HU189949B - Sensor for measurement of the volumetric flow of respiratory gas - Google Patents

Description

A találmány tárgya érzékelő légzési gáz térfogatáramának méréséhez, amelynek a mérendő áramlást vezető cbőv© örvénykoltő, háromszög keresztmetszetű terelőlesttel van ellátva, valamint az áramlást vezető cső keresztirányában elrendezett ultrahangezakasza van.

A találmány szerinti érzékelő különösen automatikus vagy ellenőrzött lélegeztetés megfigyelésére alkalmazható, ahol a terelőtesttől leváló örvények az ultrahangszakaszon való áthaladásuk során örvény frekvenciájú akusztikai vivőjelet állítanak elő. A keletkezett ultrahangjelet elektronikus előkészítésnek vetik alá, hogy mérhető, a lélegezletőgáz térfogatáramával arányos jel álljon rendelkezésre.

A 25 17 533 számú NSZK-beli közrebocsélósi iratból órvénykeltő elemmel ellátott áramlásmérő ismert, amely két oldalával közlekedő és a mérendő közeggel átáramoltatható átmenettel van kialakítva és amely az áramlást vezető csővezetékbe van beépítve. Az áramlásmérő továbbá ultrahanggenerátorral valamint ultrahangvevővel van ellátva, amelyek oly módon a csővezetékre vannak szerelve, hogy az előállított ultrahangjel az átmeneten keresztül terjed. Ahhoz, hogy az áramlás sebessége illetve átfolyási mennyisége mérhetővé váljon, az ultrahanggenerátorral előállított ultrahangjel modulációinak száma az áramlás ingadozásával az átmenetben mérendő. Erre a célra a mérendő áramlásba bekapcsolt oszlop alakú elemet alkalmaznak, amelynek keresztmetszete négyszög-, kör-, vagy háromszög alakú. Ezen elemnek az áramlást vezető csővezetékben való elhelyezésével az örvénykeltő elem hátulsó oldalánál Kármán féle örvények keletkeznek. Ennek következtében ezen elem mindkét oldalán a nyomás az örvénykeltésnek megfelelően változik, amivel az átmenetben az áramló közeg elterelödik. Az áramló közeg elterelésnek frekvenciája az előállított örvények számának felel meg, így annak meghatározásával az áramló közeg áramlási sebessége illetve étfolyási mennyisége mérhető.

Az előállított örvények kielégítő erősségének és stabilitásának elérése valamint az örvénykeltó elemtől leszakadó áramlás felfogása illetve megszakítása céljából a csővezetékben járulékos nyúlványok szükségesek, ha az ultrahanggenerátor és ultrahangvevő közvetlenül a csővezeték falára van szerelve. Ezek áramkörrel vannak összekötve, amely az ultrahangvevő által vételezett jel fázis- vagy frekvencíamodulációk számát számlálja.

Bebizonyosodott, hogy a lélegeztetőgáz számára meghatározott sebességtartományon belül az örvénykeltés frekvenciájának mérésével az áramlás sebessége nem kielégítően határozható meg, és hogy az áramlásmérő berendezés automatikus vagy ellenőrzött lélegeztetés megfigyelésének speciális esetére a kívánt jelminőséget és ezáltal a megfelelő méréspontosságot nem biztosítja.

Habár az ismert szerkezet feladatához tartozott, hogy az áramlás sebességét illetve átfolyási mennyiségét kis sebességi tartományban is mérje, a berendezés betegek légzési levegóáram mérésére alkalmatlan.

A 29 33 116 számú NSZK-beli kőzrebocsátási iratból ismert, légzési levegőáram mérésére kifejlesztett berendezés a légzési gáz útjába elrendezett mérőfejjel van ellátva, amely egyik oldalán cső alakú házzal van ellátva. A ház levegőáram csatornája bemeneti és kimeneti oldalán kúp alakúan van kialakítva és középen légellenálláslest van elrendezve. A csatorna ezen kialakításával az áramlás ugyan beszűkíthető, de kis áramlási sebesség esetén az örvényfrekvencia és a térfoga táram közötti lineáritáai viszonyt nem sikerűit elérni.

A találmány célja, hogy a terelőtest előtt az áramlást gyorsítsuk, továbbá a roérőr.zakasz csőkeresztmetszetében az áramlási sebesség eloszlását négyszögalakúvá tegyük és a terelőtestre réfutó örvénylő áramlással az örvénykeltést különösen kis áramlási sebesség esetén javítsuk.

A találmány feladata, hogy légzési gázáram térfogatáraménak méréséhez olyan érzékelőt hozzunk létre, amelynek működési küszöbje csökkentve van, megfelelő tartós stabilitással jellemezhető valamint működése góztulajdonságoktól, mint hőmérséklettől, nedvességtől, gázösszetevőktől, stb. függetlenül ób szennyeződésekkel szemben érzéketlen.

A találmány feladata továbbá, hogy az érzékelő nagy mérési pontossággal működjön, ahol a nyert jel zavaró ingadozásoktól mentes és a jel-zaj különbség javított legyen.

A feladat megoldáséra légzési gázáram térfogatáramúnak méréséhez olyan érzékelőt hoztunk létre, amelynek a mérendő áramlást vezető csöve örvénykeltő, háromszög keresztmetszetű terelőtesttel van ellátva valamint az áramlást vezető cső keresztirányában ultrahangBzakasz van kialakítva.

A találmány szerint a csőben elrendezett lereiőtest előtt levő bemeneti szakasz két, ív alakú átmenettel és kúp alakú középrésszel kialakított szűkítés, ahol az átmenetek parabola- vagy hiperbola alakúak ée a középrész az átmeneteket érintési pontokban ösezekötő érintővel van kialakítva. A terelőlest a ceő elülső részében az áramlási irányban az ultrahangszakasz előtt van elrendezve, ahol az elülső rész hossza az érintőnek és a cső középvonalának metszöpontjóval van behatárolva.

Előnyös, ha az átmenetek egyenlőoldalú hiperbola felsőívrészével valamint alsó ívrészével vannak kialakítva, ahol a hiperbola két csúcspontja közötti távolság az egyenlőoldalú hiperbola valós távolságánál kisebb. Továbbá célszerű, ha az ivrészek egyenes

-2189949 kettŐB körkúp palástjának metszésgörbéi, ahol a kettős körkúp kúpszeletének hajlásszöge az érintő és a középvonal által bezárt szöggel egyenlő, ée a kettős körkúp körfelülete a gázbevezető cső belső átmérőjénél nem nagyobb és az áramlást vezető cső belső átmérőjénél nem kisebb.

A kél ivrész két azonos parabola egybevágó Ívrészével alakítható ki, ahol a két parabola a középvonalhoz oldalfordítotton és a hiperbola elrendezésnek megfelelő távolságban van elrendezve.

Az érintő és a középvonal által bezárt szög oc £ 35°.

A szűkítéssel kapcsolatosan különösen előnyös, ha az áramlási irányban az ultrahangszakasz előtt elrendezett lerelötest és az ultrahangszakasz közötti távolság az áramlást vezető cső átmérőjének 1.,.2,5-szerese.

Az áramlást vezető cső szögletes, előnyösen négyzetes keresztmetszettel lehet kialakítva, ahol az erre csatlakozó parabolavagy hiperbola alakú átmenet Ívalakját meglartóan a cső szögletes alakjához van illesztve. Ebben az esetben a szögletes és emellett parabola- vagy hiperbola alakú átmenet és a kúp alakú középrész képezi a szűkítést, azaz a középrész közvetlenül a gézbevezetó csöve van csatlakoztatva.

A találmányt részletesen előnyős kiviteli példa kapcsán rajzra való hivatkozással az alábbiakban részletesen ismertetjük, ahol a rajzon az 1. ábra a találmány szerinti érzékelő egy részét mutatja, amelynek áramlást vezető csöve szűkítéssel, terelötesttel és ullrahangszakasszal van kialakítva, mig a 2. ábra a légzési gázáramot vezető cső he- és kimenetével ellátott érzékelőt két nézetben és a 3. ábra az 1. ábra szerinti érzékelőt ismerteti, ahol a gázáramot vezető cső keresztmetszete négyzetalakú.

Az 1. ábrán részlegesen és a 2. ábrán vázlatosan bemuLotott érzékelő bemeneti szakasza két, ív alakú 3, 4 átmenettel valamint kúp alakú 5 középrésszel ellátott szűkítéssel van kialakítva, ahol az érzékelőnek a mérendő áramlást vezető 1 csöve örvénykeltö, háromszög keresztmetszetű 2 terelötesttel van ellátva.

A két 3, 4 átmenet egyenlőoldalú hiperbola 6, 7 ívrészeivel van kialakítva, ahol az egyenlőoldalú hiperbola két 8, 9 csúcspontja közötti 10 távolság kisebb mint a hiperbola valós távolsága.

Az 5 középrész csonkakúpszerűen a 3, 4 átmenetek között van elrendezve és hajlászszöge két 11, 12 érintési pontot összekötő érintővel van meghatározva.

A 6, 7 ivrészek egyenes kettős körkúp palástjának melezéagörbéivel azonosak, ahol az egyenes kettős körkúp kúpszeletének hajlásszöge a 13 érintő és a mérendő gázáramot vezető 1 caő 15 középvonal által bezárt szöggel egyenlő és a körkúp körfelülete gázbevezető 18 cső belső átmérőjőnél nem nagyobb, és az 1 cső belső átmérőjénél nem kisebb. A 2 terelötest az áramlást vezető 1 cső 17 elülső részében az áramlás irányában 14 ultrahanagszakasz előtt van elrendezve, amelyen keresztül ismert ultrahanggenerétorral előállított jel szintén ismert ultrahangvevő felé /az ultrahanggenerátor és ultrahangvevő nem szerepel az ábrán/. A 17 elüleő rész a 13 érintő és a 15 középvonal 16 metszéspontjával van behatárolva, amely az te szög középpontja, ahol <t í 35*.

A 3, 4 átmenet parabola alakú is lehet, ebben az esetben a 6, 7 ivrészek kát azonos parabola kongruens ívrészeivel vannek kialakítva, ahol a két azonos parabola a 15 középvonalon oldalfordítollan és a hiperbola elrendezés 10 távolságának megfelelő távolságban vannak elhelyezve.

Függetlenül attól, hogy a 6, 7 ivrészek két parabolával vagy kettős körkúp hiperbólájával vannak-e kialakítva, az áramlás irányában a 14 ultrahangszakasz előtt ez 1 cső 17 elüleő részében elrendezeti 2 lerelötest a 14 ultrahangszakasztól olyan távolságban van elhelyezve, amely az 1 cbö átmérőjének 1... ..2,5-szerese.

Előnyös, ha az 1 cső szögletes, különösen négyzetes keresztmetszettel van kialakítva /3. ábra/. Ebben az esetben az 1 cső szögletes kiömléséhez csatlakozó parabolavagy hiperbola alakú 4 átmenet alakját megtartva az 1 cső szögletes alakjához van illesztve. Ez a megoldás egyszerűsítve olyan szűkítéssel lehet kialakítva, amely a szögletes és mégis parabola- vagy hiperbola alakkal kialakított 4 átmenettel és a kúp alakú 5 középrésszel van kiképezve és ezáltal az 5 középrész közvetlenül a gézbevezetó 18 csőre csatlakozik. Az ily módon kialakított szűkítés színién a gázáram gyorsulásét idézi elő, ahol a 2 terelőtest előtt a mérőszakasz csőkeresztmetszetén négyszög profilú áramlási sebesség eloszlás keletkezik.

Az érzékelő ily módon kialakított alakrészével - amely a találmány szerint szűkítés és ezáltal a hasáb alakú 2 terelötestre oly módon hat, hogy turbulens áramlás éri és un. Kármán féle örvények keletkezését biztosítja - nemcsak az örvény frekvencia és a térfogatáram között javított lineáris összefüggés, hanem az érzékelő működési küszöbének lényeges csökkentése is elérhető.

Ezáltal altatás alatti vagy terápiás lélegeztetés során a találmány szerinti érzékelő előnyösen alkalmazható, amely viszonylag kia gázáram esetén ie nagy mérési pontossággal működik.

Claims (8)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Érzékelő légzési gázáram térfogatáraménak méréséhez, amelynek a mérendő áramlást vezető csöve őrvénykeltő, háromszög kereBztmetezetü terelőteettel van ellátva és az áramlást vezető cbő keresztirányában ultrahangezakasz van kialakítva, azzal jellemezve, hogy a csőben (1) elrendezett terelőtest (2) előtt levő bemeneti szakasz két, Ív alakú átmenettel (3, 4) és kúp alakú középrésszel (5) kialakított szűkítés, ahol az átmenetek (3, 4) parabola- vagy hiperbola alakúak és a középrész (5) érintési pontokat (11, 12) összekötő érintővel (13) van kialakítva, továbbá a terelőtest (2) a cső (1) elülső részében (17) az áramlás irányában az ultrahangszakasz (14) elótt van elrendezve, ahol az elüleő rész (17) hossza az érintőnek (13) és a cbő (1) középvonalának (15) metszéspont jával (16) van behatárolva.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti érzékelő, azzal jellemezve, hogy az átmenetek (3, 4) egyenlő oldalú hiperbola feleő ívrészével (6) valamint alsó ivrészével (7) vannak kialakítva, ahol a hiperbola két csúcspontja közötti távolság (10) az egyenlő oldalú hiperbola valós távolságánál kisebb.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti érzékelő, azzal jellemezve, hogy az ívrészek (6, 7) egyenes kettős körkúp palástjának metszésgörbéi, ahol a kettős körkúp kúpszeletének hajlásszöge az érintő (13) és a középvonal (15) által bezárt szöggel (oc) egyenlő, továbbá a kettős körkúp körfelülete gázbevezető cső (18) belső átmérőjénél nem nagyobb és a cső (1) belső átmérőjénél nem kisebb.
4. 4. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti ér5 zékelő, azzal jellemezve, hogy a két (vréez (6, 7) két azonos parabola egybevágó ivrészével van kialakítva, ahol a két parabola a középvonalhoz (15) oldalforditotlan éB a hiperbola elrendezésnek megfelelő távolságban

   10 van elrendezve.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti érzékelő, azzal jellemezve, hogy az érintő (13) és a középvonal (15) által bezárt szög (<c) £ 35®.
6. 6. Az 1., 2. vagy 3. igénypontok szerinti 15 érzékelő, azzal jellemezve, hogy az áramlási irányban az ultrahangszakasz (14) elótt elrendezett terelőtest (2) és az ultrahangszakasz (14) közötti távolság a cső (1) átmérőjének 1...2,5-szerese.

   20
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti érzékelő, azzal jellemezve, hogy a cső (1) szögletes, előnyösen négyzetes keresztmetszettel van kialakítva, ahol az erre csatlakozó parabola- vagy hiperbola alakú étrae25 net (4) ívalakját megtartóan a cső (1) szögletes alakjához van illesztve.
8. 8. Az 1. vagy 7. igénypont szerinti érzékelő, azzal jellemezve, hogy a szűkítés a szögletes és amellett parabola- vagy hiper30 bola alakú átmenettel (4) ée a kúp alakú középrésszel (5) van kialakítva és a kúp alakú középrész (5) közvetlenül a gázbevezető csőre (18) van csatlakoztatva.