DE4309380A1 - Verfahren zur Überwachung eines Systems - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines geschlossenen Pumpen- oder Schlauchsystems.

Es sind geschlossene Pumpensysteme bekannt, in denen durch die Pumpe mittels eines vorgegebenen Gradienten, der auch variabel sein kann, ein bestimmter Druck auf- bzw. abgebaut wird. Solche Systeme können bei den verschiedensten chemischen Reaktions- oder Filtrationsvorgängen eingesetzt werden. Ein Beispiel für ein solches System ist ein Filtrationssystem, in welchem eine Flüssigkeitsmenge aus einem Reservoir zu einem Filter abgepumpt und anschließend wieder zurückgepumpt wird.

Bei diesen bekannten Systemen werden absolute Grenzen zur Abgabe eines Alarms vorgesehen. Das heißt im Maximalzustand, d. h. leergepumpten Behälter muß sich dann im System ein bestimmter Druck ergeben. Liegt dieser nicht innerhalb einer bestimmten Grenze, kann ein Alarm gegeben werden. Von Nachteil bei diesem bekannten Verfahren ist, daß erst nach Erreichen eines Maximalzustandes eine Entscheidung darüber getroffen werden kann, ob ein Alarm gegeben werden muß.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs so weiterzubilden, daß unabhängig von absoluten Alarmgrenzen, Blockaden und Diskonnektionen in einem geschlossenen System - und auch zugleich schneller - festgestellt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäß durch dessen kenn­ zeichnende Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäß vorgenommene gleichzeitige kontinuierliche Registrierung der ersten physikalischen Größe, z. B. von dem bewegten Volumen, (z. B. dem Vortrieb bei gegebenem Spritzendurchmesser) und der zweiten physikalischen Größe (z. B. dem sich im System aufbauenden Druck, die auch als an der Spritze, deren Gehäuse oder Kolben sich aufbauende Kraft gemessen werden kann), ergibt sich die Möglichkeit, von beiden Größen oder deren Differentialen den Quotienten als neue physikalische- von der Zeit abhängige Größe zu bilden.

Hierdurch wird es erfindungsgemäß ermöglicht, unabhängig von absoluten Alarmgrenzen, Blockaden und Diskonnektionen im angeschlossenen Schlauchsystem Alarmfälle nachzuweisen. Gleichzeitig resultiert hieraus eine höhere Ansprechgeschwindigkeit, d. h. der Zeit, die bis zum Alarm bei ansonsten gleichen Bedingungen vergeht. Ein besonderer Vorteil ist hierbei auch die Möglichkeit zum Schutz gegen eine Minderförderung, z. B. Blockade oder unkontrollierte Verluste, z. B. bei Diskonnektion.

Es wurde gefunden, daß beispielsweise beim Auf- bzw. Abbau eines bestimmten Drucks in einem geschlossenen Pumpensystem die Funktions­ weise, Dichtigkeit bzw. Gaseinschlusses und damit die zuverlässige Funktion des ganzen Systems sehr einfach dadurch überwacht werden kann, daß eine dem Innendruck des geschlossenen Systems proportionale Größen gemessen werden, beispielsweise die Auslenkung einer elastischen Begrenzungsfläche des geschlossenen Systems. Dabei ist es am einfachsten, die Auslenkung in einer Komponente senkrecht zur Ebene der Begrenzungsfläche zu erfassen, es ist aber auch möglich, die Auslenkung in einem Winkel hierzu zu erfassen, die sich nach dem Kräfteparallelogramm zumindest in eine Komponente senkrecht zu dieser Ebene zerlegen läßt. Durch Differentiation des Druckanstiegs bzw. der Druckabnahme, die sich in Form der Auslenkung einer elastischen Begrenzungsfläche des geschlossenen Pumpensystem erfassen läßt, nach der Zeit ergibt sich eine positive bzw. negative Steigung, wodurch der Fehlerfall in einfacher Weise durch die plötzliche zeitliche Änderung des Drucks bzw. der Kraft bei z. B. konstantem Volumenvorschub festgestellt werden kann.

Zur Erfassung der Auslenkung eignet sich insbesondere ein Dehnungsmeßstreifen, Meßlehre bzw. Meßzange, mit der sich die Auslenkung der Begrenzungsfläche zumindest in der Komponente senkrecht zur Ebene der Begrenzungsfläche einfach erfassen läßt.

Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Überwachung von periodisch wiederkehrenden Ansaug- und Rückfüllvorgängen, wie sie beispielsweise bei der periodischen Filterung von Flüssigkeiten verwendbar ist. So lassen sich beispielsweise Körperflüssigkeiten über eine Absaugspritze zunächst direkt ohne über eine Filtermembran geleitet zu werden absaugen, und dann zurück durch eine Filtermembran pumpen, wobei ein Anstieg des Druckgradienten zu beobachten ist. Beim umgekehrter Pumprichtung ergibt sich dann ein kleinerer oder negativer Druck­ gradient.

Es läßt sich auch gleichzeitig das bewegte Volumen als erste physikalische Größe in dem geschlossenen Pumpensystem und als zweite physikalische Größe der im System sich aufbauende Druck erfassen. Beide Größen lassen sich in Beziehung setzen, wobei dann z. B. bei konstantem Volumenvorschub eine plötzliche Druckänderung als Fehlerfall registriert werden kann.

Liegen die erfaßten Werte, der beiden physikalischen Größen respektive ihres Quotienten innerhalb einer vorgegebenen Toleranz, so ist dies ein Indiz für die störungsfreie Funktion des geschlossenen Pumpensystems. Eine Abweichung hiervon läßt sich dann über einen Rechner in Form einer Fehlermeldung auswerten.

Dies ermöglicht es, unabhängig von absoluten Alarmgrenzen Störungen in dem geschlossenen Pumpensystem, beispielsweise Blockaden oder Diskonnektion festzustellen. Da nicht eine konstante Größe gemessen wird, sondern deren Abweichung bezüglich der Zeit, wird eine höhere Ansprechgeschwindigkeit erhalten, d. h. die Zeit zur Auslösung des Alarms wird bei sonst gleichen Bedingungen verkürzt.

In einer weiteren Verfeinerung des Verfahrens kann auch die Compliance z. B. eines in der Infusionstechnik angeschlossenen Schlauchsystems in einer Art "Eichphase" erfaßt und so die Bewertung des Fehlerfalls durch Einbeziehen individueller Parameter weiter optimiert werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird gegenüber herkömmlichen Einrichtungen zum Schutz gegen Mehrförderung eine wesentlich erhöhte Sicherheit erzielt. Einrichtungen zum Schutz gegen Minderförderung, z. B. bei Diskonnektion, waren bisher im Stand der Technik nicht bekannt. Somit wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine bisher nicht erreichbare Sicherheit erzielt, die insbesondere bei medizinischen Anwendungen von großer Wichtigkeit ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein geschlossenes Pumpensystem, bei dem die vorgegebene Druckänderung überwacht wird.

Die Förderleistung der Pumpe 10 wird über eine Einrichtung 21 als erste physikalische Größe v(t) gemessen. Hierdurch wird über eine Leitung 12 ein Druck in einem Gefäß 16 erzeugt. An diesem oder in der Leitung 12 ist eine Erfassungseinheit 14 vorgesehen, die aus einer druckempfindlichen elastischen Membran 18 besteht, die mit einem Sensor 20 in Verbindung steht. Der Sensor erfaßt die infolge des von der Membran aufgenommenen Drucks erzeugte Auslenkung und gibt diese als zweite physikalische Größe p(t) an eine Erfassungsstation 22 weiter. In der Einheit 23 wird der Quotient der Differentiale der beiden physikalischen Größen gebildet, der die neue physikalische Größe darstellt. Dieses Differential wird an den Rechner 24 weitergeleitet und mit dem vorgegebenen Sollwert eines Sollwertgebers 25 verglichen. Bei einer Abweichung von der vorgegebenen Toleranz des Sollwertes gibt der Ausgang des Rechners 24 ein Alarmsignal aus, so daß in einer Alarmeinheit 28 Alarm ausgelöst wird. Zugleich wird ein Signal 26 gebildet, das entweder die Pumpe 10 veranlaßt, den vorgegebenen Sollwert wieder einzustellen bzw. die gesamte Anlage abzuschalten.

Beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel wird eine konstante Förderleistung der Pumpe 10 unterstellt. Dann ist eine der beiden physikalischen Größe linear von der Zeit abhängig. Die zeitliche Differenzierung in dem Rechner 24 ergibt ein konstantes Signal, das mit einem - ebenfalls konstanten - Sollwert 25 verglichen wird. Es ist selbstverständlich aber auch möglich, daß als zweite physikalische Größe eine exponentiell von der Zeit abhängige Größe abgeleitet wird, deren zeitliche Differentation in dem Rechner 24 dann als ein an den Vergleich 26 abgegebenes mit der Zeit sich linear änderndes Signal ergibt. In diesem Falle muß dann auch der Sollwert 25 zeitlich abhängig nachgeführt werden, um zu richtigen Ergebnissen zu kommen. Dies läßt sich selbstverständlich entsprechend für eine zeitliche Abhängigkeit mit höherer Ordnung der zweiten physikalischen Größe anwenden. In jedem Falle empfiehlt es sich, hierbei auch eine Pumpe 10 mit konstanter Förderleistung vorzusehen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Überwachung eines geschlossenen Systems, vorzugsweise Pumpen- oder Schlauchsystems, in welchem ein Medium mittels einer Pumpe (10) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ohne Eingriff in das Innere des geschlossenen Systems eine der pro Zeiteinheit geförderten Menge des Mediums proportionale erste physikalische Größe festgestellt und eine dem sich zeitlich ändernden Innendruck des geschlossenen Systems proportionale zweite physikalische Größe gemessen wird, daß von der ersten und zweiten physikalischen Größe der Quotient als von der Zeit abhängige neue Größe gebildet und in einer Vergleichseinheit (24) mit einem Sollwert (25) verglichen wird und daß der Ausgang der Vergleichseinheit bei Überschreiten des Sollwerts ein Alarmsignal auslöst, welches zur Steuerung der Pumpe (10) des geschlossenen Systems dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die neue Größe in einem Rechner nach der Zeit differenziert und die differenzierte Größe in der Vergleichseinheit (24) mit dem Sollwert (25) verglichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck dadurch gemessen wird, daß an einer elastischen Begrenzungsfläche des geschlossenen Systems die Auslenkung der Begrenzungsfläche zumindest in einer Komponente senkrecht zur Ebene der Begrenzungsfläche erfaßt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung der Begrenzungsfläche einer elastischen Membran (18) mittels eines Sensors (20), z. B. einer Meßlehre bzw. Meßzange erfaßt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste oder zweite physikalische Größe eine Konstante ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Vergleichseinheit (26) auf eine Steuereinheit (30) einwirkt, welche die Pumpe (10) zur Änderung ihrer Förderleistung veranlaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (30) die Förderleistung der Pumpe (10) zu Null einstellt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient von den Differentialen der ersten und zweiten physikalischen Größe gebildet wird.