DE3437595C2 - Atemstrommesser mit Richtungsbestimmung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Atemstrom­ messer mit Richtungsbestimmung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gemäß der DE-AS 23 17 431 und der US 40 83 244 sind Atemstrommesser mit Richtungsbestimmung be­ kannt. Danach liegen die Fühler in derselben Strö­ mungsebene, und zwischen ihnen in geringem Abstand befindet sich der Luftwiderstandskörper. Die beiden Fühler werden vom Luftwiderstandskörper unter­ schiedlich stark gekühlt. Die zugeführte Energie ist beim einen Fühler geringer als beim anderen. Das Diffe­ renzsignal der Energiezufuhrwerte beider Fühler ist bei Strömung in einer Richtung positiv und in der entgegen­ gesetzten Richtung negativ. Auf diese Weise ist eine einwandfreie Richtungsbestimmung des Atemstromes möglich.

Bei beiden Vorschlägen wird die Energiezufuhr des luvseitigen Temperaturfühlers als Maß für den Luft­ durchsatz benutzt. Vor dem Luftwiderstandskörper wird jedoch die Strömung ebenfalls mehr oder weniger beeinflußt und zwar in Abhängigkeit vom Abstand des Temperaturfühlers vom Widerstandskörper und von der Strömungsgeschwindigkeit. Der luvseitige Tempe­ raturfühler kann also in einer Zone liegen, in der die Strömungsgeschwindigkeit Null ist. In den meisten Fäl­ len ist sie jedoch kleiner als die Geschwindigkeit der ungestörten Strömung. Bei der Bestimmung des Luft­ durchsatzes wird also in den meisten Fällen ein zu klei­ ner Wert ermittelt. Der Fehler ist nicht kompensierbar, da er von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig ist.

Das EP-PS 00 24 327 offenbart einen Atemstrommes­ ser mit Richtungsbestimmung mit einem in die Atem­ luftleitung eingebauten Meßkopf, der einen im Luftströ­ mungsweg angeordneten Luftwiderstandskörper sowie zwei in rechtwinklig zur Luftströmung liegenden Ra­ dialebenen vor und hinter dem Luftwiderstandskörper angeordnete Temperaturfühler aufweist. Einer dieser Temperaturfühler liegt im Strömungsbeeinflussungsbe­ reich des Luftwiderstandskörpers und liegt mit diesem in derselben Axialebene. Beide Temperaturfühler wer­ den mittels getrennter elektrischer oder elektronischer Temperatur-Konstanthaltungskreise auf einer konstan­ ten gegenüber der Atemlufttemperatur erhöhten Ar­ beitstemperatur gehalten. Mit einem Meßgerät wird die elektrische Energie zur Kompensation der bei der At­ mung oder Beatmung erfolgenden Abkühlung jeweils eines Fühlers als Wert für den Luftdurchsatz gemessen. Durch Differenzbildung der Energie-Zufuhrwerte wird die Strömungsrichtung bestimmt. Dieser Atemstrom­ messer ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß der andere Fühler von der den ersten Fühler und den Luft­ widerstandskörper enthaltenden Axialebene einen Ra­ dialabstand hat, der ausreicht, um ihn aus dem Bereich der Strömungsbeeinflussung durch den Widerstands­ körper herauszuhalten, wobei dieser Fühler unabhängig von der Strömungsrichtung zur Messung des Luftdurch­ satzes dient.

Gemäß der US 36 45 133 ist ebenfalls ein Atemstrom­ messer bekannt, bei dem zwei Fühler in unterschiedli­ chem Radialabstand verwendet werden, allerdings fehlt ein Luftwiderstandskörper. Ein Fühler dient zur Bestim­ mung des Luftdurchsatzes und der andere radialversetz­ te Fühler dient nur der Temperaturkompensation bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen. Eine Rich­ tungsbestimmung durch Bildung eines Differenzsignals ist mit diesem Atemstrommesser nicht möglich, weil bei­ de Fühler in einer ungestörten Strömung liegen und in beiden Strömungsrichtungen ein Differenzsignal immer den Wert Null haben würde.

Gemäß dem bereits genannten EP-PS 00 24 327 sind die Radialebenen senkrecht zur Luftströmung angeord­ net und einer der beiden Temperaturfühler liegt in einer Radialebene von dem Luftwiderstandskörper, wogegen der andere Temperaturfühler in einer Radialebene hin­ ter dem Luftwiderstandskörper liegt. Bei vorgegebener Größe des Meßkopfes folgt daraus, daß beide Radiale­ benen und Temperaturfühler relativ nahe dem Luftwi­ derstandskörper angeordnet sind und daß insbesondere der Temperaturfühler, der durch den Widerstandskör­ per nicht beeinflußt werden soll, ebenfalls relativ nahe dem Widerstandskörper angeordnet ist.

Genauere Untersuchungen haben ergeben, daß bei der beschriebenen nahen Anordnung des einen Tempe­ raturfühlers doch mit Fehlern bei der Messung des Luft­ durchsatzes zu rechnen ist. Dies deshalb, weil der Luft­ widerstandskörper die Strömungsgeschwindigkeit auch im Bereich des Temperaturfühlers erhöht, der von der Wirkung des Luftwiderstandskörpers nicht beeinflußt werden soll.

Die relativ nahe Anordnung des den Luftdurchsatz messenden Fühlers in der beschriebenen geringen Ent­ fernung zum Luftwiderstandskörper hat auch den Nachteil, daß vom Luftwiderstandskörper ausgelöste Turbulenzen die Streuung der Meßgröße verhindern. Wie bei allen genaueren Messungen ist die Meßgröße mit einer Zufallskomponente behaftet, deren Varianz im vorliegenden Fall umso größer ist, je näher der Tempe­ raturfühler bei dem Widerstandskörper angeordnet ist. Diese größere Varianz bewirkt eine relativ große Streu­ ung der Meßgröße, das heißt, des Luftdurchsatzes.

Auch wenn zwischen dem Patienten und dem Meß­ kopf ein Sieb in der Atemluftleitung angeordnet ist, kön­ nen sich gelegentlich Sekrete des Patienten am Luftwi­ derstandskörper festsetzen, so daß bei zunehmender Verdickung des Luftwiderstandskörpers mit einer Ver­ fälschung der Messung zu rechnen ist und im Falle einer elektrischen Verbindung des Luftwiderstandskörpers mit dem Fühler eine Messung sogar vereitelt wird. Der­ artige Komplikationen sind umso häufiger zu erwarten, je näher der den Luftdurchsatz messende Fühler beim Luftwiderstandskörper angeordnet ist.

Die erwähnten genaueren Untersuchungen haben auch ergeben, daß sich bei Messungen der Luftdurchsät­ ze mit einer Anordnung gemäß dem EP-PS 00 24 327 doch verschiedene Werte bei unterschiedlichen Strö­ mungsrichtungen ergeben. Dieser Umstand erwies sich umso bedeutsamer, als man durch klinische Erfahrun­ gen erkannte, daß die Messung der Leckvolumina in vielen Fällen, insbesondere bei der künstlichen Beat­ mung von Kleinkindern, lebensentscheidend sein kann. Dabei versteht man unter Leckvolumina jene Luftvolu­ mina, die einerseits bei der Beatmung den Meßkopf pas­ sieren, aber unkontrolliert entweichen und die Lunge nicht erreichen, und die andererseits beim Ausatmen von der Lunge abgegeben werden, aber vor Erreichen des Meßkopfes entweichen. In extremen Fällen kann der Anteil der Leckvolumina sogar wesentlich größer sein als der Anteil jener Luftvolumina, die einerseits den Meßkopf passieren und die Lunge erreichen und die andererseits von der Lunge abgegeben werden und auch den Meßkopf passieren.

Unter Verwendung der Anordnung gemäß dem EP-PS 00 24 327 wäre es nun grundsätzlich denkbar die Summe der bei beiden Strömungsrichtungen auftreten­ den Leckvolumina zu ermitteln; dies allerdings nur mit großem instrumentellen Aufwand und auch dann nur wenig genau. Dazu müßten die Kennlinien der Meßsi­ gnale in bezug auf die Strömungsgeschwindigkeiten der Atemluft für beide Strömungsrichtungen aufgenommen werden, diese Kennlinien müßten für beide Strömungs­ richtungen linearisiert werden und durch doppelte Kompensation, der sich bei beiden Strömungsrichtun­ gen ergebenden Unterschiede ließe sich die Summe der Leckvolumina angenähert ermitteln.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich ein relativ geringer Abstand des den Luftdurch­ satz messenden Fühlers vom Widerstandskörper nach­ teilig auswirkt, und zwar auf den Meßfehler, auf die Streuung des Meßfehlers und auf die Betriebssicherheit des Atemstrommessers; insbesondere beruht die Erfin­ dung auf der Erkenntnis, daß sich der erwähnte Abstand nachteilig auswirkt im Zusammenhang mit der Messung der Leckvolumina.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, einen Atemstrommesser der eingangs genann­ ten Gattung anzugeben, der eine genauere Ermittlung des Luftdurchsatzes ermöglicht und dessen Betriebssi­ cherheit verbessert ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 an­ gegebenen Merkmale.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß - bei vorgegebenen Meßkopfdimensionen - die Entfernung des vom Luftwiderstandskörper nicht beeinflußten Füh­ lers vom Luftwiderstandskörper größer bemessen wer­ den kann als bei bekannten Atemstrommessern, weil bei der Erfindung der Widerstandskörper nicht zwischen den beiden Fühlern angeordnet ist und der eine Fühler noch zwischen dem Widerstandskörper und dem nicht zu beeinflussenden Fühler angeordnet ist, was einen re­ lativ großen Abstand dieses Fühlers vom Widerstands­ körper ergibt. Diese Maßnahme ist besonders zu würdi­ gen, weil die Dimensionen des Meßkopfes kritisch sind und weil ein größerer Meßkopf erhebliche Nachteile im Zusammenhang mit dem Totvolumen hat. Unter Totvo­ lumen versteht man jenes Atemluftvolumen an ver­ brauchter Atemluft, das nach dem Ausatmen wieder eingeatmet wird. Dabei wird unterstellt, daß die Mund­ öffnung oder eine Nasenöffnung des Patienten über den Atemkanal, über den Meßkopf und über ein Verzwei­ gungsstück einerseits an das Beatmungsgerät und ande­ rerseits an ein Auslaßventil angeschlossen ist. Je größer der Meßkopf ist, desto größer ist der Totraum innerhalb des Atemluftkanals zwischen dem Patienten und dem Verzweigungsstück und desto größer ist das Totvolu­ men. Es ist klar, daß das Totvolumen möglichst klein sein soll, um das Rückatmen verbrauchter Atemluft zu minimieren; in diesem Zusammenhang sind alle Bestre­ bungen zu verstehen, die Dimensionen der Meßköpfe zu verringern. Das gilt insbesondere für Meßköpfe für Kleinkinder. Die Erfindung ermöglicht also eine Ver­ besserung der Meßköpfe bei gleicher Dimensionierung oder eine Verringerung des Totvolumens bei gleichen Meßkopfeigenschaften.

Die Erfindung ermöglicht eine vergleichsweise ge­ nauere Messung des Luftdurchsatzes, weil der nicht zu beeinflussende Fühler relativ weit vom Widerstands­ körper in einem Luftkanalbereich angeordnet ist, wo die Strömungsgeschwindigkeit nicht erhöht ist auf Grund des Widerstandskörpers.

Bei der relativ großen Entfernung des Fühlers zum Widerstandskörper verringern sich die Turbulenzen und damit die Streuung der Meßgröße.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß eine Verfälschung der Meßwerte durch Sekrete nicht zu befürchten ist, weil der Abstand des betreffen­ den Fühlers vom Widerstandskörper keine falschen Meßwerte ermöglicht. Umso weniger ist zu befürchten, daß der betreffende Fühler durch Sekretbildung elek­ trisch mit dem Widerstandskörper verbunden wird, so daß eine Vereitelung der Messung in diesem Zustand ausgeschlossen ist.

Schließlich zeichnet sich die Erfindung auch noch dar­ in aus, daß die Kennlinien bei der Messung des Luft­ durchsatzes beim Ausatmen und bei der Beatmung gleich sind. Dies ermöglicht eine relativ genaue Ermitt­ lung der Leckvolumina, ohne daß ein erhöhter Aufwand für die Aufnahme und Linearisierung mehrerer Kennli­ nien erforderlich wären. Die Bedeutung dieser Maßnah­ me liegt darin, daß erwachsenen Patienten üblicherwei­ se ein Atemschlauch in die Luftröhre eingeführt wird, der oberhalb der Bronchien und unterhalb des Kehlkop­ fes mit Hilfe eines aufblasbaren Ballons gegenüber der Luftröhre abgedichtet wird. Nach mehrwöchiger Beat­ mung erschlafft das Gewebe der Luftröhre und da auch der Ballon nicht unbegrenzt weiter aufblasbar ist, ent­ weicht Atemluft im Bereich des Ballons; die Folge sind Leckvolumina, die die Messung verfälschen. Aus diesem Grund ist die Ermittlung der Leckvolumina auch bei Erwachsenen bedeutsam, weil dadurch eine Korrektur der Luftdurchsatz-Meßwerte möglich ist. Eine noch größere Bedeutung hat die Ermittlung der Leckvolumi­ na bei der Behandlung von Kleinkindern, weil bei diesen die Beatmung über die Nasenöffnungen erfolgt, weil immer mit Leckvolumina zu rechnen ist und weil die Methode mit dem Ballon nicht anwendbar ist.

Im allgemeinen ist es zweckmäßig, daß der Meßkopf einen sich verengenden konischen Abschnitt, einen Mit­ telabschnitt mit gleichbleibendem Querschnitt und ei­ nen sich erweiternden konischen Abschnitt besitzt. Um einen relativ großen Abstand des den Luftdurchsatz messenden Fühlers zum Widerstandskörper zu erzielen ist es günstig, die beiden Fühler wie bisher im Bereich des Mittelabschnittes anzuordnen, aber den Wider­ standskörper in den Bereich einer der konischen Ab­ schnitte zu verlegen. Ein besonders großer Abstand ist dann erzielbar, wenn nur der den Luftdurchsatz messen­ de Fühler im Bereich des Mittelabschnittes angeordnet ist, wogegen der Widerstandskörper und der vom ihm beeinflußte Fühler im Bereich eines konischen Ab­ schnittes angeordnet sind.

Der vom Widerstandskörper zu beeinflussende Füh­ ler soll möglichst im Windschatten des Widerstandskör­ pers liegen, was zu gelegentlichen Schwierigkeiten füh­ ren kann, wenn optimale Ergebnisse angestrebt werden. Dies deshalb, weil einerseits der Widerstandskörper so dünn wie möglich sein soll, um keine vermeidbaren Tur­ bulenzen zu verursachen; andererseits wird als Fühler meist ein auf rund 400 Grad Celsius erhitzter Platin­ draht verwendet, der sich bei dieser Temperatur in we­ nig kontrollierbarer Weise verformt und der auch von einem dünnen Widerstandskörper noch wirksam beein­ flußt werden soll. Es ist unter diesen Voraussetzungen schwierig, unter Berücksichtigung der Toleranzabwei­ chungen die erwünschten gegenseitigen Lagebeziehun­ gen und Toleranzmaße bei der Herstellung, bei der Montage und im Betrieb einzuhalten. Zur Lösung dieser Aufgaben hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Luftwiderstandskörper innerhalb einer Vertikalebene derart schräg zum im Strömungsbeeinflussungsbereich liegenden Fühler angeordnet ist, daß ein in axialer Rich­ tung auf den Widerstandskörper projiziertes Bild dieses Fühlers gegenüber der Mittellinie des Widerstandskör­ pers verdreht ist - vorzugsweise soweit, daß die den Enden des Fühlers entsprechenden Bildpunkte auf die Umrisse des Widerstandskörpers fallen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung anhand der Fig. 1 bis 8 beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die Achse eines Meßkop­ fes senkrecht durch Temperaturfühler-Drähte,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Achse des Meßkopfes parallel zu den Temperaturfühler-Drähten,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Meßkopf senkrecht zu dessen Achse,

Fig. 4 eine Projektion eines Fühler-Bildes auf die Mittellinie des Widerstandskörpers,

Fig. 5 eine Projektion eines Fühler-Bildes auf einen schräg gestellten Widerstandskörper,

Fig. 6 zwei Diagramme gemäß dem Stand der Tech­ nik,

Fig. 7 zwei Diagramme bei einem Ausführungsbei­ spiel der Erfindung,

Fig. 8 zwei weitere Diagramme bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Meßkopf 10 be­ steht im wesentlichen aus einem rohrförmigen Gehäuse und aus einer Steckereinrichtung. Das Gehäuse mit sei­ ner Achse 20 gliedert sich in einem konischen Abschnitt 21, einem Mittelabschnitt 22 und einem weiteren koni­ schen Abschnitt 23 und ist ein Teilstück des nicht voll­ ständig dargestellten Atemluftkanals. Die obere Stirn­ seite 24 ist über einen Schlauch an die Luftröhre eines Patienten anschließbar. Die untere Stirnseite 25 ist über ein nicht dargestelltes Verzweigungsstück einerseits an ein Beatmungsgerät und andererseits an ein Auslaßven­ til anschließbar. Unter diesen Voraussetzungen wird die vom Patienten ausgeatmete Luft in Richtung des Pfeiles 26 durch den Meßkopf zum Auslaßventil geleitet. Bei der Beatmung gelangt Luft des Beatmungsgerätes in Richtung des Pfeiles 27 durch den Meßkopf zum Patien­ ten. Der Meßkopf könnte auch derart betrieben werden, daß die Stirnseite 25 an die Luftröhre des Patienten angeschlossen ist und daß die Stirnseite 24 über ein Verzweigungsstück an das Beatmungsgerät bzw. an das Auslaßventil angeschlossen ist.

Die Steckereinrichtung besteht aus dem Gehäuse 28, dem Isolierkörper 29, aus mehreren Stiften 30, 32, 34. ferner aus den Stäben 31, 33, 36, 38, aus den Platindräh­ ten 35, 40 und aus dem Widerstandskörper 42. Der Stift 30 dient als Kodierstift, um die restlichen Stifte eindeu­ tig an eine nicht dargestellte Leitung anzuschließen. Der Stift 32 und ein darunterliegender Stift sind über die Stifte 31 und 33 und über den Draht 35 elektrisch leitend verbunden. Der Stift 34 und ein darunterliegender Stift sind über die Stäbe 36, 38 und den Draht 40 elektrisch verbunden.

Die beiden Platindrähte 35, 40 liegen in Radialebenen, die senkrecht zur Achse 20 zu denken sind. Sie dienen als Temperaturfühler und sind an eine elektronische Meßschaltungsanordnung angeschlossen, welche für je­ den Fühler einen elektronischen Regelkreis umfaßt, der ihre Temperatur von etwa 400 Grad Celsius konstant hält. Wenn Luft in Richtung 27 vom Beatmungsgerät zugeführt wird, dann ist elektrische Energie erforder­ lich, um die beiden Fühler 35, 40 auf der konstanten Temperatur zu halten. Da der Fühler 40 im Windschat­ ten des Widerstandskörpers 42 angeordnet ist, muß zur Konstanthaltung seiner Temperatur weniger Energie aufgewendet werden als zur Konstanthaltung der Tem­ peratur des Fühlers 35, weil dieser strömungsmäßig nicht vom Widerstandskörper 42 beeinflußt wird. Die zur Temperaturkonstanthaltung notwendigen Energie­ mengen beider Fühler werden mittels bekannter elek­ tronischer Regelkreise getrennt gemessen, linearisiert und verstärkt.

Die zur Konstanthaltung der Temperatur des Fühlers 35 erforderliche Energie dient zur Ermittlung des Luft­ durchsatzes, wobei sich unter gleichen Voraussetzungen gleiche Werte bei der Beatmung bzw. beim Ausatmen ergeben. Es ist somit experimentell nachweisbar, daß der Fühler 35 strömungsmäßig nicht von Widerstands­ körper 42 beeinflußt wird.

Wenn die Beatmung in Richtung 27 vorgenommen wird, dann ist zur Temperaturkonstanthaltung des Füh­ lers 40 beim Einatmen weniger Energie erforderlich als beim Ausatmen. Aus der Differenz der Energiewerte ist die Strömungsrichtung ermittelbar. Würde die Beat­ mung in Richtung 26 vorgenommen werden, dann wäre zur Temperaturkonstanthaltung des Fühlers 40 beim Einatmen mehr Energie erforderlich als beim Ausatmen und daraus wäre wieder die Strömungsrichtung ableit­ bar. Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen die Energieerfordernisse übersichtlicher.

Fig. 6 zeigt den zeitlichen Verlauf zweier Signale s135 und s140 wie sie sich unter Verwendung der be­ kannten Anordnung gemäß dem EP-PS 00 24 327 erge­ ben könnten. Die Abszissenrichtung bezieht sich auf Einheiten der Zeit t. Die Ordinatenrichtung bezieht sich auf Werte s1, welche jene Energie kennzeichnen, die zur Konstanthaltung der Temperatur der Fühler 35 und 40 erforderlich ist. Das Signal s135 bzw. s140 bezieht sich auf die Fühler 35 bzw. 40. Während der Dauer te wird eingeatmet, während der Dauer ta wird ausgeat­ met, die Dauer t1 bezeichnet eine erste Totzeit und die Dauer t2 bezeichnet eine zweite Totzeit.

Bei den Diagrammen nach Fig. 6 wird unterstellt, daß die Atemluft beim Einatmen während der Dauer te zuerst den Fühler 40 erreicht, dann den Widerstands­ körper 42 und schließlich den Fühler 35. Beim Ausatmen während der Dauer ta ergibt sich die umgekehrte Rei­ henfolge.

Die Amplituden der Signale s140 sind während der Zeiten te und ta immer kleiner als jene des Signals s135; dies deshalb, weil der Energiebedarf des Fühlers 40, der vom Widerstandskörper 42 stark beeinflußt wird, klei­ ner ist als der Energiebedarf des Fühlers 35, der senk­ recht zum Widerstandskörper versetzt im Atemkanal angeordnet ist. Die Differenzen d1 und d2 sind aber verschieden, und daraus läßt sich die jeweilige Strö­ mungsrichtung ermitteln. Die Amplituden des Signals s135 sind aber nicht gleich während der Zeiten te und ta, wie genauere Messungen einwandfrei ergeben ha­ ben. Der Fühler 35 wird also doch strömungsmäßig vom Widerstandskörper 42 beeinflußt, weil der Widerstands­ körper 42 zwischen beiden Fühlern angeordnet ist. Die­ ser Verlauf des Signals s135 hat entscheidende Nachtei­ le zur Folge, wenn die Leckvolumina ermittelt werden sollen, wie bereits ausführlicher dargestellt wurde.

Fig. 7 zeigt den zeitlichen Verlauf der Signale s235 und s240, wie sie sich unter Verwendung der erfin­ dungsgemäßen Anordnung beispielsweise ergeben könnten. Die Ordinatenrichtung bezieht sich nun auf Werte s2, welche jene Energie kennzeichnen, die zur Temperaturkonstanthaltung erforderlich ist. Das Signal s235 bzw. s240 bezieht sich auf die Fühler 35 bzw. 40. Beim Einatmen und damit bei der Beatmung erreicht der Atemstrom zuerst den Widerstandskörper 42, dann den Fühler 40 und zuletzt den Fühler 35. Beim Ausat­ men gilt die umgekehrte Reihenfolge. Während der Zeit te ist das Signal s240 kleiner als das Signal s235, weil der Fühler 40 im Windschatten des Widerstandskörpers 42 angeordnet ist. Es ergibt sich die Differenz d3 mittels der die Strömungsrichtung ermittelbar ist, weil während der Zeit ta die Signale s235 und s240 gleich sind. Die Amplituden des Signals s235 sind aber gleich groß wäh­ rend der Zeiten te und ta, woran erkennbar ist, daß der Fühler 35 tatsächlich nicht strömungsmäßig vom Wider­ standskörper 42 beeinflußt wird, weil die Entfernung dieses Fühlers vom Widerstandskörper relativ groß ist. Die gleichen Amplituden des Signals s235 während te und ta ermöglichen eine relativ einfache und doch ge­ naue Ermittlung der Leckvolumina, worauf bereits ein­ gegangen wurde.

Fig. 8 zeigt den zeitlichen Verlauf der Signale s335 und s340 bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Ordinatenrichtung bezieht sich auf Werte s3, wel­ che die zur Temperaturkonstanthaltung erforderliche Energie kennzeichnen. Im Gegensatz zu den Vorausset­ zungen nach Fig. 7 erreicht die Luft beim Einatmen zuerst den Fühler 35, dann den Fühler 40 und zuletzt den Widerstandskörper 42. Nun ist die Strömungsrichtung aus der Differenz d4 ermittelbar, wobei sich die Signale s335 bzw. s340 auf die Fühler 35 bzw. 40 beziehen. Das Signal s335 hat wieder gleiche Amplituden während te und ta.

Die Fig. 1 und 2 zeigen deutlich, daß der Fühler 40 zwischen dem Widerstandskörper 42 und dem Fühler 35 im Atemkanal angeordnet ist. Daraus resultiert der rela­ tiv große Abstand des Widerstandskörpers 42 vom Füh­ ler 35, der auf diese Weise strömungsmäßig nicht vom Widerstandskörper 42 beeinflußt wird. Der Fühler 35 liegt zwar im Bereich des Mittelabschnittes 22, wo die Strömungsgeschwindigkeit im Vergleich zu den Ge­ schwindigkeiten im Bereich der konischen Abschnitte 21, 23 erhöht ist; im Mittelabschnitt 22 bewirkt aber der Widerstandskörper 42 eine zusätzliche Geschwindig­ keitserhöhung, die den Fühler 35 nicht erfaßt. Daraus folgt eine relativ genaue Ermittlung des Luftdurchsat­ zes. Der Widerstandskörper 42 bewirkt auch Turbulen­ zen, die aber den Fühler 35 nicht erreichen, wie den Oszillographensignalen zu entnehmen ist. Daraus resul­ tiert eine geringe Streuung der Meßgröße. Die Turbu­ lenzen erfassen zwar den Fühler 40, was belanglos ist, weil dieser nur zur Richtungsbestimmung dient. Auch Sekretabsonderungen am Widerstandskörper 42 kön­ nen den weit entfernten Fühler 35 nicht beeinflussen.

Der Fühler 35 sollte im Bereich des Mittelabschnittes 22 angeordnet sein, weil dort eine erhöhte laminare Strömung eine genaue Ermittlung des Luftdurchsatzes ermöglicht. Dagegen ist es zweckmäßig, den Wider­ standskörper im Bereich des konischen Abschnittes 23 anzuordnen, weil dadurch der Abstand zum Fühler 35 noch vergrößert wird. Zu weit darf der Widerstandskör­ per aber nicht vom Fühler 35 entfernt werden, weil der Fühler 40 im Einflußbereich sein soll. In diesem Zusam­ menhang kann es zweckmäßig sein, den Fühler 40 auch im Bereich des konischen Abschnittes 23 anzuordnen.

Fig. 3 zeigt den Widerstandskörper 42 parallel zu den Fühlern 35 und 40. Wenn der Fühler 40 in Richtung der Achse 20 auf den Widerstandskörper 42 abgebildet wird, dann liegt das Bild b40 des Fühlers 40 gemäß Fig. 4 in der Mitte des Widerstandskörpers 42. Bei der erhöhten Arbeitstemperatur des Fühlers 40 verformt sich der Fühler, so daß ein verformtes Bild entsteht, das in Fig. 4 in übertriebener Darstellung gestrichelt einge­ zeichnet ist. Dies ist nachteilig, weil Teile des Fühlers außerhalb des Wirkungsbereiches des Körpers 42 kom­ men können.

Bei den geringen Abmessungen der einzelnen Teile können sich auch Schwierigkeiten bei der Einhaltung der Toleranzen - im Zuge der Fertigung und beim Betrieb - ergeben. Zur Vermeidung derartiger Schwie­ rigkeiten kann der Widerstandskörper 42 gegenüber dem Fühler 40 verdreht werden.

Fig. 5 zeigt deutlich die vorgenommene Verdrehung des Fühlers 40 - beispielsweise soweit, daß die Bilder b43, b44 der Enden des Fühlers 40, auf die Umrisse des Widerstandskörpers 42 abgebildet werden. Da die Ver­ formungen des Fühlers 40 im mittleren Bereich größer sind als an den Enden - wo der Fühler an den Stäben 36, 38 befestigt ist - ist die Abbildung des Fühlers auf den Körper 42 gemäß Fig. 5 wahrscheinlicher als ge­ mäß Fig. 4. Dies deshalb, weil die Länge n2 größer ist als die Länge n1.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung ist der Fühler 35 im Bereich des Mittelabschnittes 22 angeordnet, der Fühler 40 liegt knapp außerhalb des Mittelabschnittes, der Wider­ standskörper 42 liegt im Bereich eines konischen Ab­ schnittes und ist außerdem gemäß Fig. 5 gegenüber dem Fühler 40 verdreht.

Claims (2)

1. Atemstrommesser mit Richtungsbestimmung, mit einem in die Atemluftleitung eingebauten Meßkopf (10), der einen im Luftströmungsweg angeordneten Luftwiderstandskörper (42) sowie zwei rechtwinklig zur Luftströmung liegenden und einen gewissen Abstand voneinander aufweisenden Radialebenen an­ geordnete Temperaturfühler (40, 35) aufweist, von denen ein 1. Fühler (40) im Strömungsbeeinflussungsbereich des Luft­ widerstandskörpers (42) liegt, wogegen der andere 2. Fühler (35) außerhalb des Strömungsbeeinflussungsbereich des Luftwider­ standskörpers (42) liegt und unabhängig von der Strömungsrich­ tung zur Messung des Luftdurchsatzes dient und wobei beide Fühler (35, 40) mittels getrennter elektronischer Temperatur- Konstanthaltungskreise auf einer konstanten, gegenüber der Atemlufttemperatur erhöhten Arbeitstemperatur gehalten werden, mit einem Meßgerät, das die elektrische Energie mißt, die zur Konstanthaltung der Fühlertemperaturen bei der Atmung oder Beatmung erforderlich ist und durch Differenzbildung der Energiezufuhrwerte zur Bestimmung der Strömungsrichtung dient, dadurch gekennzeichnet,
daß der im Strömungsbeeinflussungsbereich liegende 1. Fühler (40) in axialer Richtung zwischen dem nicht im Strömungsbeein­ flussungsbereich liegenden 2. Fühler (35) und dem Luftwider­ standskörper (42) angeordnet ist,
daß bei einer Einatmungsrichtung (27) bei der der Atemstrom zuerst den Widerstandskörper (42), dann den 1. Fühler (40) und zuletzt den 2. Fühler (35) erreicht, die Strömungsrichtung aus der Differenz der Energiezufuhrwerte (S235, S240) während der Einatmungszeit (te) ermittelt wird, wogegen bei entgegen­ gesetzter Einatmungsrichtung bei der der Atemstrom zuerst den 2. Fühler (35) erreicht, die Strömungsrichtung aus der Diffe­ renz der Energiezufuhrwerte (S335, S340) während der Ausatmungs­ zeit (ta) ermittelt wird,
und daß aus den Energiezufuhrwerten (S235, S335) des 2. Fühlers (35) während der Einatmungszeit (te) und während der Ausat­ mungszeit (ta) die Leckvolumina ermittelt werden (Fig. 1, 2, 3, 7, 8).

2. Atemstrommesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftwiderstandskörper (42) innerhalb einer Vertikalebene derart schräg zum im Strömungsbeeinflussungsbereich liegenden Fühler (40) angeordnet ist, daß ein in axialer Richtung (20) auf den Widerstandskörper (42) projiziertes Bild (b40) dieses Fühlers (40) gegenüber der Mittellinie des Widerstandskörpers verdreht ist - vorzugswei­ se soweit, daß die den Enden des Fühlers (40) ent­ sprechenden Bildpunkte (b43, b44) auf die Umrisse des Widerstandskörpers (42) fallen (Fig. 4, 5).