JP2006506636A - ガス流測定装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、いくつかのセンサーを有するガスの正確な測定用の装置に関するものであり、環境条件を測定し、この環境条件に影響されずに、高い測定の正確さが与えられるように、マイクロコントローラを通して分析し評価がなされる。

Description

固定および携帯用のガス流およびガス圧測定装置が、全ての種類の装置の較正、生産および計量のために必要である。

今までに手に入る装置は、ガス流測定が、環境条件によって影響を及ぼされ、そのために誤りの較正が起こる欠点を持っている。これは、とりわけ人工呼吸あるいは麻酔装置のような医学的な装置において大きな問題である。この装置は、全世界にわたって使用されているので、装置の誤った操作によっても較正のミスが発生する。

これまで正確なガス測定のためのいくつかの努力があった。以下の測定原理が良く知られている。

・超音波
流れの方向に対し角度を持って配置される２つ組み合わされた超音波送信機受信機ユニット。これは、規則的な間隔で超音波インパルスを送り、もう一つの送信機がそのインパルスを受信するのを待つ。超音波の波が、よく知られた媒体中で、規定された区間ｓを横切るのには、その伝播速度に依存する時間ｔを必要とする。波の伝播速度は、ある送信機／受信機から別の送信機／受信機までの信号の所要時間に依存する。

・測定の羽根を持つ体積メーター
羽根車はその回転数が、平均的な流速に比例するように回転する。

・作用圧力による方法
媒体は、ノズルあるいは開口を流れ通る。その時に断面積が狭くされ、流速を速める。渦形成を避けるために、殆どベンチュリノズルが使われている。質量流量は、ノズルを通る圧力差から見積もられる。

・層流要素
層流要素は、作用圧力による方法のように、流れの圧力差から流れを算出することができることに基づいている。けれどもこれとは反対に、流れは測定された差圧力に対しリニアである。医学においては、層流要素はニューモタコグラフとして良く知られている。

・熱線風速計
ワイヤーあるいは表面が、周囲の温度より高い温度に熱せられる。この表面上につき当たり、そしてさらに再び先に飛んで行く分子が、そこで運動エネルギーを受けとる。加熱された表面の熱損失は、その表面と周囲の間の温度差、及び単位時間当たりにぶつかる分子の数に比例する。

これらの良く知られた構成はすべて、その限界および測定の正確さにおいて制限を受けている。まさに医学的な分野においては、やはり更に正確さを推進すべきである。ここに、発明の課題がある。ガス流測定の正確さは、改善されるべきである。

それと同時に個々の方法の測定の特性は様々であり、また使用の事例に依存して、一つまたは他の測定器が―必要であれば、最適な状態にされ―使用される。

しかし、例えば人工呼吸装置、麻酔装置等などのような医学の分野における専門の装置においては、特に、ある装置が様々な使用の事例で用いられるので、これまで、いくつかの測定器を使って測定する必要があったか、あるいは、例えば検定や検査の目的のための測定精度に甘んじていなければならなかった。

本発明は、したがって温度、湿度、ガス種、酸素濃縮および雰囲気圧力のような周辺の条件に左右されない、ガスの正確な流れの測定のための装置に関するものである。それと同時にできる限り妥協に応ずることを少なく、また数多くの最も多様な使用の事例が、高精密に測定されることができるようにすべきである。更に誤操作を避けるためには、操作をできるだけ簡単にすべきである。それぞれの環境条件の際に、測定はできる限り同じ正確さの度合いでもって実行されることができるべきである。

この課題の解決は、出願人の携帯用の測定器「フロー解析器」において実現される。

発明に従う測定器は、ガスチャンネル(3)を持ち、網目状のこし器(4)を持ち、そしていくつかの様々なセンサー(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)を持つ、ガスの測定のための装置(1)を表わし、その際に測定することになるガス流が流れるガスチャンネル(3)の中に、湿ったガスでも乾いたガスも正確に測定することができる多数のセンサー(5-10)が取り付けられ、その際に全てのセンサーは、個々のセンサーの個々の測定値を相互の間で比較し、それを使って色々な測定値から、実際に貫流するガスのための、一つの統合された測定値がはっきり示されることができる、プログラムを含む計算機に接続される。決められたセンサーが、それと同時に環境条件の把握に役立っている。

それと同時に発明に従う装置において、特に好ましくは計算機、例えばマイクロコントローラ(11)におけるガス流の計算が、環境の影響である湿度、絶対圧力、温度および酸素濃縮を考慮するので、すべての環境条件での測定は、常に厳密に正しい。

本発明の特別な形態に従って、ガスチャンネル(3)は、全てのセンサーがその中に直接組み入れられる、ぎっしり詰まったブロックとしてデザインされる。センサーの間で、チューブを使用することは、発明に従って回避される。

本発明の特別な形態に従って、流れの方向に関係なく、層流をなすガスの流れが結果として生じ、またしたがって、特質として双方向のガス測定が可能であるように、ガスチャンネル(3)およびこし器(4)が設計される。それによって、患者に供給されるガス混合物だけでなく、患者から戻されるガス混合物もまた測定することができ、患者の容態を推定することができることになるので、例えば人工呼吸装置においては、このようなものが長所となる。

本発明の発展に従って、装置の表面パネルの上でガスチャンネル(3)の隣に、ヘルプと測定値へ直接アクセスするための、ＤＡＫ（「ＤＡＫ」は直接アクセスノブを意味する）キーが配置される。このＤＡＫキーは、計算機を介して、ディスプレイに接続され、このディスプレイにおいて、現在問題となっている測定値あるいはヘルプ機能を即座に表示させるためのキーである。

本発明は、決められたセンサーあるいはセンサータイプに制限されることはない。むしろエキスパートは、よく知られたセンサータイプから、例えば説明の手引きに従って選択することができる。

図１は、ガス流測定のための装置を示す。ガス流2は、ガスチャンネル3を通り、ガスチャンネル3の中央に取り付けられるこし器4を通って流れる。こし器は、簡単に取替え可能で、他の部材と同様に、単にシンボルで表わされる。ガスチャンネル3は、流れ通るガスの薄層をなす流れが結果として生じるように、デザインされる。様々な測定課題および様々な測定範囲またはその一方を持つ、多数のセンサー5−10がガスチャンネルの中にある。詳細には表示されていないマイクロコントローラ11が、その時々の使用の事例のために、またその時々の周辺の条件下で、できる限り正確な貫流の測定値を確定することができるために様々な測定値を処理する。 したがってセンサー5−10のセンサー値は、優先的にモジュールとしてあらかじめ備えられたマイクロコントローラ11によって、読み込まれ、正確なガス流に換算される。 図４は、発明に従う装置の好ましい外観を示す。

符号の説明

関連記号リスト(図面開示の構成要素とともに):
１ ガス流測定装置
２ ガス流
３ ガスチャンネル
４ こし器
５ 差圧力センサー
６ 絶対圧力センサー
７ 相対圧力センサー
８ 酸素センサー
９ 湿度センサー
１０ 温度センサー
１１ マイクロコントローラシステム
１２ ＤＡＫキー（直接アクセスノブ）

Claims (7)

1. 湿っているガスも乾いているガスも測定することができるように、様々な測定値あるいは測定範囲を持つ、様々なセンサー(5-10)のグループがガスチャンネル(3)の中に取り付けられ、またその際にそこから実際のガス流を算出するために、様々なセンサー(5-10)の様々な測定値を分析し評価する、計算機があらかじめ備えられていることを特徴とする、ガスチャンネル(3)と、測定抵抗、例えばこし器(4)、およびガスチャンネル内のセンサー(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)を使いガスを測定するための装置(1)。
2. 環境条件の邪魔になる影響が測定値から外されるように、特に好ましくは湿度、絶対圧力、温度および酸素濃縮のような環境の影響を考慮する個々のセンサーのプログラム・パラメータがガス流の計算のために、マイクロコントローラ(11)の中にあらかじめ備えられることを特徴とする、請求項１に記載の装置(1)。
3. ガスチャンネル(3)が、ぎっしり詰まったブロックとしてデザインされ、その中に全てのセンサーが(チューブ無しで)直接に組み入れられることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置(1)。
4. センサー(5-10)が、外からブロックにねじ込んで止められ、またこれから取り除き可能、ないしは交換可能であることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 二つの流れの方向で、薄層をなすガスの流れが結果として生じ、またしたがって測定値の影響無しに双方向のガス測定が可能であるように、ガスチャンネル(3)および測定抵抗ないしは、こし器(4)が、設計されることを特徴とする、請求項１に記載の装置(1)。
6. 装置の表面パネルに、好ましくはガスチャンネル(3)の横に、ヘルプと測定値へ直接アクセスするためのＤＡＫキー(「ＤＡＫ」は直接アクセス・ノブを意味する)が存在することを特徴とする、請求項１に記載の装置(1)。
7. ＤＡＫキーが、ディスプレイないし実値の供給を別々に(必要であれば選択可能なパラメータを)ディスプレイにトリガーすることを特徴とする請求項６に記載の装置。