DE7418348U

DE7418348U - PNEUMOTACHOGRAPH PNEUMOTACHOGRAPH

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Publication number: DE7418348U
Application number: DE19747418348
Authority: DE
Original assignee: GOHLKE H
Current assignee: GOHLKE H
Priority date: 1974-05-27
Filing date: 1974-05-27
Publication date: 1974-09-26

Description

Patentanwalt Dipl. Ing. W, VogeserPatent attorney Dipl. Ing. W, Vogeser

8 München 40 Frinz-JoMph-Str.30, Tel. 3333188 Munich 40 Frinz-JoMph-Str. 30, Tel. 333318

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Dr. Ing. Heinz Gohlke MünchenDr. Ing.Heinz Gohlke Munich

PneumotachographPneumotachograph

Die Neuerung betrifft einen Pneumotachograph zur Widerstandsmessung der Nasenatmung, bestehend aus einer Atemmaske mit einem Ansaug- bzw. Ausblasrohr, in dem ein Strömungswiderstand angeordnet ist, mit Meßleitungen zur Messung der Druckdifferenz der Nase und des Luftvolumenstroms, Druckwandlern zur Umwandlung der Druckmeßsignale in elektrische Signale und einer Anzeigeeinrichtung.The innovation concerns a pneumotachograph for resistance measurement nasal breathing, consisting of a breathing mask with a suction or exhaust pipe in which a Flow resistance is arranged, with measuring lines for measuring the pressure difference of the nose and the air volume flow, Pressure transducers for converting the pressure measurement signals into electrical signals and a display device.

Aus der DT-AS 2 013 314 ist ein Pneumotachograph für die Lungenfunktionsdiagnostik mit einem Atemrohr bekannt, in welchem die durch den Atemstrom an Strömungswiderstand des Rohres entstehende Druckdifferenz mittels eines mechanisch-elektrischen Druckwandlers gemessen wird. Bei derartigen Pneumotachographen werden normalerweise sog. Fleisch¹sehen Düsen als Strömungswiderstand verwendet.From DT-AS 2 013 314 a pneumotachograph for lung function diagnostics with a breathing tube is known, in which the pressure difference resulting from the breathing flow in the flow resistance of the tube is measured by means of a mechanical-electrical pressure transducer. In pneumotachographs of this type, so-called meat ¹ nozzles are normally used as flow resistance.

Bei der Benutzung von Fleisch'sehen Düsen treten verschiedene Störeffekte auf, so daß die Ausgangswerte am Ausgang des Druckwandlers nicht de erwartete Proportionalität zwischen Atemstrom und Druckdifferenz am Strömungswiderstand zeigen, Da diese Ausgangswerte alsWhen using Fleisch'sehen nozzles occur different Interfering effects so that the output values at the output of the pressure transducer do not de expected proportionality between respiratory flow and pressure difference at the flow resistance show, since these output values as

Ausgangsgrößen für die Ermittlung interessierender lunqenfunktionsdiagnostischer Werte benutzt werden, sind derartige Störungen von Nachteil.Output variables for the determination of interesting lung function diagnostics Values are used, such disturbances are disadvantageous.

Die Hauptgründe für diese Störeffekte sind, daß die Druckdifferenz am Strömungswiderstand aufgrund der unterschiedliehen Anströmverhältnisse an den beiden Atemrohrenden bei Inspiration und Exspiration unterschiedlich groß und außerdem stark von der Temperatur sowie Luftfeuchtigkeit des Atemgases abhängig ir?t. Es wurde bereits versucht, diese Störeffekte durch geeignete mechanische Ausbildung des Atemrohres bzw. des in ihm vorhandenen Strttmungswiderstandes durch die Verwendung enger Kapillarröhrchen und die sich aufgrund des Temperatur- bzw. Luftfeuchtigkeityeinflusses ergebenden Verzerrungen durch Vorwärmung des Atemrohres zu beseitigen. Auch hierdurch las«en sich jedoch keine einwandfreien Meßergebnisse erzielen, vielmehr treten weitere Schwierigkeiten auf, die darin liegen, daß bei Verwendung von engen Kapillaren als Strömungswiderstand eine ausreichende Reinigung und Sterilisierung nur mit großem Aufwand möglich ist und die Bildung von Kondenswasser die Meßgenauigkeit weiter verringert. Eine elektrische Heizung des Atemrohres reduziert zwar den Nachteil der Kondenswasserbildung, verbietet jedoch dann wegen der elektrischen Anschlüsse eine Heißsterilisierung.The main reasons for these disruptive effects are that the pressure difference at the flow resistance due to the different flow conditions at the two ends of the breathing tube during inspiration and expiration is different and also depends heavily on the temperature and humidity of the breathing gas. Attempts have already been made to eliminate these disruptive effects through suitable mechanical design of the breathing tube or the flow resistance present in it through the use of narrow capillary tubes and the distortions resulting from the influence of temperature and humidity by preheating the breathing tube. However, thus read 's not be obtained proper measurement results, but further difficulties arise which are that when using narrow capillaries adequate cleaning and sterilization is possible as a flow resistance only at great expense and the formation of condensation further reduces the measurement accuracy . Electrical heating of the breathing tube reduces the disadvantage of condensation, but then prohibits hot sterilization because of the electrical connections.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, dem Druckwandler Mittel zur Korrektur seiner elektrischen Ausgangssignale nachzuschalten, so daß die korrigierten Werte wenigstens angenähert proportional der Stärke des Atemstroms sind. Derartige Korrekturmittel sind z.B. rückgekoppelte Verstärker. Durch solche Maßnahmen ergibt sich jedoch ein erheblicher konstruktiver Aufwand, der zu einer wirtschaftlich nicht tragbaren Verteuerung solcher Geräte führt.It has also already been proposed to use the pressure transducer downstream to correct its electrical output signals, so that the corrected values are at least approximately proportional to the strength of the respiratory flow. Such Correction means are e.g. feedback amplifiers. By However, such measures result in a considerable design effort, which becomes economically unacceptable Increasing the price of such devices leads.

Aus der Zeitschrift "Electromedica" 2/1967 ist ein Pneumotachograph bekannt, der eine Atemmaske mit einem Ansauq-From the magazine "Electromedica" 2/1967 is a pneumotachograph known to wear a breathing mask with a suction

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bzw. Ausblasrohr aufweist, in dem eine sog. Fleisch^lsche Düse angeordnet ist. Zur Bestimmung der interessierenden Größen wird mittels Druckwandler über zwei Meßleitungen der Druck in der Atemmaske und der Rachendruck und über weitere zwei Meßleitungen an der Fleisch'sehen Düse der Luftvolumenstrom gemessen.or exhaust pipe, in which a so-called. Fleisch ^l cal nozzle is arranged. To determine the parameters of interest, the pressure in the breathing mask and the throat pressure are measured by means of a pressure transducer via two measuring lines, and the air volume flow is measured via two further measuring lines at the Fleisch'sehen nozzle.

Außer den bei der Verwendung von Fleisch'sehen Düsen auftretenden, zuvor erwähnten Nachtelle erweist es sich bei diesem Gerät als ungünstig, daß zwischen der Druckdifferenz an ^er Fleisch'sehen Düse und dem Luftvolumenstrom näherungsweise eine lineare Beziehung besteht, so daß man aXs Ausgangssignal des entsprechenden Druckwandlers eine dem Luftvolumenstrom entsprechende Spannungsgröße erhalt. Für die Bestimmung des Widerstandskoeffizienten der Nase benötigt man jedoch die quadratische Größe des Luftvolumenr Stroms, da zwischen der Druckdifferenz infolge des Nasenwiderstandes und dem Luftvolumenstrom näherungsweise eine quadratische Beziehung besteht.In addition to the nozzles that occur when using meat previously mentioned disadvantage it proves to be unfavorable in this device that between the pressure difference on the meat nozzle and the air volume flow there is approximately a linear relationship, so that aXs output signal of the corresponding pressure transducer is a The voltage value corresponding to the air volume flow is obtained. To determine the drag coefficient of the nose, however, one needs the quadratic size of the air volume r Current, because between the pressure difference due to the nasal resistance and the air volume flow is approximately a quadratic relationship.

Bei dem bekannten Gerät ist es daher erforderlich, durch geeignete Mittel wie z.B. ein-en Rechner die interessierenden Größen zu bestimmen. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß für die Messung vier Anschlußleitungen erforderlich sind. Dazu kommen noch die bereits zuvor erwähnten Nachteile der Fleisch'sehen Düse selbst»In the case of the known device, it is therefore necessary to use suitable means such as a computer to determine the relevant information To determine sizes. Another disadvantage is that four connection lines are required for the measurement are. In addition, there are the disadvantages of the meat 's viewing nozzle itself, as mentioned above »

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pneumotachographen zu schaffen, der es bei möglichst geringem meßtechnischem Aufwand und ohne besondere Mittel ermöglicht, die Meßsignale unmittelbar zur Auswertung zu bringen.The innovation is based on the task of a pneumotachograph to create it with the least possible metrological Effort and without special means enables the measurement signals to be evaluated immediately.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Neuerung dadurch, daß der Strömungswiderstand in dem Ansaug- und Auablasrohr aus einem Sieb bes aht, und daß zur Bestimmung des Luftvolumenstroms eine Dif ferenzdr>--.Kmeßdose, die die DruckdifferenzAccording to the innovation, this object is achieved in that the flow resistance in the intake and discharge pipes a sieve, and that to determine the air volume flow, a differential pressure> -

zwischen dem Druck in der Maske und dem Umgebungsdruck mißt, und zur Bestimmung der Druckdifferenz der Nase eine Differenzdruokneßdose vorhanden ist, die die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Rachen und dem Druck in der Maske mißt.measures between the pressure in the mask and the ambient pressure, and a differential pressure cell to determine the pressure difference in the nose there is the pressure difference between the pressure in the throat and the pressure in the mask measures.

Der Vorteil dieser Anordnung liegt zunächst darin, daß die Verwendung eines Siebs als Strömungswiderstand in dem Ansaug- bzw. Ausblasrohr diejenigen Störeffekte vermieden werden können, die bei Fleisch'sehen Düsen üblicherweise auftreten. Außerdem ist ein derartiges Sieb billiger als als eine Fleisch'ache Düse, leicht zu reinigen und auch leicht auswechselbar.The advantage of this arrangement is first of all that the use of a screen as a flow resistance in the suction or exhaust pipe, those disruptive effects can be avoided that usually occur with Fleisch'sehen nozzles appear. In addition, such a sieve is cheaper than a Fleisch'ache nozzle, easy to clean and also easily exchangeable.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß bei einem derartigen Sieb zwischen der auftretenden Druckdifferenz an dem Sieb und dem Luftvolumenstrom eine quadratische Beziehung ezhalten wird, Wenn man also die Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Atemmaske und dem Umgebungsdruck, also die Druckdifferenz an dem Sieb als Strömungswiderstand mißt, erhält man als Ausgangsgröße des Druckwandlers eine der quadratischen Größe des Luftvolumenstroms entsprechende Spannung. Da,wie bereits erwähnt wurde, zwischen der Druckdifferenz des Nasenwiderstandes und dem Luftvolumenstrom eine quadratische Beziehung besteht, körnen die der Druckdifferenz dar Nase und der quadratischen Größe des Luftvolumenstroms entsprechenden Signale nach Verstärkung beispielsweise auf einem XY-Schreiber zur Darstellung des Widerstandskceffizienten der Nase direkt zur Anzeige gebracht werden. Bei einem quadratischen Maßstab für den Luftvolumenstrom ergibt sich dabei der Widerstandskoeffizient als Gerade.Another advantage results from the fact that in such a Sieve a quadratic relationship between the pressure difference occurring on the sieve and the air volume flow is maintained, so if one considers the pressure difference between the pressure in the breathing mask and the ambient pressure, so the pressure difference on the sieve as flow resistance measures, the output variable of the pressure transducer is one that corresponds to the square of the air volume flow Voltage. Because, as already mentioned, between the pressure difference there is a quadratic relationship between the nasal resistance and the air volume flow, that of the pressure difference can occur dar nose and the square size of the air volume flow corresponding signals after amplification, for example on an XY recorder to display the Resistance coefficients of the nose are displayed directly will. The drag coefficient results from a quadratic scale for the air volume flow as a straight line.

Von Vorteil ist auch, daß die Atemmaske nur zwei Anschlußleitungen zur Messung benötigt, nämlich eine für die Messung des Druckes im Rachen und eine für die Messung des Druckes in der Atemmaske. Die Leitung zur Messung desIt is also advantageous that the breathing mask only has two connection lines required for measurement, namely one for measuring the pressure in the throat and one for measuring the Pressure in the breathing mask. The line for measuring the

Druckes in der Atemmaske führt zu einem Druckwandl-r, mittels dem der Luftvolumenstrom bestimmt wird. Her zweite hierfür erforderliche Druck ist der Umgebungsdruck. Die Leitung für die Messung des Druckes im Fachen führt zu einem Druckwandler zur Bestimmung der Druckdifferenz der Nase. Der zweite hierfür erforderliche Druc'-, nämlich der Druck in der Atemmaske, wird von der anderen Meßleitung bzw. dem anderen Druckwandler abgezweigt.Pressure in the breathing mask leads to a pressure transducer, by means of which the air volume flow is determined. Her second for this required pressure is the ambient pressure. The line for measuring the pressure in the fold leads to a pressure transducer to determine the pressure difference in the nose. The second pressure required for this, namely the pressure in the Breathing mask, is branched off from the other measuring line or the other pressure transducer.

Das Gerät ist selbst -ständlich auch ζντ Messung des Widerstandes nur einer Nasenhälfte geeignet. Hierfür wird die sonst in den Mund eingeführte Meßleitung in ein Nasenloch eingeführt und das andere wird verschlossen.The device is of course also suitable for measuring the resistance of only one half of the nose. For this purpose, the measuring line, which is otherwise inserted into the mouth, is inserted into one nostril and the other is closed.

Bei geeigneter Ausbildung der Meßleitungen als Sonden ist es auch möglich, das Gerät für Kehlkopfmessungen zu•verwenden. If the measuring lines are suitably designed as probes, it is also possible to use the device for larynx measurements.

Die Neuerung wird nachstehend anhand der anliegenden Zeichnung beispielsweise erläutert, die eine schematische Darstellung des Pneumotachographen gemäß der Neuerung zeigt.The innovation is explained below with reference to the attached drawing, for example, which is a schematic representation of the pneumotachograph according to the innovation shows.

Der Pneumotachograph gemäß der Neuerung hat eine Atemmaske M mit einem Ansaug- bzw. Ausblasrohr R. In diesem Rohr ist ein Strömungswiderstand in Form eines Siebs S angeordnet. Eine Leitung Ll führt durch die Atemmaske M in die Mundhöhle, um den Druck ρ im Rachen zu messen. Eine weitere Leitung L2 führt nur bis zur Atemmaske M, um den Druck p„ innerhalb der Atemmaske zu messen. Die Leitungen Ll und L2 führen zu zwei DifferenzdruckmeBdosen Dl bzw. D2. Die Differenzdruckmeßdose Dl dient zur Bestimmung der Druckdifferenz der Nase. Hierzu wird der Druck p_, im Rachen und der Druck p_M in der Atemmaske benötigt. Deshalb ist von der Leitung L2 eine Leitung L3 zu der DifferenzdruckmePdose Dl abgezweigt. Die andere Leitung L2 führt zu einer Differenzdruckmeßdose D2 zur Bestimmung der quadratischen Größe des Luftvolumenstroras aus der Druckdifferenz zwischen demThe pneumotachograph according to the innovation has a breathing mask M with a suction or exhaust pipe R. A flow resistance in the form of a sieve S is arranged in this pipe. A line Ll leads through the breathing mask M into the oral cavity in order to measure the pressure ρ in the throat. Another line L2 only leads to the breathing mask M in order to measure the pressure p ″ within the breathing mask. The lines Ll and L2 lead to two differential pressure measuring cells Dl and D2. The differential pressure cell Dl is used to determine the pressure difference in the nose. This requires the pressure p_, in the throat and the pressure p _M in the breathing mask. Therefore, a line L3 is branched off from the line L2 to the differential pressure meter Dl. The other line L2 leads to a differential pressure cell D2 to determine the square size of the air volume flow from the pressure difference between the

Druck p_M in der Atemmaske und dem Umgebungsdruck ρ und dem, bekannten Widerstand des Siebs S.Pressure p _M in the breathing mask and the ambient pressure ρ and the known resistance of the sieve S.

Die der Größe ρ = p_ - p., und dem quadratischen Luftvo-Those of the size ρ = p_ - p., And the quadratic air volume

Λ X\ * 1Λ X \ * 1

lumenstrom V entsprechenden Ausgangsspannungen der Differenzdruckmeßdosen Dl und D2 werden mittels einer Anzeigeeinrichtung A, z.B. einem XY-Schreiber dargestellt. Beilumen output V corresponding output voltages of the differential pressure cells D1 and D2 are displayed by means of a display device A, for example an XY recorder. at

diesem Schreiber wird die Größe Λρ linear und die GrößeIn this recorder the quantity Λρ becomes linear and the quantity

V quadratisch aufgetragen, so daß sich für den Widerstandskoeffizienten eine Gerade ergibt. V plotted as a square, so that a straight line results for the drag coefficient.

Als Differenzdruckmeßdosen werden zweckmäßigerweise induktive Meßaufnehmer verwendet, deren Membran zum Null-Abgleich, d.h., daß sich bei einem Differenzdruck Null das Ausgangssignal Null ergibt, mechanisch verstellbar sind. Üblicherweise wird der Null-Abgleich bei Verwendung derartiger
Differenzdruckmeßdosen elektrisch durchgeführt. Der hierbei erforderliche Aufwand ist jedoch größer als bei einem mechanischen Abgleich.As differential pressure measuring cells, inductive measuring transducers are expediently used, the membrane of which is mechanically adjustable for zero adjustment, that is to say that the output signal zero results when the differential pressure is zero. Usually the zero adjustment is done when using such
Differential pressure cells carried out electrically. However, the effort required here is greater than with a mechanical adjustment.

Claims

Expectations

1. Pneumotachograph for resistance measurement of nasal breathing, consisting of a breathing mask with a suction or exhaust pipe in which a flow resistance is arranged, with measuring lines for measuring the pressure difference in the nose and the air volume flow, pressure transducers for converting the pressure measurement signals into electrical signals and a display device , characterized in that the flow resistance in the intake and exhaust pipe (R) consists of a sieve (S), and that a differential pressure cell (Dl) which determines the pressure difference between the pressure (p _M ) in the mask (M) and the ambient pressure (p _n ), and to determine the pressure difference in the nose, a differential pressure relay (D2) is available, which measures the pressure difference between the pressure (p 1) in the throat and the pressure

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(p) in the mask (M) measures.

2. Pneumotachograph according to claim 1, characterized in that the üifferenzd ruckmeßdoee (D ₂ ) for determining the pressure difference of the nose via a line (Ll) with the mask (M) and via a line (L3) with the other differential pressure cell (D2) to determine the air volume atom (V) is in connection, which is connected via a line (L2) with the mask (M) and with the ambient pressure (p ") in connection.

3. Pneumotachograph according to claim 1 or 2, characterized in that the differential pressure cells (Dl, D2) are inductive transducers, the membrane of which is mechanically adjustable for zero adjustment (pressure difference zero output signal zero).