JPH06339527A - フローメータ - Google Patents

フローメータ

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JPH06339527A
JPH06339527A JP3320142A JP32014291A JPH06339527A JP H06339527 A JPH06339527 A JP H06339527A JP 3320142 A JP3320142 A JP 3320142A JP 32014291 A JP32014291 A JP 32014291A JP H06339527 A JPH06339527 A JP H06339527A
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JP
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weight
container
rate
differential
fluid
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Application number
JP3320142A
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English (en)
Inventor
Charles P Lipari
チャールズ・ピー・リパリ
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Pall Corp
Original Assignee
Pall Corp
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Publication date
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/168—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body
    • A61M5/16886—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body for measuring fluid flow rate, i.e. flowmeters
    • A61M5/16895—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body for measuring fluid flow rate, i.e. flowmeters by monitoring weight change, e.g. of infusion container
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01G11/00—Apparatus for weighing a continuous stream of material during flow; Conveyor belt weighers
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/14—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance
    • G01G3/1402—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01G3/1412—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being parallelogram shaped

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロプロセッサ等のディジタルコンポー
ネントを使用せずに差動動作型のフローメータを提供す
る。 【構成】 重量変換器は容器の重量に関連した差分出力
信号を発生する。差動増幅器は差分出力信号を受けて重
量に関連する第１の信号を発生する。アナログ微分器は
第１の信号を受けて重量の変化率に比例する第２の信号
を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流体の流速を測定する
装置及び方法に関し、特に、流体が流入又は流出する容
器の重量の変化率を測定することによって流速を測定す
る装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】広範囲の情況において、第１の容器から
第２の容器に相互接続ダクトを介して流体を移送するこ
とが必要である。典型的には、最適のシステム性能に対
して望ましい流速又は流速の範囲がある。従って、実際
の流速を、所望の流速又は流速の範囲に適合させるため
に流体が流れる速度を測定し且つ調整することが望まし
い。
【０００３】流体の流速を測定し且つ調整することは、
特に、医学的な応用において、しばしば重要である。度
々、栄養剤又は薬剤のような治療合成物、血液又は血液
成分のような身体の流体等は静脈を介して患者に与えら
れる。そのような情況においては、第１の容器から第２
の容器に流体を流すよりは、流体は容器から患者のリン
パ管系へ直接流される。これらの流体は、最適の治療値
に対する予定の投与量で与えられなければならないの
で、流体の流速を監視し且つ調整することが重要であ
る。
【０００４】典型的に、静脈（IV）流体は、容易に貯蔵
し且つ投与を便利にするために、ビン又は可撓性のバッ
グのような容器内に保持される。流体は、可撓性のダク
ト又はIV管を介して投与され、これらのダクト又はIV管
は、IV容器と、流体を患者の血管に射出するための針又
は他の適当な器具との間に接続される。そのようなシス
テムにおいて、流体の流速を正確に測定することが必要
である。IV流体が容積変位の原理に基づいて投与される
従来のフローメータ・システムが知られている。ダクト
はIV流体容器と患者との間に接続される。ダクト内には
ライン内ポンプが配置され、このポンプは各動作サイク
ルで、ダクトの既知の長さを介して流体の既知の容積を
排出する。次いで、流体の流れは、毎分のポンプ動作サ
イクル数に従って調整される。このようなシステムは高
価であるという欠点がある。
【０００５】第２の従来のフローメータは、容器を保持
し、且つ流れを制御するためにコンピュータを使用して
いる。ディスクリート時間のディジタル信号を使用する
コンピュータは、IV容器から適当なダクトを介して、予
定の流速に対応する、単位時間当りの予定の流体量を与
えるために、ロータリ・ポンプ・ヘッドを作動する。前
述の如きフローメータは高価であるという欠点を有して
いる。このコスト高は、マイクロプロセッサ及び適当な
支援装置を含むコンピュータのコンポーネントのコスト
に関連している。システムを支援し、また特にアルゴリ
ズムに従って必要な計算を実行するソウトウェア又はフ
ァームウェアは、販売される製品を介して償却されなけ
ればならない開発時間又は実施契約料でかなりのコスト
を含んでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、低廉で且つ
正確なフローメータを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、重量の変化率
を決定するための装置であって：重量を支え且つ重量に
関連した出力信号を生成するための差分出力を有する重
量変換器；差分出力に接続された入力と、重量に関連し
た第１の信号を生成するための出力とを有する差動増幅
器；第１の信号を受けるために差動増幅器の出力に接続
され、且つ重量の変化率に比例する第２の信号を生成す
るための出力を有するアナログ微分器；を含む装置を提
供する。
【０００８】本発明はまた、静脈（IV）流体を予定の割
合で患者に投与するための差動フローメータ・システム
であって：投与されるべき流体を収容するIV容器を支持
するためのキャリヤと、IV容器の重量に関連した差分信
号を出力するための差分出力とを有する重量変換器；差
分出力に接続された回路であって、差分信号を受け且つ
IV容器の重量に比例する第１の信号を出力するように接
続された差動増幅器と、第１の信号を受け且つIV容器の
重量の変化率に比例する第２の信号を出力するように接
続されたアナログ微分器とを含む回路；を含むシステム
を提供する。
【０００９】本発明は更に、容器内の流体の量の変化率
を決定するための方法であって：容器内の流体の重量に
関連した第１のアナログ信号を生成する重量変換器に、
容器を置くステップ；第１の容器の重量の変化率に比例
する第２のアナログ信号を生成するために第１のアナロ
グ信号を微分するステップ；第２の信号に関連した数値
を表示するステップ；を含む方法を提供する。
【００１０】本発明は更に、静脈（IV）流体を予定の割
合で患者に投与するための方法であって：重量変換器に
IV容器を置くステップ；IV容器の重量に関連した差分出
力信号を生成するステップ；IV容器の重量に関連した第
１の電圧を出力する差動増幅器に、差分出力信号を供給
するステップ；IV容器の重量の変化率に比例する第２の
電圧を出力するアナログ微分器に、第１の電圧を供給す
るステップ；第２の電圧及びIV容器の重量の変化率に関
連した数値を表示するためのディスプレイに、第２の電
圧を供給するステップ；を含む方法を提供する。
【００１１】
【実施例】図１は、重量変換器２、差動増幅器／微分器
回路４、ディスプレイ６を含む装置の概略的なブロック
図である。重量変換器２は重量に関連した信号を生成す
るのに適した構成である。好適な実施例において、重量
変換器２は、その上に測定されるべき重量が置かれる構
造である。それは、ほぼ平坦な上面を有し、その上に重
量が置かれ、或いは重量を収容する皿又はサドルを含み
得る。液体容器が重量の場合、重量の変化率は流速に関
連される。
【００１２】更に、重量変換器は重量に関連した連続信
号を出力するための出力を含む。出力信号は、電流又は
電圧のような電気信号である。他方、出力信号は、重量
に応答して重量変換器の全て又は一部の歪即ち物理的変
位に関連し得る。信号は、重量に比例し、或いは、重量
ゼロに対応する静止値を有し、重量に従って静止値より
の偏差値のように、ある他の直線関係を有し得る。
【００１３】好適な実施例において、重量変換器はロー
ドセルを含む。ロードセルは重量に関連する電気信号を
生成するために普通に使用される。重量変換器として使
用されるロードセルの説明を含む、好適な実施例の更に
詳細な説明が以下に述べられる。
【００１４】重量変換器によって生成された連続信号
は、好適な接続を介して差動増幅器／微分器回路４に与
えられる。回路４の主な機能は、重量変換器２に置かれ
た重量の変化率に関連した連続信号を発生することであ
る。これは、重量の大きさに関連した連続信号を微分す
ることによって達成できる。好適な実施例において、回
路４はアナログ微分器回路を含む。そのような回路は、
ＲＣ回路又はタンク回路のような、適当なフィードバッ
ク回路網を有する演算増幅器を含む。微分器の特性は重
量の予期される変化率に基づいて選択できる。IV流体を
患者に投与するシステムのような応用において、重量は
急速に変化することはない。従って、微分器は、急速な
遷移時間を必要としないコンポーネントが選択される。
【００１５】以下に詳細に説明されるように、ロードセ
ルは、差分出力を発生するブリッジ回路を含み得る。重
量変換器２から出力され且つ回路４によって受ける信号
が差分信号とすると、回路４の一部として差動増幅器を
設けることが望ましい。そのような装置は、非反転入力
及び反転入力のような、差分入力を有する演算増幅器を
含む。適当な回路は、重量変換器２上の重量に関連した
接地基準の連続信号を発生する。次いで、この信号は微
分器に与えられる。
【００１６】重量変換器２上の重量の変化率に関連した
連続出力信号は、回路４からディスプレイ６に出力され
る。ディスプレイは、オペレータに数量測定を与える適
当な装置を含み得る。例えば、適当な表示ディジット数
を有するＡ／Ｄ及びディジタル・メータを使用できる。
他方、アナログ・ガルバノメータ型のディスプレイも使
用できる。
【００１７】ディスプレイ６の目的は、重量の変化率の
数量測定として理解されるものをオペレータに与えるこ
とである。IV流体を患者に投与するシステムにおいて、
これは、IV容器からの流体の流速の有効な数量測定であ
る。従って、ディスプレイ６は、重量又は流速のいずれ
かに便利な単位において数字を与えるのが望ましい。
【００１８】ディスプレイとして使用できる標準的な電
圧計は電圧の単位で表示するので、信号値として、１ボ
ルト／グラム／秒の重量変化、又は１ボルト／ミリリッ
トル／分の流れ、のような値を有するのが望ましい。従
って、回路４からの信号の変化率を受け、それを表示用
の便利な単位、例えば、ミリリットル／分の流速又はグ
ラム／秒の重量変化率、に対応する適当な大きさに調整
するスケーリング回路を使用することが望ましい。線形
増幅器のような適当な回路がディスプレイ６に対する入
力段として使用できる。代りに、微分器又は差動増幅器
は、各信号を適当な振幅にスケーリングするのに適当な
利得を有するように製作できる。
【００１９】この型式のシステムは、最適の重量変化率
又は流速、或いは最適の重量変化率又は流速の範囲が望
まれる情況で使用されることが期待される。オペレータ
はそのような最適値を認識している。オペレータは、周
期的に又は時折、表示された値を最適値と比較し、表示
された値が所望の値に適合するかどうかを決定する。そ
れが適合しないと、オペレータは適当な操作を行って重
量変化の割合又は流速を変更する。重量の変化率が流速
による場合、オペレータは、流速を調整するための適当
なメカニズムを使用できる。例えば、流体がダクトを介
して容器に流入又はそこから流出している場合、オペレ
ータは、ダクトにクランプを設けて、ダクトを介する通
路を部分的に制限できる。制限の程度は、流速を変える
ように変更でき、またそれを所望の値に適合させること
ができる。
【００２０】他方、容器から流出する流体は、重力によ
る流体の行先に関して容器の高さに関連され得る。例え
ば、IV流体が患者に投与されていると、ビン又は可撓性
のバッグのような、IV容器は患者の上方のラックに掛け
ることができる。本発明によれば、ラックは容器を上昇
又は下降させる調整可能な支持体を含み得る。そのよう
な情況において、オペレータは、患者に関してIV容器を
上昇又は下降させることによって、ディスプレイによっ
て表示された如き流速を所望の流速に適合させることが
できる。
【００２１】同様に、流体は第１の容器から第２の容器
に流れることができ、第１の容器は第２の容器より高
く、流体は重力の影響下で全部又は部分的に流れる。い
ずれか一方の容器は調整可能な支持体上に置かれ得る。
次に、支持体上の容器は、他方の容器に関して上昇又は
下降され、最適の流速に適合するように流速を変えるこ
とができる。
【００２２】図２は、流速を決定し且つ流速に関連した
数値を与えるための装置８の透視図を示している。装置
８は、以下で詳細に説明されるコンポーネントを収容す
る本体１０を含む。トレイ１２として図示されたキャリ
ヤは、重量を保持するために装置８の頂部に設けられ
る。複数の７セグメントの表示ディジット１６を含むデ
ィスプレイ１４は装置８の前面パネルに設けられる。前
面パネルはまた、電源スイッチ１８及びリセット・ボタ
ン２０のような、他の適当な機能を含む得る。装置８
は、ポータブルであり、また流体を患者に投与するため
に設定される混雑した病院内で便利に使用されるのに十
分な程小さいことが好ましい。また、装置８は、適当に
軽量化されるべきであり、それにより流体の流速を調整
するように都合よく上昇且つ下降させるために、IVラッ
クに関して調整可能な支持体上に置かれる。
【００２３】図３を参照すると、図２の装置の頂部切開
図が示されている。ロードセル２２は、トレイ１２の下
に位置決めされ、装置８の重心付近が好ましい。ロード
セルは、ロードセルに重力を及ぼす重量のような、ロー
ドセルに作用する負荷を重量の大きさに関連する信号に
変換するための重量変換器の一部を形成する。好適な実
施例において、複数のストレイン・ゲージは、重量変換
器を構成するためにロードセルの種々の面上に設けられ
る。重量がロードセルに作用すると、ロードセルの変形
により、ストレイン・ゲージが機械的歪、即ち圧縮又は
伸長を受ける。各ストレイン・ゲージは、ストレイン・
ゲージが設けられるロードセルの表面、ストレイン・ゲ
ージがどのように配向されるか、ロードセルの構造、重
量の大きさ、のようなファクターに従って、異なる形態
の歪を受ける。
【００２４】印刷回路板２４は、差動増幅器／微分器回
路４を作るのに必要な電気コンポーネントを支持する。
回路板２４は、ロードセル２２を部分的に包囲し且つ装
置８が乗る表面と平行にするために、Ｕ字形状を有する
ように図示されている。これに代えて、回路板は、必要
なコンポーネントを保持し且つ本体１０内に収容される
のに適当な形状を有することができる。また、コンポー
ネントは、一連のエッジ・コネクタを有するリボン・ケ
ーブルのような、適当な裏板又は可撓性バスによって接
続された複数の比較的小さい板上に配置できる。ＡＣ電
源コード２６は、装置８を標準的な壁ソケットにプラグ
・インするために設けられる。図示されていないが、変
圧器、整流器、低域フィルタのような、適当な電源コン
ポーネントが必要なＤＣ電力を生成するために設けられ
る。これに代えて、装置８は、複数の必要なＤＣ電圧値
のための分離可能な入力を有することができる。この入
力は、ＤＣ電力を発生するために標準的なＡＣ壁ソケッ
トにプラグ・インする電源アセンブリに接続されたモジ
ュラ・プラグを収容するように設計できる。以下に詳述
される好適な実施例において、＋５Ｖ及び−５Ｖが必要
とされる電源電圧である。変圧器によってＡＣ電力ライ
ンから分離される調整された電源を使用するのが好まし
い。
【００２５】図４は、装置８の側部切開図を示してい
る。ロードセル２２は種々の形状、寸法、構造であり得
る。図４に示されたような好適な実施例において、ロー
ドセル２２は、側面を貫通するダンベル形状の穴２８を
有する矩形プリズムの形状であり得る。図４に示された
側面は、ロードセル２２の幅全体にわたる穴２８を直接
示している。ロードセル２２は、負荷の大きさの望まし
い範囲の下で、負荷の大きさに関連した、或いはそれに
比例する程度に変形するが、負荷を除いた場合に変形を
克服し且つ元の形状に戻る任意の材料で形成できる。好
適な実施例において、ロードセル２２はスチールで形成
できる。図４に示されたロードセルの寸法は以下の通り
である。長さ（左から右）７．４２ｃｍ（２．９２イン
チ）、高さ（頂部から底部）２．４１ｃｍ（０．９５イ
ンチ）、厚さ（紙面に対して垂直）１．４９ｃｍ（０．
５８５インチ）。穴の円形部は直径で２．１０ｃｍ
（０．８２５インチ）である。これらの中心は、ロード
セル２２の各端から２．２９ｃｍ（０．９０２インチ）
にあり、ロードセル２２の上面と下面との間に中心付け
られている。２つの円形部を接続する穴の部分は高さが
８．２５ｍｍ（０．３２５インチ）である。
【００２６】前述のロードセルは、１．６ｋｇ（３．５
ポンド）の最大負荷とされた。０〜１．６ｋｇ（０〜
３．５ポンド）の範囲内で、測定された歪は、負荷の変
化に伴い、１グラム以下の精度で直線的に変化すること
が見出された。前述の寸法を変えることにより、例えば
ロードセルの全体の寸法を増加又は減少させることによ
り、またロードセルの構造を変える（例えば、穴の形状
を変える）ことにより、非常に多くの異なる負荷限界、
負荷変化に対する感度、等を有するロードセルを製作す
ることが可能である。例えば、負荷限界は２２５ｋｇ
（５００ポンド）又はそれ以上であり得る。
【００２７】ロードセル２２は第１の端部３０を含み、
この端部は、片持ちビームを形成するために、適当な取
付け部材３１によって装置８の本体１０の底部に設けら
れる。取付け部材３１は、ロードセル２２の下面と本体
１０の底部との間にギャップ３２を与えるのに十分な大
きさの厚さと、ロードセルの定格負荷の範囲内での変形
に対してロードセル２２の下面が本体１０の底部と接触
しないようにするのに十分な大きさとを有することが好
ましい。
【００２８】ロードセル２２はまた第２の端部３４を有
する。取付け部材３６は、第２の端部３４でロードセル
２２の上面に設けられる。取付け部材３６は、本体１０
の外方に本体１０の上面を介して上方に向って移動す
る。トレイ１２は、重量を支持するために、取付け部材
３６に固定的に又は分離可能に設けられ、或いはその上
に置かれる。
【００２９】図５はロードセル２２の詳細図を与える。
取付け部材３１，３６は図示されていない。４つのスト
レイン・ゲージ３８，４０，４２，４４は、第１及び第
２の端部３０，３４の付近で、ロードセル２２の上面及
び下面に配置される。４つのストレイン・ゲージの１つ
は、図示のように、いずれかの端部３０，３４のいずれ
かの面（上面，下面）に設けられるのが好ましい。
【００３０】図６は、好適な実施例に従って、ストレイ
ン・ゲージの１つの詳細図を与えている。図６のストレ
イン・ゲージは３８として示されているが、図５の残り
のストレイン・ゲージ４０，４２，４４は全体の構造に
おいてほぼ同様であることが理解されるであろう。但し
正確な配置は変更できる。
【００３１】ストレイン・ゲージ３８は、印刷回路板、
マイラーの如き材料で作られたフィルム、又は電気回路
の導体素子を支持するための他の適当な構造、であり得
る基板４６を含む。図示のストレイン・ゲージ３８にお
いて、金属箔の導体素子は４８として示されている。素
子４８は薄い箔に巻回された導体アロイ、フォトレジス
ト／エッチング処理で作られた素子、或いは他の適当な
導体素子、である。導体素子４８は第１及び第２の接点
５０，５２を含む。これらの接点は、半田付けのよう
な、既知の技法を用いて電気的接触を形成するのに適し
ている。導体素子４８はまた、一連の格子線５４を含
む。格子線５４は、接点５０，５２間に大きな全長を与
えるようにジグザグ状に前後する導体として図示されて
いる。格子線５４の幅、長さ、及び物理的配列は、接点
５０，５２間に有限の予定の電気抵抗を与えるように選
択される。ストレイン・ゲージ３８が曲げのような物理
的な歪を受けて、格子線５４がそれらの長さ方向に沿っ
て伸長又は圧縮されると、接点５０，５２間で測定可能
な抵抗の値に変化が生じる。抵抗の変化は、格子線５４
の組成に依存して、圧電効果又は他の効果に起因する。
好適な実施例において、伸長及び圧縮は反対方向の抵抗
変化を生じさせる。例えば、伸長は抵抗を増加させ、圧
縮は抵抗を減少させる。逆もまた真であり、伸長は抵抗
を減少させ、圧縮は抵抗を増加させる。いずれが真であ
るかは、素子４８の組成のようなファクターに依存す
る。
【００３２】図５を参照すると、ストレイン・ゲージ３
８，４０，４２，４４は、格子線５４がロードセル２２
の長さ方向に沿って平行になるように、ロードセル２２
の表面に配置される。他の構造もまた、測定可能な抵抗
変化が歪から生じる限り、使用できる。
【００３３】電気的接続が概略的に示されている。電源
電圧Ｖｃｃは、ストレイン・ゲージ３８の第１の接点５
０と、ストレイン・ゲージ４２の第１の接点５６とに接
続される。ストレイン・ゲージ４０の第１の接点５８
と、ストレイン・ゲージ４４の第１の接点６０とは接地
される。第１の出力６２は、ストレイン・ゲージ３８の
第２の接点５２と、ストレイン・ゲージ４０の第２の接
点６４とに接続される。第２の出力６６は、ストレイン
・ゲージ４２の第２の接点６８と、ストレイン・ゲージ
４４の第２の接点７０とに接続される。従って、ストレ
イン・ゲージ３８，４０，４２，４４は共に、Ｖｃｃと
接地との間に直列に接続された２組のストレイン・ゲー
ジ３８，４０及び４２，４４を有するブリッジ回路とし
て接続される。ブリッジ回路は、出力６２，６６を含む
差分出力を有する。出力６２，６６間のアナログ、即ち
連続的な電圧は、重量がロードセル２２に歪を生じさせ
且つストレイン・ゲージの変形を生じさせるのに従って
変化する。ロードセル２２の物理的変形によって生じ
た、ストレイン・ゲージ３８，４０，４２，４４の抵抗
変化は、出力６２，６６間で得られる電圧に基づいて高
い精度で検出できる。好適な実施例において、出力６
２，６６間の電圧は、ロードセル２２が設置される装置
８のトレイ１２内の重量に関連される。前述のように、
好適なロードセル２２は、定格負荷の範囲０〜１．６ｋ
ｇ（０〜３．５ポンド）にわたって、１グラム又はそれ
以下の負荷の変化内で負荷に応じて直線的に変形する。
【００３４】図７は歪状態にあるロードセル２２を示し
ている。図４を参照すると、重量がトレイ１２に置かれ
る場合に、下方の力がロードセル２２の第２の端部３４
に加えられることが理解される。取付け部材３１は第１
の端部３０に対する支持を与えるが、第２の端部３４の
下方では匹敵する支持はない。従って、第２の端部３４
は第１の端部３０に関して下方に変位され、ロードセル
２２の形状は図７に図示のように歪む。ロードセル２２
の形状の歪量は、トレイ１２内の重量の増加に従って増
加する。ストレイン・ゲージ４０，４２は凹状に曲げら
れて、格子線５４を圧縮することが理解される。同様
に、ストレイン・ゲージ３８，４４は凸状に曲げられ
て、格子線５４を伸長する。それぞれの格子線の圧縮及
び伸長は、各ストレイン・ゲージの抵抗値の変化を生じ
させる。従って、出力６２，６６間の差分電圧は、トレ
イ１２内の重量によってロードセル２２に加えられた歪
を反映する。差分電圧は、ゼロ電圧のような静止値か
ら、連続的に、また、重量の増加に従って増加する程度
に、偏倚する。フローメータの好適な実施例において
は、重量の変化率が重要と思われるに過ぎない。従っ
て、オフセット調整はストレイン・ゲージ又は差動増幅
器に対して不要である。
【００３５】図８は、図１に示されるような、ストレイ
ン・ゲージ及び差動増幅器／微分器回路４によって形成
されるブリッジ回路の好適な実施例の詳細図を示してい
る。特に、ブリッジ回路７２は、それぞれ抵抗器として
示されたストレイン・ゲージ３８，４０，４２，４４を
含んで図示されている。
【００３６】図８の回路に示された残りのコンポーネン
トは、図１の差動増幅器／微分器回路４に含まれる。差
動増幅器７４は、抵抗器７８，８０をそれぞれ介して、
ブリッジ回路７２の出力６２，６６にそれぞれ接続され
た正及び負の入力を有する演算増幅器７６を含むものと
して示されている。抵抗器８２及びコンデンサ８４は、
演算増幅器７６の正入力と接地との間に接続される。演
算増幅器７６は、並列に接続された抵抗器８６及びコン
デンサ８８を介して負入力に接続される出力を有する。
正及び負の電源電圧＋Ｖｃｃ、−Ｖｃｃは演算増幅器７
６の電力入力に接続される。電源コンデンサ９０，９２
は、それぞれの電源入力と接地との間に接続され、安定
した電源電圧値を維持する。好適な実施例において、差
動増幅器７４は、約１００の電圧利得を有する。
【００３７】ブリッジ回路７２の出力６２，６６間の電
圧差に関連した、それ故重量に関連した連続信号は、演
算増幅器７６から出力される。この信号は、ロードセル
２２上の重量の変化に従って、ゆっくりと変化する。こ
の信号の変化率は一定である。即ち 流速＝ｄＶ／ｄｔ＝一定 （１） ここでＶは差動増幅器７４からの信号出力である。高周
波ノイズを除去するために、抵抗器９４及びコンデンサ
９６を含む低減フィルタは演算増幅器７６の出力に接続
される。低減フィルタの出力である、コンデンサ９６を
横切る電圧は、電流分離コンデンサ９８を通過する。コ
ンデンサ９８を越えることが微分器１００として作用す
る。
【００３８】微分器１００は反転及び非反転入力を有す
る演算増幅器１０２を含む。非反転入力は接地される。
反転入力は抵抗器１０４を介してコンデンサ９８に接続
される。従って、差動増幅器の演算増幅器７６の出力
は、抵抗器９４、コンデンサ９８、抵抗器１０４を介し
て、演算増幅器１０２の反転入力に接続される。演算増
幅器１０２の出力は、並列に接続された抵抗器１０６及
びコンデンサ１０８を含むフィードバック回路網を介し
て、反転入力に接続される。演算増幅器１０２への正及
び負の電源電圧入力は、コンデンサ１１０及び１１２を
介して接地される。連続出力信号ＶOUT は演算増幅器１
０２から出力される。微分された信号ＶOU T は重量の変
化率に比例する。比例定数は、回路のコンポーネントの
値に関連する。即ち、 ここでＶOUT は微分器１００の出力電圧であり、Ｒは抵
抗器１０６の値であり、Ｃはコンデンサ９８の値であ
り、ｄＶ／ｄｔは差動増幅器７４の演算増幅器７６から
の信号出力の変化率である。
【００３９】式（２）は以下のように与えられる。コン
デンサ９８を流れる電流Ｉは、 であり、ここでＣはコンデンサ９８の値であり、ｄＶ／
ｄｔは時間導関数、即ち差動増幅器７４の出力電圧の変
化率である。電流Ｉはまた抵抗器１０６を流れる。演算
増幅器１０２の反転入力は仮想接地である。微分器１０
０の出力電圧ＶOU T は、 ＶOUT ＝ＩＲ （４） である。ここでＲは抵抗器１０６の値である。式（４）
でＩを式（３）で置換すると式（２）を与える。従っ
て、ＶOUT は、差動増幅器出力電圧Ｖの変化率に比例す
るＤＣ電圧である。
【００４０】前述の関係を維持するために、演算増幅器
１０２の反転入力は漂遊電磁界等によって生じるノイズ
から保護されるべきであるということに留意すべきであ
る。好適な実施例において、抵抗器１０４及び１０６
は、演算増幅器１０２付近に設けられる。また、抵抗１
０４及び１０６が演算増幅器１０２の反転入力と接続す
るノードは、接地されたＥＭ（電磁）シールドによって
囲まれるのが好ましい。
【００４１】初期化の際に、出力電圧ＶOUT はゼロに強
制されるのが好ましく、コンデンサ９８の初期電荷が除
去される。これらの初期状態は、電源オン・リセット回
路又は他の適当な手段によって、リセット・ボタン２０
を手動で押圧することで達成できる。
【００４２】要約すると、図８に示された回路は、スト
レイン・ゲージ３８，４０，４２，４４を有するロード
セル２２上に置かれる重量の変化率に比例する電圧信号
を発生する。この回路によって発生される信号は重量の
変化率を示す。重量が、流体の流入又は流出を可能にす
るためにダクトに接続されたIV容器であると、重量の変
化率は、容器に流入又はそこから流出する流体の流速に
関連される。従って、出力信号ＶOUT は、重量の変化率
又は流速を示す信号として解される。重量の変化率又は
流速に比例する信号は、測定の単位の間の都合のよい関
係を生成するために、増幅器、分圧器、又は他の適当な
配列によって必要に応じて調整できる。例えば、適当な
スケーリングによって、１ボルトのＶOUT 値が毎分１ミ
リリットルの容器への流速に対応する関係を与えること
ができる。適当なスケーリングが使用されると、標準的
な電圧計又は他の電子計測装置を使用して、そのような
装置における所望の流速又は重量の変化率を示す数値を
表示することができる。
【００４３】図９は、流速を測定するための装置を使用
して、第１の容器と第２の容器との間で流体を移送する
ためのシステムを示している。図２に示されたような装
置８は、スタンド１１６の支持台１１４上に配置され
る。第１の容器１１８はスタンド１１６のアーム１２０
から懸架される。ダクト１２２は第１の容器１１８に接
続されて容器１１８から流体を導く。ダクト１２２は流
体のフロー調整器１２４に接続される。調整器１２４は
ダクト１２２を流れる流体を調整するための適当な装置
でよい。例えば、それは、ダクト１２２を締付けて部分
的に又は完全に閉成するために、ダクト１２２の囲りに
配置されたクランプを含む得る。ダクト１２２の内部の
断面積を減少させることで流体の流れは制限される。従
って、好適な実施例において、流体のフロー調整器１２
４は手動で操作され、クランプは設定範囲の１つに設定
されるのが好ましく、この設定により、ダクト１２２の
締付けの程度を変化させ、それ故流体の流れの制限の種
々の程度を与える。
【００４４】ダクト１２２はフィルタ１２６に接続され
続ける。このフィルタは、システムによって導かれる特
定のタイプの流体に適した任意の装置でよい。フィルタ
１２６は、流体から微粒子を除去するために、薄膜、繊
維物、又は他の適当な構造を含み得る。また、フィルタ
１２６は、流体から化学不純物を吸収するために、活性
炭素のような吸収剤を含み得る。与えられた応用に対し
て、そのような微粒子又は他の不純物が存在しなけれ
ば、フィルタ１２６をシステムから省略できる。
【００４５】ダクト１２２は第２の容器１２８に接続さ
れる。第２の容器１２８は装置８のトレイ１２に載置さ
れるものとして示されている。そのような配置におい
て、第２の容器１２８の重量は装置８によって測定さ
れ、第２の容器１２８の重量の変化率が表示される。図
示の配列において、第２の容器１２８の重量は、そこに
流入する流体に従って増加する。従って、表示される重
量の変化率は、容器への流速として解される。
【００４６】好適な実施例において、アーム１２０の高
さ、支持台１１４の高さ、或いはその双方は、スタンド
１１６上で垂直方向に調整可能である。従って、第２の
容器１２８に関する第１の容器１１８の高さは増減可能
である。相対的な高さは、第１の容器１１８から第２の
容器１２８への流体の流速を変化させるために変更でき
る。流速がこの方法で調整されると、流体のフロー調整
器１２４をシステムから省略できる。
【００４７】図９は、第１の容器１１８が第２の容器１
２８上でアーム１２０から懸架される配列を示している
が、第２の容器１２８は第１の容器１１８の上方に位置
決め可能である。例えば、装置８を支える支持台１１４
は、アーム１２０より高いレベルに位置決めできる。そ
のような代りの配列において、流体は、支持台１１４上
の容器１２８から、アーム１２０から懸架された容器１
１８に流れる。好適な実施例において、装置８は、重量
の正及び負の変化率のいずれかを測定できる。換言する
と、流体は、トレイ１２上に配置された容器の流入する
か、或いはそこから流出する。
【００４８】容器内の流体量の変化率を決定するため
に、図９の装置を使用する方法は以下のステップを含
む。容器は重量変換器上に置かれ、この重量変換器は容
器内の流体の重量に関連した第１のアナログ信号を発生
する。図９に示された実施例において、重量変換器は、
装置８に収容されるロードセル２２として示されてい
る。前述のように、図５及び図８に示されたブリッジ回
路は、重量に関連した連続的な差分電圧信号を発生す
る。従って、重量変換器はロードセル２２と、ロードセ
ル２２に設けられたストレイン・ゲージ３８，４０，４
２，４４を含んでいるので、重量変換器は容器の重量に
関連した第１のアナログ信号を発生することになる。次
のステップは、微分器１００によって実行され、第１の
アナログ信号を微分して容器の重量の変化率に比例する
第２のアナログ信号を発生する。次いで、ディスプレイ
６は第２の信号に関連した数値を表示する。
【００４９】本方法は更に、オペレータによって実行さ
れる以下のステップを含む。最初に、ディスプレイ６に
表示された数値は、ダクト１２２を介して容器に流入又
はそこから流出する流体の予定の流速に対応する予定の
数値と比較される。次に、ダクト１２２を介する流体の
流れが調整され、それによって表示された数値が予定の
数値に適合される。調整のステップはオペレータによっ
て行われるのが好ましい。それは、相互に関連して容器
の高さを調整することを含む。このような情況のもと
で、重力は、２つの容器間の高低差に従って流速を変化
させ得る。これに代えて、オペレータは、クランプ又は
他の適当な機器を用いてダクト１２２を締付け、それに
よってダクト１２２の内部の断面積を制限し、流体の流
れを制限する。また、アナログ微分器１００を含む装置
８の使用に従って、微分ステップは第１の信号のアナロ
グ微分を実行することを含む。
【００５０】図１０は、IV流体を予定の割合で患者に投
与するためのシステムを示している。フローメータ装置
８、スタンド１１６、支持台１１４は、ほぼ図９に示さ
れた如きものである。図１０のシステムにおいて、支持
台１１４は、スタンド１１６の上昇位置に置かれ、フロ
ーメータ装置８及びIV流体容器１３０を患者１３２の上
方に支持する。ここでは可撓性のIV管１３４として示さ
れた流体ダクトは流体を容器１３０から導くように接続
される。ダクト１３４は、針又は他の適当な医療器具に
よって、患者１３２の腕の血管に接続される。
【００５１】ダクト１３４は、流体の流れをダクト１３
４を介して制限するために使用されるクランプ１３６の
あご部を介して使用される。クランプ１３６は、ここで
はスタンド１１６に設けられるものとして示されてい
る。しかし、クランプは、容器１３０と患者１３２との
間の都合のよい位置でダクトに自由に配置することもで
きる。オペレータの便宜のために、クランプ１３６は装
置８に近いことが好ましい。また、クランプが、スタン
ド１１６に設けられるよりむしろ、ダクト１３４上に自
在に設けられる場合、それは軽量で且つ小型であるのが
好ましい。
【００５２】支持台１１４はスタンド１１６に沿って垂
直方向に調整可能であるのが好ましい。クランプ１３６
の代替として、流体の流速は支持台１１４の高さを調整
することによって調整できる。支持台１１４を上昇させ
ると患者１３２に対する容器１３０の高さが増加し、そ
れによって流体の流速を増加させる。支持台１１４の高
さが流体の流速を調整するために調節されると、クラン
プ１３６を省略できる。
【００５３】図９及び図１０の実施例において、支持台
１１４は、適当な手段によって、スタンド１１６に沿っ
て垂直方向に調整できる。例えば、スタンド１１６に接
する支持台１１４の側のクランプの構造は、所望の高さ
で支持台１１４をスタンド１１６に固設するために使用
できる。代りに、スタンド１１６は垂直方向に配列され
たギヤ歯又は穴の列を含み、そして支持台１１４は、ス
タンド１１６内のギヤ歯又は穴と歯合するように設計さ
れたギヤ構造を含み得る。そのような配列において、支
持台１１４の高さは、ハンドルを回転させて、支持台１
１４のギヤ又は他の構造を回転させて、それによってス
タンド１１６を上下させることで調整できる。支持台１
１４を所望の高さに固定するための適当なロックは、オ
ペレータがハンドルを回転させて高さを調整するのに先
立って、オペレータによって解かれ、その後に係止され
る。
【００５４】図１０に示されたIV流体投与システムは以
下のように使用される。看護婦又は他の医療関係者のよ
うなオペレータは、IV容器を装置８のトレイ１２上に置
く。次にオペレータは、ダクト１３４を容器１３０に取
付け、ダクト１３４の他端を注入器又は他の適当な器具
に取付け、注入器又は他の器具を患者１３２の腕に挿入
し、それによって流体が患者の血管に流入する。
【００５５】流体が容器１３０から患者１３２に流れる
のに従って、容器１３０の重量は変化する。図８に示さ
れ且つ前述されたように、図３にロードセル２２として
示された重量変換器は、容器１３０の重量による機械的
な歪を受ける。ロードセル２２のストレイン・ゲージ３
８，４０，４２，４４を含むブリッジ回路７２は、IV容
器１３０の重量に関連した連続的な差分出力信号を発生
する。この信号は差動増幅器７４に与えられ、この増幅
器は、IV容器１３０の重量に関連した第１のアナログ電
圧の形態で、第１のアナログ信号を発生し且つ出力す
る。第１のアナログ電圧はアナログ微分器１００に与え
られ、この微分器は、IV容器１３０の重量の変化率に比
例する第２のアナログ電圧の形態で、第２のアナログ信
号を出力する。第２のアナログ電圧はディスプレイ６に
与えられ、第２のアナログ電圧及びIV容器１３０の重量
の変化率に関連した、即ち容器１３０からの流速に関連
した数値は、ディスプレイ・パネル１４に表示される。
【００５６】看護婦又は他の医療関係者は、数値を周期
的にチェックし、それを、患者の主治医の指示に従って
決定されたIV流体の投与の予定の割合に対応する重量の
変化率に関連する予定の数値と比較する。看護婦は、ク
ランプ１３６を使用することによって、或いは、支持台
１１４の高さを調整することによって、流体の流速を手
動で調整し、ディスプレイ・パネル１４に表示された数
値が予定の数値に適合するようにする。従って、前述の
方法により、IV流体が患者に投与される割合は、患者の
主治医の指示によって設定された値に維持できる。
【００５７】
【発明の効果】本発明によれば、重量の変化率を決定す
るためのシステム及びIV流体を投与するためのフローメ
ータ・システムは、アナログ微分器のようなアナログ・
ハードウェアを使用して、高価なマイクロプロセッサの
ソフトウェア及び高価なディジタル・コンポーネントを
不要にしている。同様に、容器内の流体量の変化率を決
定するための方法及びIV流体を投与するための方法は、
高価なディジタル・ハードウェア、或いは複雑で高価な
ディジタル・ソフトウェア演算の介在を必要とせずに、
重量の変化率に関連する信号を発生する。従って、精度
を犠牲にすることなく相当の節約が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】重量の変化率を決定し、その変化率を表示する
ための装置のブロック図である。
【図２】図１の装置の透視図である。
【図３】図２の装置の頂部切開図である。
【図４】図２の装置の側部切開図である。
【図５】電気的接続の概略を含む図４に示されたロード
セルの側面図である。
【図６】図５のロードセルに設けられたストレイン・ゲ
ージの頂面図である。
【図７】重量による物理的な歪を示す図５のロードセル
の側面図である。
【図８】図５のストレイン・ゲージを示すブリッジ回路
と、図１に示された差動増幅器／微分器回路とを含む回
路図である。
【図９】第１の容器から第２の容器へ流体を移送するた
めのシステムの透視図であり、第２の容器は図２に示さ
れたような装置に載置されている。
【図１０】図２の装置を使用して、静脈流体を患者に投
与するためのシステムの透視図である。
【符号の説明】
２ 重量変換器 ４ 差動増幅器／微分器回路 ６ ディスプレイ ７２ ブリッジ回路 ７４ 差動増幅器 １００ 微分器

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重量の変化率を決定する装置であって、 重量を支え、該重量に関する出力信号を生成するための
    差分出力を有する重量変換器、 前記差分出力に接続された入力を有し、前記重量に関連
    した第１の信号を生成する出力を有する差動増幅器、 前記第１の信号を受けるために前記差動増幅器の出力に
    接続され、前記重量の変化率に比例する第２の信号を生
    成する出力を有するアナログ微分器、を含む装置。
  2. 【請求項２】 前記重量変換器は、ロードセルと、該ロ
    ードセルに設けられた複数のストレイン・ゲージを含む
    ブリッジ回路とを含み、前記ストレイン・ゲージは、前
    記重量によって与えられる前記ロードセルの機械的な歪
    に従って変化する抵抗を有し、前記ブリッジ回路は差分
    出力を有する請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記ブリッジ回路は、電源と接地との間
    に直列に接続された第１及び第２のストレイン・ゲージ
    と、前記電源と接地との間に直列に接続された第３及び
    第４のストレイン・ゲージと、前記第１と第２のストレ
    イン・ゲージ間の第１のノードと、前記第３と第４のス
    トレイン・ゲージ間の第２のノードと、を含み、前記差
    分出力は前記第１及び第２のノードを含む請求項２に記
    載の装置。
  4. 【請求項４】 前記差動増幅器は、反転入力と非反転入
    力を有する演算増幅器を含み、それらの入力は前記重量
    変換器の差分出力に接続される請求項１乃至３のいずれ
    かに記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記微分器は、接地された非反転入力
    と、前記差動増幅器の出力に接続された反転入力と、出
    力と、前記反転入力と前記出力との間に接続されたフィ
    ードバック回路と、を有する演算増幅器を含む請求項１
    乃至４のいずれかに記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記フィードバック回路は、前記出力と
    前記反転入力との間に並列に接続された、抵抗とコンデ
    ンサを含む請求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記アナログ微分器の出力に接続され、
    前記第２の信号を受け、前記重力の変化率に関連した数
    値を表示するディスプレイを更に含む請求項１乃至６の
    いずれかに記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記ディスプレイは、重量の変化率を適
    当な単位の流速に変換するスケーリング回路を含む請求
    項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記ディスプレイはディジタル・ディス
    プレイを含む請求項７又は８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記ディジタル・ディスプレイはディ
    ジタル電圧計を含む請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 静脈（IV）流体を予定の割合で患者に
    与える差動フローメータであって、 与えられるべき前記流体を含むIV容器を支持するための
    キャリヤと、前記IV容器の重量に関連した差分信号を出
    力するための差動出力とを有する重量変換器、 前記差動出力に接続され、差分信号を受け且つ前記IV容
    器の重量に比例する第１の信号を出力するように接続さ
    れた差動増幅器と、前記第１の信号を受け且つ前記IV容
    器の重量の変化率に比例するように第２の信号を出力す
    るように接続されたアナログ微分器とを含む回路、を含
    む差動フローメータ。
  12. 【請求項１２】 前記第２の信号を受けるように接続さ
    れ、前記IV流体の流速を示す数値を表示するためのディ
    スプレイを更に含む請求項１１に記載の差動フローメー
    タ。
  13. 【請求項１３】 患者上方の所望の高さに、前記重量変
    換器を支持するための垂直方向に調整可能な支持体を有
    するスタンドを更に含む請求項１１又は１２に記載の差
    動フローメータ。
  14. 【請求項１４】 前記スタンド上の前記支持体の高さは
    調整可能である請求項１３に記載の差動フローメータ。
  15. 【請求項１５】 前記IV容器はIV管を介して患者に接続
    され、前記差動フローメータは更に、前記IV管を締付け
    て該管を介して流体の流速を調整するために、前記IV管
    に配置されたクランプを含む請求項１１乃至１４のいず
    れかに記載の差動フローメータ。
  16. 【請求項１６】 容器内の流体量の変化率を決定するた
    めの方法であって、 前記容器内の流体の重量に関連した第１のアナログ信号
    を生成する重量変換器に、前記容器を置くステップ、 前記容器の重量の変化率に比例する第２のアナログ信号
    を生成するために前記第１のアナログ信号を微分するス
    テップ、 前記第２のアナログ信号に関連した数値を表示するステ
    ップ、を含む方法。
  17. 【請求項１７】 表示された数値を、予定の流体移送速
    度に対応する予定の数値と比較するステップ、 ダクトを介して流量を調整し、それによって前記表示さ
    れた数値を前記予定の数値に適合させるステップ、を更
    に含む請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記流体は前記容器と第２の容器との
    間に流れ、前記調整するステップは、前記容器と前記第
    ２の容器の相対的高さを調整するステップである請求項
    １７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記調整するステップは、前記容器に
    接続されたダクトを締付けるステップを含む請求項１７
    又は１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記微分するステップはアナログ微分
    のステップである請求項１６乃至１９のいずれかに記載
    の方法。
  21. 【請求項２１】 静脈（IV）流体を予定の割合で患者に
    投与するための方法であって、 重量変換器上にIV容器を置くステップ、 前記IV容器の重量に関連した差分出力信号を生成するス
    テップ、 前記IV容器の重量に関連した第１の電圧を出力する差動
    増幅器に、前記差分出力信号を供給するステップ、 前記IV容器の重量の変化率に比例する第２の電圧を出力
    するアナログ微分器に、前記第１の電圧を供給するステ
    ップ、 前記第２の電圧及び前記IV容器の重量の変化率に関連す
    る数値を表示するためのディスプレイに、前記第２の電
    圧を供給するステップ、を含む方法。
  22. 【請求項２２】 表示された数値と、IV流体を投与する
    予定の割合に対応する重量の変化率に関連した予定の数
    値と比較するステップ、 前記表示された数値に応答する前記流体の流速を調整
    し、前記表示された数値を前記予定の数値に適合させる
    ステップ、を更に含む請求項２１に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記調整するステップは、患者に対す
    る前記IV容器の高さを調整するステップである請求項２
    ２に記載の方法。
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