart der Fall ist, in denen die Messung auf der Beobachtung der Verschiebung der Unterteilungswand beruht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des⁸ Erfindung schematischj

Fig. 2 die schematische Darstellung eiriss zweiten Ausführungsbeispiels der E^fintoigj

Pig. 3 ein Di&grasün zur Erläuterung des Brackes als

Funktion der Zeit während d-es Leerens üqt auf« blasharen Karaaer, die zw Sasaelzi ubb ausgeatmeten Gases In uer In Fig„ 2 dBE^gesfealltea Slnrlch« tung benutzt wirdi unä " . ■

Fig, 4 ein Diagi?aisi_fi <fes die o,ms ü&i B^aeBUgGigsal üew FIg₀ / 35 ableitbare Zeitspams© ößr-stoll^o' ' ,· /

40982S/083S ®ad original

In den Pig. 1 und 3 sind elektrische Anschlüsse mit voll- \ ausgezeichneten Linien dargestellt, die mit Zeilen ausgestattet ' sind, welche die Richtung der Signalübertragung andeuten. In Fig. ,^k

1 und auch in Fig. 2 ist nur die Einrichtung gemäß der Erfindung gezeigt, während alle anderen Teile des Beatmungsgerätes, in der sich die erfindungsgemäße Einrichtung befindet, weggelassen sind, da diese Teile von Beatmungsgeräten allgemein üblich und dem Fachmann wohlbekannt sind.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist in einem ersten Ausführungsbeispiel in der Fig. 1 gezeigt, die einen starren Behälter 1 wiedergibt, dessen Innenraum in zwei getrennte Kammern

2 und 3 durch einen flexiblen, im wesentlichen frei aufblasbaren Beutel 4 aufgeteilt ist, der so die Unterteilungswand zwischen den beiden Kammern 2 und 3 darstellt. Es versteht sich, daß die Summe der Volumina der zwei Kammern 2 und 3 immer konstant ist und daß jede Veränderung des Volumens von einer der beiden Kammern eine gleichgroße, entgegengesetzte Volumenänderung der anderen Kammer hervorruft» Die Kammer 3 innerhalb des Beutels 4 kann über eine Ventilanordnung 5 entweder mit einer Leitung 6 in Verbindung gebracht werden-, die zu den Atmungswegen des Patienten führt, oder mit der umgebenden Atmosphäre« Sehematisch ist eine elektrische SIgn&lverbindung 7 angedeutet, die anzeigt, daß die Ventilanordnung 5 von ©iner Steuereinheit d©s Beatmungsgerätes derart gesteuert wird_fl daß dae Innere 3 des Beutels 4 mit der Rohrleitung 6 von den Beatmungswegen des Patienten in Verbindung ■' steht, solange die Ausatmungsphase des Beatmung&zyklus des Beat- ' mungsgerätes dauerte während es mit der umgebenden Außenluft wäh--

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rend der Einatmungsphase des Beatmungsgerätes in Verbindung steht.

Die Kammer 2 im Behälter 1 außerhalb des Beutels 4 kann durch ein Ventil 8 entweder mit einer Vorrichtung 9 verbunden werden, um einen bestimmten konstanten Gasstrom in die Kammer 2 einzuleiten, oder mit der umgebenden Außenluft. Die Vorrichtung 9 kann von ganz üblicher Art sein, nämlich eine Druckgasquelle mit bestimmten konstantem Druck und einer Drossel, mit Hilfe der die Gas strömungsmenge festgelegt wird. Die Ventilanordnung 8 befindet sich normalerweise in der Stellung, in der die Kammer 2 im Behälter 1 mit der umgebenden Außenluft in Verbindung steht. Sie wird jedoch von der Steuereinheit des Beatmungsgerätes derart betätigt, daß sie am Ende der Ausatmungsphase des Beatmungszyklus die Verbindung zwischen Äußenluft und Kammer 2 unterbricht und stattdessen eine Verbindung zwischen der Kammer 2 und der Vorrichtung 9 herstellt, so daß ein konstanter Gasstrom aus der Vorrichtung 9 In die Kammer 2 einströmen kann. Die Ventilanordnung 8 wird abhängig von einem Steuersignal wieder in ihre Ausgangsstellung zurückgestellt, welches von einem Druck-umwandler 10 abgeleitet wird, der mit der Kammer 2 im Behälter 1 in Verbindung steht, was an späterer Stelle noch genau beschrieben wird.

Die Einrichtung enthält außerdem eine Zeitmeßvorrichtung 11, die von der Steuereinheit des Beatmungsgerätes am Ende der Ausatmungsphase des Atmungszyklus gestartet und dann abhängig von dem Signal des DruckumwandlerB 10 in dem Augenblick: gestoppt wird,

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in dem der konstante Gasstrom aus der Vorrichtung 9 in die Kam-■ mer 2 des Behälters 1 unterbrochen wird.

Die in der Fig. 1 gezeigte Anordnung arbeitet nun in folgender Meise. Während der Äusatmungsphase des Beatmungszyklus des Beatmungsgerätes befinden sich die beiden Ventile 5 und 8 in den Stellungen, die in der Zeichnung gerade nicht dargestellt sind, so daß die Kammer 5 Innerhalb des Beutels 4 mit der Rohrleitung

den

in Verbindung steht,, die zu/Atmungswegen des Patienten führt, während die Kammer 2 außerhalb des Beutels 4 mit der Außenluft verbunden ist. Das vom Patienten ausgeatmete Gasvolumen strömt deshalb in den Innenraum 3 öes Beutels h_s der so im selben Maße aufgeblasen sjlrdj wie das Volumen der Kammer 2 abnimmt. Am Ende der Ausatmungsphase kehren öle beiden Ventile 5 und 8 abhängig von der Steuereinheit des Beitmungsgerätes in die in äer Zeichnung .dargestellten Stellungen suriiek_a wodurch das Innere 3 des Beutels 4 in direkte Verbindung alt der -umgebenden AuSenluft tritt, während die Kammer 2 auüs^telb ö.©s Bosatels salt &ev Vorrichtung 9 verbunden ist* die nun begismfc., einen konstanten Gasstrom in die Kammer 2 einzublasen» Gl©tehzeiftig t?i£<d" auch die Zeitmeßvorrlchtung 11 gestartet. Unter dem ElafliaS fies konstantes Gassteoiiii* der in

- die Kamm©? 2 außerhalb <§qs BssafeGls & voa ύ®τ· Voffffiehfeiasas 9 blasen wii^p wird der Beutel h cIotä ü&q V©gafeil 5 ifi <äi@ de AußeBluft entleert ο Ss ¥®i?sfc©tife mldh_D <äaß «Sas E3ai öqs>. Issfeie®- rung des Beutels 4 seifeli©& toscfeat iisadl dl^etet p^opo^feiessml &©r Größe des Gasi3t2?©EHS qmq üqt 1!?®ir-2?ä©Miäag 9 ioS_ö wsslsalb üIq 2eit_fl • dl© benötigt ττίτ&₉ um den Beutel 4 su entleeren^ also die Zeit«

innerhalb der die Kammer 5 im Beutel 4 das kleinstmögliche Volumen annimmt, direkt proportional dem vom Patienten ausgeatmeten Gasvolumen während der vorangegangenen Ausatmungsphase ist, da dieses Gasvolumen ja im Beutel 4 gesammelt wurde.

Wenn der Beutel 4 in der beschriebenen Weise vollständig entleert ist und so die Kammer 3 das kleinstmögliche Volumen angenommen hat, dann steigt der Druck in der Kammer J5 in Folge des von der Vorrichtung 9 weiter zuströmenden Gases steil an. Dieser steile und starke Druckanstieg wird vom Druckumwandler 10 festgestellt, der dann ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, das zum einen die Ventilanordnung 8 in ihre andere Stellung umstellt, so daß der Gasstrom von der Vorrichtung 9 in die Kammer 2 des Behälters 1 unterbrochen wird und die Kammer 2 stattdessen mit der Außenluft in Verbindung kommt.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Arbeitsweise der Vorrichtung läßt sich ersehen, daß die gemessene Zeitspanne, die von der Zeitmeßeinrichtung 11 festgestellt wird, direkt proportional dem Gasvolumen ist, das. aus dem Inneren/des Beutels 4 herausgedrückt wird, wodurch das ausgeatmete Gasvolumen des Patienten während der vorhergehenden Ausatmungsphase festgestellt wird. Ein direktes Meßergebnis dieses Gasvolumens wird erhalten durch Multiplizieren der gemessenen Zeit von der Zeitmeßvorrichtung 11 mit der Menge der konstanten Gasströmung aus der Vorrichtung 9·

Die Vorrichtung ne,ch der Erfindung* die in der Pig. I dargestellt ist, hat einen Gasverbrauch aus der Vorrichtung 9, der

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gleich dem vom Patienten ausgeatmeten Gasvolumen ist. Dieser verhältnismäßig hohe Gasverbrauch kann als Nachteil angesehen werden, insbesondere wenn das Beatmungsgerät von seinem einen Kompressor betrieben wird. Pig. 2 der Zeichnung zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung, die als Verbesserung in dieser Hinsicht anzusehen ist und die außerdem in einigen weiteren Punkten vereinfacht ist.

Diese in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform enthält einen starren Behälter 12, dessen Innenraum in zwei getrennte Kammern 13 und 14 durch eine flexible, im wesentlichen frei bewegbare Membran 15 unterteilt ist, die sich zwischen zwei Extremlagen bewegen kann, welche mit gestrichelten Linien angezeigt sind;

Die Kammer 14 kann mit einer Rohrleitung 17 in Verbindung gebracht werden, die zu den Atemwegen des Patienten über ein Ventil 16 führt, das von der Steuereinheit des Beatmungsgerätes gesteuert wird. Außerdem wird die Kammer über ein vorgespanntes Rückschlagventil 18 mit der umgebenden Außenlüft in Verbindung gebracht. Das Ventil 16 wird von der Steuereinheit des Beatmungsgerätes derart betätigt, daß es während der Einatmungsphase geschlossen und während der Ausatmungsphase des Beatmungszyklus des Beatmungsgerätes offen ist. Folglich strömt das vom Patienten während der Ausatmungsphase ausgeatmete Gas in die Kammer 14 des Behälters 12,, wodurch das Volumen der Kammer 14 vergrößert wird, während das Volumen der Kammer 13 entsprechend abnimmt. Die Vorspannung des Rückschlagventils 18 ist derart, daß das Ventil unter dem Einfluß des in der Kammer 14 ansteigenden Druckes während der Ausatmungs-

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■ '- 10 -

• phase sich nicht öffnet sondern.nur bei einem bestimmten höheren Druck.

Die Kammer 13 im Behälter 12 steht mit der Außenluft über eine Ejektoreinrichtung 19 in Verbindung, die an eine Vorrichtung 20 angeschlossen ist, welche für den Ejektor 19 einen Antriebsgasstrom hervorruft, der eine bestimmte konstante Strömungsmenge und Druck hat, wodurch die Ejektorvorrichtung 19 unter dem Einfluß dieses Treibgasstromes eine bestimmte konstante Gasströmungsmenge in die Kammer 13 des Behälters 12 einströmen läßt. Der Hauptanteil dieses Gasstroms wird dabei aus der umgebenden Atmosphäre entnommen. Bei günstiger Bemessung des Ejektors 19 ist es möglich, daß wenigstens 90 % des in die Kammer 13 einströmenden Gasstromes aus der Umgebungsluft genommen wird. Es versteht sich, daß bei Fehlen des Treibgasstroms aus der Vorrichtung 20 zum Ejektor 19 die Kammer 13 des Behälters 12 unmittelbar mit der umgebenden Luft durch die Ejektorvorrichtung in Verbindung steht. Die Vorrichtung 20 kann von üblichem Aufbau sein und z.B. aus einer Druckgasquelle mit bestimmtem konstantem Druck und einer Drossel zur Bestimmung der Größe des Gasiroms bestehen. Der Halbkreisstrom zum Ejektor 19 wird durch jede beliebige Ventil einrichtung freigegeben oder unterbunden.

Die Vorrichtung 20 wird in Gang gesetzt, um den erforderlichen Treibgasstrom im Ejektor 19 hervorzurufen, wodurch ein konstanter Gasstrom in die Kammer 13 des Behälters 12 einströmt. Dawird von der Steuereinheit des Beatmungsgerätes am Ende der Aus-

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atmungsphase gleichzeitig mit dem Sehließen des Ventils 16 der Startimpuls gegeben. Das Einströmen des konstanten Gasstromes in die Kammer 13 erzeugt einen sehr schnellen Druckanstieg in der Kammer IJ, der bis zum öffnungsdruck des Rückschlagventils 18 reicht, was im Zeitpunkt ^ im Druekäiägramm der Fig. 3 gezeigt ist. Dieser Druckanstieg wird vom Druckumwandler 21 festgestellt, der mit der Kammer 13 verbunden ist» Das Drucksignal, vom Druckumwandler 21 wird vorzugsweise differenziert, so daß ein entsprechender Signalimpuls A erzeugt wird, wie ihn das Diagramm der Fig. 4 wiedergibt . Dieser Signalimpuls startet eine ZejJsmeßeinrichtung 22.

Nach dem öffnen des Rückschlagventils 18 im Zeitpunkt t wird durch den konstanten Gasstrom aus dem Ejektor 19 in die Kammer 13 die Kammer 14 entsprechend in die umgebende Luft über das Rückschlagventil 18 geleert. Wenn öle Kammer 14 dann vollständig leer ist, das heißt die Kammer ihr kleinstmögliches Volumen angenommen hat, steigt der Druck in der Kammer 13 erneut steil an," wie dies durch den Druckanstieg in der Fig. 3 dargestellt ist, was vom Druckumwandler 21 festgestellt wird. Das differenzierte Drucksignal erzeugt einen Signalimpuls B (siehe Fig. 4). Abhängig von diesem Signalimpuls B wird die Zeitmeßvorrichtung 22 gestoppt und-durch die Vorrichtung 20 der Treibgasstrom zum Ejektor 19 unterbrochen. Folglich wird das Einströmen eines konstanten Gasstroms in die Kammer 13 des Behälters 12 unterbrochen und diese Kammer 13 stattdessen in freie Verbindung mit der umgebenden Aussenluft über den nun nicht mehr arbeitenden Ejektor 19 gebracht. ,

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Auch in diesem Fall wird somit das Zeitintervalldelta C \ in Fig. J> und 4 durch die Zeitmeßvorrichtung 22 gemessen* das
direkt proportional dem aus der Kammer 14 in die Außenluft aus- | gedrückten Gasvolumen ist und somit auch direkt proportional dem vom Patienten während der vorangegangenen Ausatmungsphase ausgeatmeten Gasvolumen.

w / y y ü y

Claims

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PATENTANSPRUCH

Ι»/ Vorrichtung in Beatmungsgeräten zum Messen des wan einem Patienten ausgeatmeten Gasvolumens mit einem starren Behälter« der in seinem .Innern eine frei bewegliche Unterteilungsmiid .di· den Behfilterinnenraum in eine ermto vm,ü ©la© steife© dermaßen unterteilt, daß die Summe der Volumina der ersten zweiten Kammer konstant und unabhängig von der Stellung der terteilungswand ist und jede Änderung der Stellung der lungpwand eine gleich große, entgegengesetzte Änderung der Voluiaina der ersten und zweiten Kammer na eh eich zieht* mit einerWentileinrichtung, die die erste Kammer mit einer zu den Atmungswegen des Patienten während der Ausatmungsphase des Beatmungszyklus des Beatmungsgerätes in Verbindung bringenden Gasleitung und einer Verbindung mit der umgebenden Außenluft Während der Einatmungsphase des Beatmungszyklus und mit Mitteln zur Erzeugung eines bestimmten konstanten Gasstrom^ der in die zt^eite Kammer eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Aktivieren der den Gasstrom erzeugenden Einrichtung (8,9) vorhanden sind, um das Einleiten des konstanten Gasstroms in die'zweite Kammer (2) zu starten* wenn am Ende der Ausatmungsphase die Verbindung zwischen der ersten Kammer (3) und eier Leitung (6), die zu den Atmungswegen des Patienten führt_c unterbrochen wird, ein Druckumwandler (10) vorhanden ist, abhängig vom Gasdruck in der zwei ten Kammer

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\2) die den Gasstrom erzeugende Vorrichtung (8,9) betätigt, um das Einströmen des konstanten Gasstroms in die zweite Kammer (2) zu unterbrechen und stattdessen die zweite Kammer mit der umgebenden Außenluft in Verbindung zu bringen* wenn die erste Kammer (3) ihr kl einstmögliches Volumen angenommen hat und der Druck in der zweiten Kammer (2) spontan ansteigt, und daS eine Zeitmeßvorrichtung (11) zur Messung der Dauer des konstanten Gasstroms vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ₉ daß der Druckumwandler (21) ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt^ das den Gasdruck in der zweiten Kammer (13) wiedergibt^, und daß die Zeitmeßeinrichtung (22) von dem elektrischen Ausgangssignal derart gesteuert wird, daß die Zeitmessung abhängig vom Druckanstieg beim Beginn des konstanten Gasstroms gestartet und der Zeitmeßvorgang abhängig vom Druckanstieg imterbroehen wird,, wenn die zweite Kammer (13) ihr maxlEslE-l-ujlich es Volumen annimmt.

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