DE2842637A1

DE2842637A1 - Sauerstoffueberwachungs- und warngeraet fuer atemsysteme

Info

Publication number: DE2842637A1
Application number: DE19782842637
Authority: DE
Inventors: Robert L Cramer; John W Henneman
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1977-09-30
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1979-04-19
Also published as: FR2404440A1; GB2005031A; DE2842637C2; IL55549A; JPS5460795A; FR2404440B1; JPS6222637B2; GB2005031B; US4109509A; CA1076917A; IT7828159A0; IT1159901B

Description

Sauerstoffüberwachungs- tmd -y/arngerät für Atemsysteme

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sauerstoffüberwachungs- und Warngerät für ein Atemsjrstein nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um das nhysiologische Wohlbefinden von Flugzeugpiloten, die übex- -.i.-.ev. längeren Zeitraum Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft einatmen müssen, sicherzustellen, ist es bekannt, Flugzeugatemsysteme mit bei einem Sauerstoffmangel ansprechenden Warngeräten auszurüsten.

So ist ein Säuerst of fwarnger-s/k >?!?fe?,mrs, das einen polographischen Säuerstoffühler enthält. Dieser zeigt ständig den Partialdruck des Sauerstoffs in dem dem Piloten über eine Atemmaske zugeführten Atemfluid an. Sollte der dem Partialdruck entsprechende Saus rstoffgehalt in der Makse unter einen vorgegebenen Wert abfallen, so wird ein Warn- oder Anzeigesignal ausgelöst, das den Piloten auf eine potentielle, möglicherweise einen hypoxischen Zustand verursachende G-efährdung Mn-

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weist. Solche polographischen Sauerstoffühler arbeiten zwar in Kabinen ohne Druckausgleich und bei Flughöhen unterhalb von 9_f5OO m zufriedenstellend, bei einer Dekompression der ITugzeugkabine in Plughöhen von über 10,000 m löst der polographische Sauerstoffühler jedoch aufgrund des verringerten Gesamtdrucks ein Warnsignal aus, selbst wenn das in dieser Höhe zugeführte Atemfluid eine richtige Zusammensetzung hat.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Überwachungsund Warngerät der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das j eine gleichförmige Analyse des Sauerstoffpartialdrucks in der Atemfluidprobe mit Hilfe eines Säuerstoffühlers ermöglicht, und zwar unbeeinflußt von der Druckminderung in einer Plugzeugkabine oberhalb einer vorgegebenen Plughöhe. Insbesondere soll eine genaue Analyse des Sauerstoffpartialdrucks in der Atemfluid probe über den gesamten Plughöhenbereich eines Plugzeugs ermöglicht und ein Pehlalarm verhindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Überwachungs- und Warngerät und dessen vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 2 bis 6 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Überwachungs- und Warngerät wird durch die Druckregeleinrichtung ein kosntanter Mindest-Absolutdruck in der Atemfluidprobe unabhängig von möglichen Druck-

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änderungen des Umgebungsdrucks, z.B. oberhalb einer vorgegebe- ■, nen Plughöhe, und dadurch die Fühlergenauigkeit innerhalb annehmbarer Grenzen gehalten.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird nach den Merkmalen des Anspruchs 4 das Zusammenwirken der Aneroidfläche und des zugeordneten Gehäusesitzes auf die vorgegebene Plughöhe abgestimmt. Wenn daher das Flugzeug die vorgegebene ^!' Flughöhe erreicht, wirkt die Stirnfläche des Aneroids mit dem den Gehäuseauslaß umschließenden Ventilsitz derart zusammen, daß ein konstanter Mindestabsolutdruck in der Gehäusekammer aufrecht erhalten wird; solange sich das Flugzeug oberhalb der vorgegebenen Plughöhe befindet, wird nunmehr der Sauerstoff-* partialdruck im Atemfluid unabhängig von jeglicher Druckminderung in der Plugzeugkabine ermittelt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen.· Es zeigt:

Pig. 1 eine scheamtische Darstellung eines Sauerstoffüberwachungs- und -warngerätes für ein Atemsystem nach der Erfindung; und

Pig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie 2-2 der Pig. 1.

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. 1 zeigt einen Piloteilsitz 10 und ein Instrumentenpanel 12 in einer ELugzeugkabine. Das Instrumentenpanel 12 enthält ein Druckmeßgerät 14 für den KaMnendruck, einen Ein-Aus-Schalter 16 zur Betätigung des Atemsystems, einen Partialdruckmesser 18, der an einen Minier 22 angeschlossen ist und die Sauerstoffkonzentration im Atemfluid anzeigt, sowie einen Betriebsdruckmesser 20, der den Druck des dem Piloten zugeführten Atemfluids anzeigt.

Wie lig. 2 im einzelnen zeigt, enthält der 3?ühler 22 ein Ge- ^l häuse 24 mit einer Innenkamiaer 26. Diese ist über eine erste Öffnung 28 und eine Leitung 32 mit der Zufuhrleitung 30 des Atemsystems verbunden. Der Tantilkörper 36 eines in der Leitung 32 angeordneten Rückschlagventils 34 wird durch eine Feder 40 gegen einen Ventilsitz 38 angedrückt, um einen Rückstrom von der Kammer 26 zur Zufuhrleitung 30 zu verhindern und eine Mindestmenge an Atemfluid im Atemsystem aufrechtzuerhaltent Eine in der Leitung 32 zwischen dem Ventil 34 und der Öffnung 28 angeordnete Drossel 42 enthält eine feste Drossel- | Öffnung 44, die die in die Kammer 26 abgezweigte Atemfluidprobe begrenzt, über einen Auslaß 46 der Kammer 26 entweicht die Atemfluidprobe in die Umgebung. Ein an einer Wand 52 befestigtes Zylinderstück 50 verläuft durch den Auslaß 46 und bildet einen Sitz 48 außerhalb der Kammer 26. Die Wand 52 trennt die Kammer 26 von einer Umgebungsdruckkammer 54, die über eine Lochreihe 56 des Gehäuses 24 mit der Umgebung in

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Verbindung steht.

Im Gehäuee 24 befindet sich eine zum Auslaß 46 fluchtend ausgerichtete Öffnung 58,in der eine am Gehäuse 24 befestigte Muffe 60 angeordnet ist. Diese ist an ihrem Ende 64 mit mehreren Schlitzen 62 versehen. Ein Aneroidbalg 67 ist über eine Schraubverbindung 70 am Gehäuseende 68 befestigt. Die Balgfläche 72 hat einen vorgegebenen Abstand vom Sitz 48, und zur drehfesten Sicherung des Aneroidbalgs 67 sind in den Schlitzen 62 Nasen 74 verschiebbar angeordnet. Der vorgegebene Abstand zwischen, dem Sitz 48 und der Balgfläche 72 kann genau überprüft werden, und falls die Balgfläche 72 infolge der Expansion des Balgs 67 bei einer vorgegebenen Plughöhe nicht auf eine vorgegebene Entfernung vom Sitz 48 verstellt wird, werden die Nasen 74 aus den Schlitzen 62 ausgerückt und der Balg 67 wird verdreht und nachgestellt, bis der Abstand zwischen dem Sitz 48 und der Balgfläche 72 der Expansion des Balgs 67 entspricht. Der Dur chf lußqLuer schnitt des Auslasses 46 ist gleich dem wirksamen Druckangriffsbereich der Balgfläche 72. Wenn die Flughöhe zunimmt, wird dementsprechend der Strö>. mungsmitteldruck in der Atemfluidprobe in der Kammer 26 auf einem Mindest-Absolutdruck gehalten.

Am Gehäuse 24 ist ein Sauerstoffühler 76 befestigt, der auf den Partialdruck des Sauerstoffs im Atemfluid reagiert. Er enthält ein Gehäuse 78 mit einer Mittelbohrung 80. Eine Membran 86 wird am einen Ende 84 durch einen Ring 82 und am

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anderen Ende 92 durch eine Hülse 90 am Gehäuse 78 gehalten und unterteilt die Mittelbohrung 80 in eine erste und eine zweite Kammer 94 "bzw. 96. Am Ring 82 befindet sich eine weitere Membran 98, die entweder aus Fluoräthylentropolon oder PoIytetrafluoräthylen besteht und ein Elektrolytgel 100, z.B. Ghlorkalium, in der Kammer 96 " hält. Die Membran 98 hat einen verhältnismäßig dünnen Wandabschnitt 101 und drückt das darunterliegende Elektrolytgel 100 zu einem sehr dünnen Film. Sie ist sauerstoffdurchlässig, verhindert aber ein Einströmen von in der Luft befindlichen, festen oder flüssigen Verunreinigungen in das Elektrolytgel 100. Eine durch die Hülse 90 in die Kammer 96 verlaufende Silberanode 102 ist über eine Leitung 104 an den Teildruckmesser 18 und an Masse 106 angeschlossen. Eine Goldkathode 108 ist durch eine elektrisch nicht leitfähige Hülse 110 konzentrisch zur Silberanode 102 positioniert. Die Goldkathode 108 ist über eine Leitung 112 mit dem Partialdruckmesser 18 verbunden. Dieser ist über eine Leitung 116 an einen Vergleicher 114 und über eine Leitung 118 an eine elektrische Stromquelle, etwa eine Batterie 120 angeschlossen.

Der Vergleicher 116 ist mit einem Rechenteil 122 verbunden, das ein Bezugssignal liefert, welches den unteren, bei einer bestimmten Ilughöhe für einen Verbraucher erforderlichen, physiologischen Sauerstoffgehalt darstellt. Über einen Verstärker 124 ist der Vergleicher 114 an, eine Leuchte 126

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oder eine andere Anzeigeeinrichtung, z.B. eine Klingel oder einen Summer, angeschlossen. Wenn das Ist-Signal des Partialdruckmessers 18 vom Bezugssignal abweicht, wird die Leuchte 126 "betätigt, so daß der Pilot auf eine potentiell gefährliche Situation aufmerksam gemacht wird, welche einen Sauerstoffmangel (Hypoxie) verursachen könnte.

Die Betriebsweise dieses Gerätes ist wie folgt:

Wenn der Elugzeugpilot Atemfluid aus dem Behälter 130 benötigt, wird der Schalter 16 eingeschaltet, wodurch ein Ventil geöffnet wird, und das Atemfluid in die Zufuhrleitung 30 strömen kann. Die leitung 30 ist an einen nicht gezeigten Durchflußregler angeschlossen, der den Atemfluidstrom zum Piloten reguliert.

Durch, einen Blick auf das Instrumentenpanel 12 kann der Pilot am Betriebsdruckmesser 20 sofort den Druck ablesen, mit dem Atemfluid dem Regler zugeführt wird.

Gleichzeitig wird eine Atemfluidprobe aus der leitung 30 abgezweigt, die an dem Rückschlagventil 34/in die Leitung 32 strömt und zum Säuerstoffühler 76 in der Kammer 26 gelangt. Die Atemfluidprobe in der Kammer 26 erneuert sich kontinuierlich, da der Auslaß 4-6 über die Kammer 54 zur Umgebung geöffnet ist. ;

Der Sauerstoff in der Atemfluidprobe durchsetzt die dünne

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Wand 101 der Membran'aus Pluoräthylentropolon oder Polytetrafluoräthylen und reagiert mit dem Elektrolytgel 100 (d.h. Chlorkalium), so daß ein elektrisches Signal zwischen der Silberanode 102 und der Goldkathode 108 fließen kann. Dieses gelangt zum Partialdruckmesser 18 und wird durch den Zeiger 134 auf der Skala 132 als prozentualer Sauerstoffgehalt im Atemfluid angezeigt.

Dieses elektrische Signal wird auch dem Vergleicher 114 zugeführt, Solange das Bezugssignal des Rechenteils 122 größer als das oder gleich dem elektrischen Signal ist, bleibt die Leuchte 126 ausgeschaltet. Wenn jedoch eine Störung im Atemfluid-Erzeuger- oder -verteilersystem auftritt und der Sauerstoffgehalt nicht ausreicht, angemessene physiologische Bedingungen für den Piloten sicherzustellen, sinkt das im Fühler 76 erzeugte und den Zeiger 134 betätigende, elektrische Partialdrucksignal unter dae Bezugssignal. Daraufhin befindet sich der Vergleicher/nicht mehr im Gleichgewicht und ein Warnsignal wird vom Verstärker 124 geliefert, das die Leuchte 126 einschaltet und den Piloten auf diesen potentiell gefährlichen Zustand aufmerksam macht.

Wenn das Plugzeug seine Plughöhe ändert, folgt der Aneroidbalg 67 einer Kurve, die dem erhöhten Sauerstoffbedarf des Piloten entspricht. Infolge der Ausdehnung des Aneroidbalgs 67 bewegt sich die Aneroidfläche 72 in Richtung des Sitzes

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und begrenzt den Atemfluidausstrom aus der Kammer 26. Wenn das Flugzeug eine vorgegebene Flughöhe erreicht, wirkt die Stirnflüche 72 mit dem Sitz 48 zusammen und dosiert den Ausfluß der Atenfluidprobe aus der Kammer 26 und hält anschließend das Atemfluid in der Kammer 26 auf einem vorgegebenen oder konstanten iibsolutdruck. Nunmehr sind die Druckbedingungen, unter denen die Aternfluidprobe analysiert und der in ihr enthaltene ,Sauerstoff-Partialdruck gemessen wird, konstant. Somit ist die Genauigkeit des Fühlers 76 bei der Ermittlung des prozentualen Sauerstoffgehalts im Atemfluid unabhängig von während des Flugs entstehenden Druckänderungen in der Flugseugkabine.

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Claims

Patent an sprüche

1.') Sauerstoffüberwachungs- und -warngerät für ein Atemsystem, insbesondere für die Luftfahrt, bei dem die Sauerstoffkonzentration eines einem Verbraucher zugeführten Atemfluids in einer Probe durch einen Fühler gemessen wird, der mit der Innenkammer eines über einen Einlaß an die Atemfluidquelle und über einen Auslaß an die Umgebung angeschlossenen Gehäuses in Verbindung steht und durch die über die Innenkammer zur Umgebung strömende Atemfluidprobe laufend Angaben über das dem Verbraucher zugeführte Atemfluid erhält, gekennzeichnet durch eine die Meßabweichungen des Fühlers (76) begrenzende Druckregeleinrichtung (48, 67, 72) zur Aufrechterhaltung eines konstanten Mindest-Absolutdrucks in der Atemfluidprobe unabhängig von Umgebungsdruckänderungen, insbesondere oberhalb einer vorgegebenen Flughöhe.

2. Überwachungs- und Warngerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung (48, 67, 72) ein den Atemfluidstrom durch den Gehäuseauslaß (46) in Abhängig-

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keit vom Umgebungsdruck begrenzendes und einen konstanten Mindestabsolutdruck in der Atemfluidprobe aufrechterhaltendes Aneroid (67) enthält.

3. Überwachungs- und Warngerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aneroid (67) die gleiche effektive Querschnittsfläche wie der G-ehäuseauslaß (46) aufweist und mit diesem oberhalb einer vorgegebenen Höhe derart zusammenwirkt, daß durch Dosieren der zur Umgebung ausströmenden Atemfluidmenge der konstante Mindestabsolutdruck in der G-ehäusekammer (26) aufrecht erhalten wird.

4. Überwachungs- und Warngerät nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung (62, 70, 74) zur Änderung der Relativlage einer Aneroidflache (72) und eines den G-ehäuseauslaß (46) umschließenden Sitzes (48) entsprechend der vorgegebenen Höhe.

5. Überwachungs- und Warngerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zwischen der Atemfluidquelle (I3o)und dem G-ehäuseeinlaß (28) angeordnetes, einen Rückstrom des dem Verbraucher zugeführten Atemfluids aus der Kammer(26) zur Atemfluidquelle verhinderndes Rückschlagventil (34).

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6. Überwachung©- und Warngerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dem Gehäuseeinlaß
(28) zugeordnete, eine feste Zuflußmenge der Atemfluidprobe in die Gehäusekammer (26) einstellende Drossel (42, 44).

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