DE2512944A1

DE2512944A1 - Einrichtung zum messen der durchflussmenge einer fluidstroemung

Info

Publication number: DE2512944A1
Application number: DE19752512944
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Ferraris Development and Engineering Co Ltd
Current assignee: Ferraris Development and Engineering Co Ltd
Priority date: 1974-03-25
Filing date: 1975-03-24
Publication date: 1975-10-09
Also published as: US4019382A; GB1503912A; JPS50159357A

Description

Einrichtung zum Messen der Durchflußmenge einer Fluidströmung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen der Durchflußmenge einer insbesondere pulsierenden Fluidströmung durch einen Kanal, vorzugsweise zur Verwendung als Atem-Mengenmesser zur Messung der Atemfunktionen von Säuglingen oder Kindern.

Eine bereits entwickelte Einrichtung zum Messen der Atemfunktionen von Säuglingen oder Kindern hat einen Mengenmesser mit einer Druckfluidzufuhr, die wenigstens einen Druckfluidstrahl quer durch einen Atemkanal zu zwei Sammelkanälen richtet, die in bezug auf die Druckfluidzufuhr

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symmetrisch angeordnet sind und je eine in der Atemkanalwand gebildete Mündung haben; ferner hat der Mengenmesser einen differenzdruckempfindlichen Meßwertumformer, der zwischen die beiden Sammelkanäle geschaltet ist und ein Ausgangssignal erzeugt , das die Richtung und Größe einer Differenz zwischen dem Fluiddruck in den beiden Sammelkanälen angibt j dabei ist das Ausgangssignal des MeßwertUmformers ein Maß für die Stärke und Richtung der Fluidströmung durch den Atemkanal.

Die Messung eines vorübergehenden Fluidstromungszustands, ζ. B. einer pulsierenden Fluidströmung, mit einer solchen Einrichtung wird häufig durch zufällige Druckänderungen kompliziert, die dazu führen, daß das erhaltene Ausgangssignal aus einer Signalkomponente, die die zu messende Fluidströmung bedeutet, und aus von den genannten Druckänderungen abgeleiteten Signalkomponenten besteht. Die letztgenannten Signalkomponenten werden üblicherweise als Störsignalkomponenten bezeichnet. Vorteilhafterweise ist das Ausgangssignal elektrisch und wird einer geeigneten elektrischen Anzeigeeinheit zugeführt. Bisher werden zum Minimieren des Eindringens von Störsignalkomponenten in das der Anzeigeeinheit zuzuführende Ausgangssignal geeignete Filterkreise zwischen den Meßwertumformer und die Anzeigeeinheit geschaltet, um solche Komponenten aus dem Ausgangssignal auszufiltern.

Aufgabe der Erfindung ist es, die im Ausgangssignal des Meßwertumformers enthaltenen Signalkomponenten, die von zufälligen Druckänderungen abgeleitet sind, zu minimieren oder zu

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beseitigen.

Erfindungsgemäß wird die Durchflußmenge eines durch einen Kanal der genannten Einrichtung strömenden Fluids oder Druckmittels dadurch gemessen, daß eine Fluidströmungskomponente in den Sammelkanälen erfaßt wird, die praktisch keine Signalkompönenten enthält, die aus zufälligen Änderungen des Gesamtdrucks in den Sammelkanälen resultieren, und dann aus den eo erfaßten Fluidströmungskomponenten ein Signal abgeleitet wird, das die Fluidströmung in den beiden Sammelkanälen darstellt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Messen der Durchflußmenge einer Fluidströmung, mit einem Kanal, durch den die zu messende Fluidströmung gerichtet ist, und mit Druckfluidzufuhrmitteln zum Richten wenigstens eines Druckfluidstrahls quer durch den Kanal zu zwei mit dem Kanal verbundenen Sammelkanälen, ist gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die einer nichtwirbelnden Komponente der Fluidströmung in jedem Sammelkanal zugeordnet ist zum Ableiten von wenigstens einem die zugehörige niehtwirbelnde Fluidströmungskomponente angebenden Signal; dabei kann aus dem Signal oder den Signalen eine Anzeige der Durchflußmenge der Fluidströmung durch den Atemkanal abgeleitet werden.

Vorzugsweise hat die einer nichtwirbelnden Strömungskomponente in jedem Sammelkanal zugeordnete Vorrichtung eine Druckabzweigung zum Erfassen des statischen Drucks der Fluidströmung an einem bestimmten Punkt in jedem Sammelkanal, so daß das von

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der Vorrichtung erzeugte Signal ein statisches Fluiddrucksignal ist. Vorteilhafterweise kann die Einrichtung mit einem differenzdruckempfindlichen Meßwertumformer angewandt werden, der zwei Pluiddruckexnlaßöffnungen aufweist, wobei jede Druckabzweigung mit je einer der Einlaßöffnungen verbunden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines die Erfindung enthaltenden Mengenmessers für die Atemfunktion von Säuglingen oder Kindern;

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnliche Darstellung einer anderen Ausführungsform des Mengenmessers, der dem gleichen Zweck dient;

Fig. 3 ein Schaltbild einer Einrichtung, bei der der Mengenmesser nach Fig. 2 angewandt wird;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer vorteilhaften Ausführungsform eines Teils des Mengenmessers nach Fig. 3;

Fig. 5 eine Endansicht des Mengenmesserteils nach Fig. 4;

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Fig. 6 eine Pig. 1 ähnliche Darstellung eines Teils einer anderen Ausführungsform eines die Erfindung anwendenden Mengenmessers; und

Fig. 7 eine Fig. 6 ähnliche Darstellung eines Teils einer v/eiteren Ausführungsform eines die Erfindung anwendenden Mengenmessers.

Der Mengenmesser nach Fig. 1 hat eine Einlaßabzweigung 11, die mit einer Druckluftversorgung, z. B. einer Gleichdruckluftpumpe, oder einer ein Narkose- oder Wiederbelebungsgasgemisch liefernden Vorrichtung verbindbar ist; ferner hat der Mengenmesser einen Atemkanal 12, durch den ein Säugling oder Kind atmet.

Die Einlaßabzweigung 11 ist mit jeder von zwei axial voneinander beabstandeten Öffnungen 13 und 14 in der Wand des Atemkanals 12 über einen einstellbaren Druckregler 15 bzw. 16 und einen Zufuhrkanal 17 bzw. 18 verbunden. Die Zufuhrkanäle und 18 enden in den öffnungen 13 und 14, und ihre Achsen konvergieren zu einem gedachten Punkt im Atemkanal 12 und schließen zwischen sich einen spitzen Winkel ein; der gedachte Punkt liegt in einer ebenfalls gedachten Ebene, die den zwischen den beiden Zufuhrkanälen 17 und 18 eingeschlossenen spitzen Winkel halbiert.

Zwei weitere öffnungen 19 und 20 sind in der Wand des Atemkanals 12 ausgebildet; die Öffnung 19 liegt der öffnung 13

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gegenüber, und die öffnung 20 liegt der öffnung 14 gegenüber. Die öffnung 19 ist die Mündung eines Sammelkanals 21, und die Öffnung 20 ist die Mündung eines zweiten Sammelkanals 22. Die Achsen der beiden Sammelkanäle 21 und 22 konvergieren ebenfalls zu einem gedachten Punkt in der gedachten Ebene, die den zwischen den Zufuhrkanälen 17 und 18 eingeschlossenen spitzen Winkel halbiert. Die Sammelkanäle 21 und 22 sind an ihren von den Mündungen 19 und 20 fernen Enden geschlossen. Die Achsen der Zufuhrkanäle 17 und 18, der Sammelkanäle 21 und 22 und des Atemkanals 12 liegen sämtlich in einer gemeinsamen Ebene.

Ein druckdifferenzempfindlicher Meßwertumformer 2¹I ist zwischen zwei Auslaßabzweigungen 25 und 26 des Mengenmessers geschaltet. Die Auslaßabzweigung 25 ist mit einer Druckabzweigung 27 im Sammelkanal 21 verbunden, die eine Austrittsöffnung in der Innenseite des Sammelkanals 21 und so nahe wie möglich an dessen Mündung 19 angeordnet ist. Die Auslaßabzweigung 26 ist mit einer Druckabzweigung 28 im Sammelkanal 22 verbunden, die eine Austrittsöffnung in der Innenseite des Sammelkanals 22 und so nahe wie möglich an dessen Mündung 20 angeordnet ist. Von dort wird ein Gasdrucksignal von jeder Druckabzweigung 27, 28 über die entsprechende Auslaßabzwei- . gung 25, 26 zum jeweiligen Eingang des Meßwertumformers 24 geleitet. Die so übertragenen Gasdrucksignale repräsentieren die obere statische Komponente des Gasdrucks im jeweiligen Sammelkanal 21, 22. Der Meßwertumformer 24 kann eine Anzeigeeinheit zur Anzeige eines Ausgangssignals aufweisen, das eine Differenz zwischen den statischen oberen Druckkomponenten in

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den beiden Sammelkanälen 21 und 22 und somit eine Druckdifferenz zwischen diesen beiden Sammelkanälen anzeigt, oder er kann mit einer gesonderten Einheit zur Anzeige eines solchen Signals verbunden sein. Die Anzeigeeinheit kann ein Oszilliskop, ein Kurvenschreiber, ein Spannungsmesser od. dgl, sein. Der genaue Aufbau und die Betriebsweise des Meßwertumformers 24 sind hier nicht erläutert. Es genügt zu wissen, daß jede Art von druckdifferenzempfxndlichem Meßwertumformer (z. B. ein Greer Micromanometer der Mercury Electronics (Scotland) Limited, Glasgow, Schottland), der auf eine Differenz zwischen dem Druck an der Auslaßabzweigung 25 und dem Druck an der Auslaßabzweigung 26 anspricht und ein diese Druckdifferenz bedeutendes Signal erzeugt, als Meßwertumformer 24 verwendbar ist.

Wenn das Gerät zum Messen der Atemfunktion eines Säuglings oder Kindes benutzt wird, wird die Abzweigung 11 mit der Druckluft-, Narkotikum- oder Wiederbelebungsgasversorgung verbunden. Die Luft oder das Gas wird unter Druck durch die Abzweigung 11 geleitet. Einer oder beide einstellbaren Druckregler 15 und 16 werden so eingestellt, daß der Druck der beiden aus den öffnungen 13 und 14 austretenden Luft- oder Gasstrahlen gleich ist. Wenn im Atemkanal 12 keine axiale Strömung vorhanden ist, treffen sich die beiden Strahlen in der Mitte des Atemkanals 12 und verbinden sich zu einem einzigen radial gerichteten Luft- oder Gasstrahl, der in der Mitte zwischen den beiden Sammelkanalöffnungen 19 und 20 auf die Wand-des Atemkanals 12 trifft, so daß der Druck an der

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Öffnung 19 im wesentlichen gleich dem Druck an der Öffnung 20 ist. Wenn die Anzeigeeinheit einen von Null verschiedenen Wert anzeigt, wenn im Kanal 12 keine axiale Strömung vorhanden ist, wird die Anzeigeeinheit durch Verstellen geeigneter Stellmittel abgeglichen. Die Luft oder das Gas, aus dem die Strahlen bestehen, wird durch den Atemkanal 12 vom Kanalende, das mit eine Mundstück für einen Säugling bzw. ein Kind verbunden ist, zur Atmosphäre abgeleitet.

Wenn der Mengenmesser in Betrieb genommen wird, wird das mit dem Mundstück verbundene Ende des Atemkanals 12 mit Nase und Mund des Säuglings oder Kindes in Verbindung gebracht, so daß im Atemkanal 12 durch das atmende Kind eine pulsierende axiale Strömung erzeugt wird. Diese axiale Strömung wirkt mit den Luft- oder Gasstrahlen, die von den Zufuhrkanälen 17 und 18 quer zum Atemkanal 12 gerichtet sind, so zusammen, daß die an den Öffnungen 19 und 20 existierenden Druckverhältnisse geändert werden. Der Grad der Druckänderung in jedem Augenblick hat eine im wesentlichen lineare Beziehung mit der momentanen Durchflußmenge, durch die sie hervorgerufen wurde, so daß die sich dadurch ergebende Druckdifferenz, die vom Meßwertumformer 2k erfaßt und von der zugeordneten Anzeigeeinheit angezeigt wird, eine Anzeige der vom Säugling oder Kind momentan ein- und ausgeatmeten Luftmenge bildet.

Durch die Anwendung von Druckabzweigungen, die die statischen Komponenten des Gasdrucks erfassen, werden die zum Meßwertumformer 2k geleiteten Gasdrucksignale von geschwindigkeitsunabhängigen Komponenten des durch die Sammelkanäle geführten Gas-

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Stroms abgeleitet, so daß die so übertragenen statischen Gasdrucksignale praktisch keine Signalkomponenten enthalten, die von zufälligen Änderungen des Gesamtdrucks in den Sammelkanälen 21 und 22 herrühren.

Der ununterbrochene Luft- oder Gasstrom aus den Zufuhrkanälen 17 und 18 in den Atemkanal 12 und dann aus dem Atemkanal 12 zur Atmosphäre minimiert die Ausbildung von "Taschen" von statischer Luft bzw. Gas im Atemkanal 12 und spült aus dem Atemkanal 12 alle Fremdstoffe heraus, die durch oder von einem Kind oder Säugling in den Atemkanal 12 eingeführt wurden, wodurch sich in bezug auf Sicherheit und Hygiene große Vorteile ergeben.

Eine fest angeordnete Strömungsdrossel, die als Dämpfungsdrossel wirkt, kann zwischen den beiden Sammelkanälen 21 und 22 angeordnet sein, wobei jede Druckabzweigung 27, 28 zwischen der öffnung 19, 20 des jeweiligen Sammelkanals 21, 22 und der Verbindung mit der ortsfesten Strömungsdrossel liegt. Eine ortsfeste Strömungsdrossel kann zwischen die Auslaßabzweigung 25 und die Druckabzweigung 27 und eine weitere Strömungsdrossel zwischen die Auslaßabzweigung 26 und die Druckabzweigung 28 geschaltet sein. Diese beiden Strömungsdrosseln sind dann so gewählt, daß der Meßwertumformer 2k in bezug auf die Strömungsdrosselkennlinien der verschiedenen Teile des Kreises symmetrisch in den Pluidkreis eingeschaltet ist. Der Fluidkreis kann erforderlichenfalls eine Vorrichtung zum Beseitigen zufälliger Druckänderungen aus dem Gasdrucksignal,

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das von jedem Sammelkanal 21, 22 zur jeweiligen Druckabzweigung übertragen wird, aufweisen.

Der Mengenmesser nach Fig. 2 gleicht im wesentlichen dem nach Fig. 1, und es werden nur die unterschiedlichen Teile erläutert, In Fig. 1 und 2 gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Sammelkanäle 21 und 22 sind durch einen gekrümmten Verbindungskanal 29 so miteinander verbunden, daß sie mit diesem eine Schleife bilden, über die die beiden öffnungen 19 und 20 miteinander in Verbindung stehen. Die Länge und Ausbildung des Teils der Schleife, der sich zwischen den Druckabzweigungen 27 und 28 erstreckt, gewährleistet eine laminare Fluidströmung zwischen den Druckabzweigungen 27 und 28. Die zum Erzeugen einer solchen laminaren Strömung erforderlichen Kriterien sind in der Technik bekannt und werden hier nicht erläutert. Die von den Druckabzweigungen 27 und 28 zu den Eingängen 25 und 26 des druckdifferenzempfindlichen Meßwertumformers 24 übertragenen Gasdrucksignale werden von den geschwindigkeitsunabhängigen Druckkomponenten der die Druckabzweigungen 27 und 28 durchsetzenden laminaren Strömung abgeleitet. Die Druckabzweigungen 27 und 28 sind genügend weit von den Einmündungen 19 und 20 beabstandet, so daß sie nicht den möglicherweise an den Mündungen 19 und 20 herrschenden Wirbelströmungen unterworfen sind.

Durch das Vorsehen eines Kanals, der eine laminare Strömung zwischen den Druckabzweigungen 27 und 28 gewährleistet, wird

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sichergestellt, daß die Gasdrucksignale, die zum Meßwertumformer 2k übertragen werden, von geschwindigkeitsunabhängigen Komponenten der laminaren Strömung durch die Sammelkanäle 21 und 22 abgeleitet werden.

Fig. 3 zeigt eine Einrichtung, die in einem Operationssaal zum Überwachen der Atemfunktionen eines fünfmonatigen Knaben, dessen Kopf bei 30 zu sehen ist, verwendet wurde. Der Atemkanal 12, die Zufuhrkanäle 17 und 18, die Sammelkanäle 21 und 22 und der sie verbindende gekrümmte Kanal 29 sind in einem Block 31 ausgebildet.

Ein Ende des Atemkanals 12 endet in einem Anschlußstück 32, das eine Gesichtsmaske 33 für das Kind trägt. Die Gesichtsmaske umgibt Nase und Mund des Kopfs 30 und bringt den Atemkanal 12 über ein kurzes Kupplungsstück 3¹J, das einen Teil der Gesichtsmaske 33 bildet, mit dem Zwischenraum in Verbindung, der zwischen der Gesichtsmaske 33 und dem Gesicht des Kindes gebildet ist. Das andere Ende des Atemkanals 12 ist mit einem weiteren Anschlußstück 35 verbunden, das einen üblicherweise verwendeten Reservoirbeutel trägt. Das Anschlußstück 35 bildet eine Leitung, die das Innere des Beutels 36 mit dem Atemkanal 12 verbindet, sowie ein Abzugsrohr 37, das die Leitung zur Atmosphäre entlüftet. Der Block 31 weist Abzweigungen 38 und 39 zum Verbinden der Zufuhrkanäle 17 und 18 mit Außenleitungen und die Druckabzweigungen 27 und 28 auf.

Der Ausgang eines üblichen Narkosegeräts MO ist mit der Einlaßabzweigung 11 verbunden. Jeder Druckregler 15, 16 ist über eine

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geeignete Leitung 41, 42 mit den Abzweigungen 38, 39 über ein entsprechendes Manometer 43, 44 verbunden.

Der Ausgang 45 des druckdifferenzempfindlichen Meßwertumformers 24 ist mit einem Eingang eines Verstärkers 46 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 46 ist über einen Wählschalter 47 mit einem Eingang 48 eines Schreibers 49 und mit einem Eingang 50 eines Integrierglieds 51 verbunden. Der Ausgang 52 des Integrierglieds 51 ist mit einem Spannungsmesser 53 und mit einem weiteren Eingang 54 des Schreibers 49 verbunden. Der Schreiber 49 liefert eine kontinuierliche Anzeige der Durchflußmenge der von dem zu beobachtenden Kind ein- und ausgeatmeten Luft. Es ist auch möglich, vom Schreiber 49 eine Anzeige der Gesamtmenge der vom Kind während einer vorgegebenen Zeit ein- oder ausgeatmeten Luft zu erhalten. Der Spannungsmesser 53 liefert eine Voltanzeige der vom Kind bei jedem Atemzug oder während eines bestimmten Intervalls ein- und/oder ausgeatmeten Gesamtluftmenge.

Fig. 4 und 5 zeigen im Detail den Aufbau des Blocks 31 mit zwei viereckigen Platten 55 und 56 aus starrem Kunststoff, dem Anschlußstück 32 und einem Zwischenstück 57, das dem Anschlußstück 32 gleicht und zum Verbinden des Atemkanals 12 mit dem Anschlußstück 35 dient.

Vorteilhaft sind die beiden zu verbindenden Flächen der Platten 55 und 56 mit Nuten ausgebildet zur Bildung des Atemkanals 12 mit viereckigem Querschnitt, der Zufuhrkanäle 17 und 18, der

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Sammelkanäle 21 und 22 und des gekrümmten Verbindungskanals 29. Die durch Nuten in den beiden Platten 55 und 56 gebildeten Kanäle 17, 18, 21, 22 und 29 können im Querschnitt kreisförmig oder viereckig sein. Alternativ können sämtliche Nuten in einer der Platten 55, 56 ausgebildet sein, wobei die Verbindungsfläche der jeweils anderen Platte 55 oder 56 eben ist und die Nuten abschließt, so daß die Kanäle 17, 18, 21, 22 und 29 im Querschnitt viereckig oder D-förmig sind. Die Platten 55 und 56 werden durch Befestigungsschrauben 58 zusammengehalten. Vorteilhafterweise ist die Druckabzweigung 27 in der einen und die Druckabzweigung 28 in der anderen der Platten 55 und 56 enthalten, so daß die beiden Druckabzweigungen 27 und 28 auf gegenüberliegenden Seiten des Blocks 31 austreten. Durch diese Anordnung werden Schwierigkeiten vermieden, die sich dadurch ergeben, daß die beiden öffnungen in den Wänden der Kanäle 21 und 22 am Innenende der Druckabzweigungen 27 und 28 in nahem Abstand voneinander liegen. Die beiden Druckabzweigungen 27 und 28 könnten auch auf einer Seite des Blocks 31 austreten, wenn sie in bezug auf die ebenen Flächen der Platte 55 oder 56, von der sie getragen werden, unter einem Winkel angeordnet wären.

Es hat sich gezeigt, daß das Betriebsverhalten des Mengenmessers dadurch verbessert wird, daß in der Wand des Atemkanals 12 zwischen den Mündungen 19 und 20 der Sammelkanäle 21 und 22 und gegenüber den Mündungen 13 und 14 der Zufuhrkanäle 17 und 18 eine gewölbte Ausnehmung 23 vorgesehen wird, deren Fläche einen Teil einer inneren Zylinderfläche bildet, die die Achsen

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der beiden Zufuhrkanäle 17 und 18 und der beiden Sammelkanäle 21 und 22 einschließt. Bei dieser Ausführung treffen sich die Achsen der Zufuhrkanäle 17 und 18 in einem Punkt auf der Längsachse des Atemkanals 12, und die Achsen der Sammelkanäle treffen sich in einem Punkt, der auf der gegenüberliegenden Wand des Atemkanals 12 liegt.

Das Anschlußstück 32 und das Zwischenstück 57 sind aus einem geeigneten Metall, z. B. Kupfer, gefertigt und haben einen eine öffnung aufweisenden Grundblock 59 und einen koaxialen rohrförmigen Teil 60. Die öffnung im Block 59 ist mittig, im Querschnitt viereckig und mit dem Atemkanal 12 ausgerichtet. Der Grundblock 59 ist an den entsprechenden Seiten der beiden Platten 55 und 56 durch vier Stellschrauben 61 befestigt. Der rohrförmige Teil 60 hat eine dünne Wand und ungleichen Querschnitt, der sich allmählich von rechteckig an dem mit dem Grundblock 59 verbundenen Ende zu kreisförmig am anderen, äußeren Ende ändert.

Der unter Bezugnahme auf Fig. 1 oder Fig. 2-5 erläuterte Mengenmesser kann so ausgebildet sein, daß er sowohl die Richtung als auch die Stärke des zu messenden Fluidstroms mißt. Außerdem hat der Mengenmesser lineare Kennlinien, die innerhalb zulässiger Toleranzen von einem Gerät zum nächsten wiederholbar sind. Der Mengenmesser ist insbesondere zum Messen der Atemfunktionen eines Kindes oder Säuglings geeignet, da er die erforderlichen niedrigen Durchflußmengen wirksam messen kann und ferner der Druckabfall durch den Atemkanal 12 nicht zu einer unzulässigen Beschränkung der Atmung des Kindes oder

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Säuglings führt. Ferner ist der Mengenmesser einfach und kostengünstig aufgebaut. Weiter wurde festgestellt, daß er durch die Feuchtigkeit im Atem des Kindes oder Säuglings, die sich mit Änderungen der Betriebsbedingungen ändert, nicht beeinflußt wird.

Der erfindungsgemäße Mengenmesser ist zum Messen jeder Fluidströmung geeignet und nicht auf eine pulsierende Fluidströmung beschränkt. Die beiden Zufuhrkanäle 17 und 18 sind durch einen einzigen Druckmittelzufuhrkanal ersetzbar, bei dem die Sammelkanäle 21 und 22 symmetrisch angeordnet sind; die Anwendung von zwei Druckmittelzufuhrkanälen wird allerdings bevorzugt, da der Ort und die Richtung des einzigen Druckmittelstrahls, der durch die Kombination der beiden aus dem Kanalpaar abgegebenen Druckmittelstrahlen gebildet wird, leicht durch Verstellen der Fluidströmung durch einen oder beide Zufuhrkanäle regelbar ist.

Gemäß Fig. 6 kann eine Pumpe 62, die dem Atemkanal 12 durch ihre Förderleitung und durch einen einzigen Druckmittelzufuhrkanal 63 Druckluft zuführt, so angeordnet sein, daß sie durch ihre Saugleitung Luft aus dem Atemkanal 12 Über einen Durchgang 64 ansaugt, der zwischen den beiden Sammelkanälen 21 und 22 liegt und mit dem einzelnen Zufuhrkanal 63 ausgerichtet ist. Die beiden Sammelkanäle 21 und 22 können an ihren von den Mündungen 19 und 20 fernen Enden verschlossen sein, wie dies bei dem Gerät nach Fig. 1 der Fall ist, oder sie können über eine Schleife miteinander verbunden sein, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert wurde.

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Pig. 7 zeigt einen Mengenmesser, der zu einem großen Teil dem nach Pig. I gleicht und dessen davon verschiedene Teile nun erläutert werden.

Ein üblicher Fluid-Differenzverstärker b5 ist zwischen die Einlaßabzweigung 11 und die beiden Zufuhrkanäle 17 und Ib geschaltet. Die beiden Druckregler 15 und 16 können entfallen, können jedoch erforderlichenfalls auch vorgesehen sein, um bei der Anfangseinstellung in der bereits erläuterten Weise mitzuwirken. Der Verstärker 65 hat einen Speiseeingang 66, gegenüberliegende Druckmitteleingänge 67 und 6b, die auf entgegengesetzten Seiten des Verstärkers 65 angeordnet sind, und zwei Strömungsausgänge 69 und 70. Der Strömungsausgang 69 ist mit dem Zufuhrkanal 17 und der Strömungsausgang 70 mit dem Zufuhrkanal Ib verbunden. Die Druckabzweigung 27 des Sammelkanals 21 ist mit dem Eingang 6b und die Druckabzweigung 2b des Sammelkanals 22 mit dem Eingang 67 verbunden. Der Differenzverstärker 65 ist so ausgelegt, daß eine Druckänderung am Eingang 67 die Ausgangsströmung am Ausgang 70 und eine Druckmitteländerung am Eingang 6b die Ausgangsströmung am Ausgang 69 regelt, so daß ein Druckanstieg an einem Eingang in einer stärkeren Strömung am entsprechenden Ausgang und ein Druckabfall an einem Eingang in einer verringerten Strömung am entsprechenden Ausgang resultiert. Jeder Zufuhrkanal 17, Ib hat eine entsprechende Druckabzweigung 71> 72, die mit dem entsprechenden Eingang des Meßwertumformers 24 über den entsprechenden Ausgang 25, 26 verbunden ist.

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Bei Benutzung des Mengenmessers wird die Einlaßabzweigung 11 mit einer Druckluftversorgung verbunden, und Druckluft wird durch die Einlaßabzweigung 11 zum gemeinsamen Speiseeingang 66 des Verstärkers 65 geleitet. Die Druckluft tritt aus den beiden Ausgängen 69 und 70 aus, wird durch die Zufuhrkanäle 17 und 18 geleitet und tritt aus deren Mündungen 13 und 14 als zwei konvergente Luftstrahlen aus, die in der erläuterten Weise etwa in der Mitte des Atemkanals 12 ineinander übergehen. Wenn bei Abwesenheit einer axialen Strömung durch den Atemkanal 12 der einzelne Luftstrahl nicht mittig zwischen den Mündungen 19 und 20 der Sammelkanäle 21 und 22 auf die Wand des Atemkanals 12 trifft, ist die Strömung in einen der Sammelkanäle, z. B. den Sammelkanal 21, stärker als in den anderen Sammelkanal 22. Wenn die Strömung in den Sammelkanal 21 stärker als die in den Sammelkanal 22 ist, ist das Drucksignal am Eingang 68 größer als das am Eingang 67, so daß ein höherer Anteil der Druckluftströmung, die den Verstärker 65 durchsetzt, durch den Ausgang 69 und nicht durch den Ausgang 70 gerichtet wird. Somit tritt aus der Mündung 13 eine stärkere Strömung als aus der Mündung 14 aus, so daß der einzelne Luftstrahl vom Sammelkanal 21 zum Sammelkanal 22 abgeleitet wird. So führt die Rückkopplung jeder Druckänderung aufgrund der Differenz zwischen den Strömungen durch die Sammelkanäle 21 und 22 zum jeweiligen Eingang 67 oder 68 zu einer Verminderung dieser Strömungsdifferenz, so daß der Verstärker dazu tendiert, automatisch einen Strömungsausgleich in den beiden Sammelkanälen 21 und 22 wiederherzustellen; somit arbeitet der Verstärker als in der Technik bekanntes Nullinstrument.

Die Messung der Stärke und Richtung einer axialen Strömung durch

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den Atemkanal 12 durch Vergleich der statischen Druckkomponenten der Fluidströmung durch die beiden Zufuhrkanäle 21 und im Meßwertumformer ist aus der Erläuterung unter Bezugnahme auf Fig. 1 ersichtlich. Die beiden Sammelkanäle 21 und 22 können erforderlichenfalls durch einen gekrümmten Verbindungskanal 29 miteinander verbunden sein (Fig. 2), dessen Abmessungen und Ausbildung so sind, daß die Strömung zwischen den beiden Druckabzweigungen 27 und 28 laminar ist.

Die unter Bezugnahme auf Fig. 1-6 erläuterten verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung betreffen den Vergleich der statischen Druckkomponenten der Fluidströmung durch die beiden Sammelkanäle im differenzdruckempfindlichen Meßwertumformer, wobei die Differenz zwischen den statischen Druckkomponenten ein Maß für die Fluidströmung durch den Atemkanal 12 ist. Ein einfacher Vergleich zwischen den Fluidströmungen durch die beiden Sammelkanäle kann zum Erzeugen eines Meßwerts für die Fluidströmung durch den Atemkanal 12 verwendet werden, wenn die Strömung durch die beiden Sammelkanäle laminar und nicht verwirbelt ist. Somit kann als Maß der Fluidströmung durch den Atemkanal 12 in sämtlichen vorstehend erläuterten Ausführungsformen, bei denen die beiden Sammelkanäle durch einen Verbindungskanal zu einer Schleife zwischen den Mündungen beider Sammelkanäle verbunden sind, wobei die Abmessungen und die Ausbildung der Schleife für eine laminare Strömung durch die Schleife sorgen, die elektromotorische Kraft eines Hitzdrahtanemometers, das in der laminaren Strömung in der Schlei-

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fe angeordnet ist, oder die Stärke des in einem ein Widerstandselement, ζ. Β. einen Heißleiter, dessen Widerstandswert sich mit der Temperatur des Elements ändert und das in der laminaren Strömung angeordnet ist, aufweisenden elektrischen Kreises fließenden Stroms verwendet werden. Die von einem solchen Hitzdrahtanemometer erzeugte EMK wird dann von einem Spannungsmesser angezeigt, der zwischen die beiden Ausgangsanschlüsse des Elements geschaltet ist. Der elektrische Kreis, der ein temperaturempfindliches Widerstandselement enthält, weist ferner eine Spannungsversorgung und eine Anzeigeeinheit, z. B. einen Strommesser oder ein Galvanometer, auf, die miteinander und mit dem Widerstandselement reihengeschaltet sind.

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Claims

Ansprüche

I₁/Einrichtung zum Messen der Durchflußmenge einer Fluidströmung, mit einem Kanal, durch den die zu messende Fluidströmung gerichtet ist, und mit Druckfluidzufuhrmitteln zum Richten wenigstens eines Druckfluidstrahls quer durch den Kanal zu zwei mit dem Kanal verbundenen Sammelkanälen, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die einer nichtwirbelnden Komponente der Fluidströmung in jedem Sammelkanal (21, 22) zugeordnet ist zum Ableiten von wenigstens einem die zugehörige nichtwirbelnde Fluidströmungskomponente angebenden Signal.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einer nichtwirbelnden Fluidströmungskomponente in jedem Sammelkanal (21, 22) zugeordnete Vorrichtung eine Druckabzweigung (27» 28) zum Erfassen des statischen Drucks der Fluidströmung an einem bestimmten Punkt in jedem Sammelkanal (21, 22) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen differenzdruckempfindlichen Meßwertumformer (24) mit zwei Druckfluidströmungs-Einlaßöffnungen, wobei je eine Druckabzweigung (27, 28) mit je einer der Einlaßöffnungen verbunden ist.

¹I. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die beiden Sammelkanäle (21, 22) in bezug auf die Druckfluidzufuhr symmetrisch angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, bei der jeder Sammelkanal eine in einer Wand des Kanals gebildete Mündung hat, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Kanals (12) zwischen den Mündungen (19 und 20) der Sammelkanäle (21 und 22) eine gewölbte Ausnehmung (23) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der jeder Sammelkanal eine in der Wand des Kanals gebildete Mündung hat, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sammelkanäle (21, 22) unter Bildung einer Schleife miteinander verbunden sind, durch die die Mündungen (19, 20) miteinander in Verbindung stehen, wobei die Abmessungen und die Ausbildung des Teils oder der Teile der Schleife, mit denen die einer nichtwirbelnden Pluidströmungskomponente in jedem Sammelkanal (21, 22) zugeordnete Vorrichtung in Verbindung steht, eine laminare Pluidströmung in der Schleife sicherstellen.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einer nichtwirbelnden Pluidströmungskomponente in jedem Sammelkanal (21, 22) zugeordnete Vorrichtung ein temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement aufweist, das in einem von laminarer Pluidströmung durchströmtem Teil der Schleife gehaltert ist.

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ö. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Sammelkanälen (21, 22) eine Strömungsdrossel vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche l-ö, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckfluidzufuhr zwei Druckfluidzufuhrkanäle (17» 18) aufweist, die zwei Druckfluidstrahlen quer durch den Kanal (12) zu den Sammelkanälen (21, 22) richten, und daß die Achsen der Zufuhrkanäle (17> lö) konvergent sind, so daß die aus den Zufuhrkanälen (17, lö) austretenden und zu den Sammelkanälen (21, 22) gerichteten Druckfluidstrahlen sich etwa in der Mitte des Kanals (12) treffen.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den beiden Zufuhrkanälen (17, lö) eingeschlossene Winkel spitz ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 2 und 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckfluidzufuhrkanäle (17, lö) mit einer gemeinsamen Druckfluidversorgung durch einen Pluiddifferenzverstärker (65) verbunden sind, und daß die Druckabzweigung (27, 28) jedes der Sammelkanäle (21 und 22) mit jeweils einem von zwei gegenüberliegenden Druckeingängen (67 und 6ö) des Verstärkers (65) verbunden ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfluidversorgung einen einzigen

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Druckfluxdzufuhrkanal (63) und eine Saugpumpe (62) mit einem Ansaugeinlaß, der mit dem Kanal (12) verbunden ist, und einem Förderauslaß, der mit dem einzigen Druckfluidzufuhrkanal (63) verbunden ist, aufweist.

13· Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugeinlaß zwischen den beiden Sammelkanälen (21, 22) und dem einzigen Druckfluidzufuhrkanal (63) gegenüberliegend mit dem Kanal (12) verbunden ist.

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