NL1018148C2

NL1018148C2 - Inrichting voor het meten en het regelen van een vloeistofstroom.

Info

Publication number: NL1018148C2
Application number: NL1018148A
Authority: NL
Inventors: Bernardus Johannes Ger Roelofs
Original assignee: Roelofs Octrooien En Investeri
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-11-26
Also published as: US20020194933A1; ATE292988T1; EP1260240A2; DE60203665D1; EP1260240B1; EP1260240A3

Description

Korte aanduiding: Inrichting voor het meten en het regelen van een vloei stofstroom.

BESCHRIJVING

5 De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het meten van een vloei stofstroom door een buis, welke buis een instroom-en een, onder de instroomzijde geplaatste, uitstroomzijde bezit en met de vloeistof wordt gevuld, waardoor een vloei stofkolom in de buis ontstaat, waarbij menselijke zintuigen of sensoren worden gebruikt om de vloeistof-10 stroom te kunnen meten, alsmede toepassingen hiervoor.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het instellen van de doorstroomopening van een flexibele buis door middel van vervorming ten behoeve van het doseren van een medium, welke buis een instroom- en uitstroomzijde bezit.

15

Stand van de techniek

Andere optische vl oeistofstroommeettechnieken zijn bekend uit US-A-4,936,828, waar het volume van vallende druppels wordt gemeten, of van EP-0 610 418, waar de volumetoename wordt gemeten van, 20 aan een uitstroomopening hangende en groeiende, druppels als functie van de tijd, om de vloei stofstroom te berekenen. Het beeld van de hangende druppels wordt op een camera geprojecteerd en met beeldbewerkingssoftware wordt de vloei stofstroom berekend. Een belangrijk nadeel bij het toepassen van deze methode, in op de vloei stofstroom terug geregelde infuuspom-25 pen, is de instabiliteit in de positie van de druppels. Zo is de val weg van de druppels niet altijd loodrecht op de optische as en ook hangen de druppels niet stil aan de uitstroomopening. Tijdrovende en zware beeldbewerking is noodzakelijk.

Een andere applicatie is bekend uit US-A-4,938,072, 30 waarbij in een verticale meetbuis, die van boven open is, het vloeistofniveau stijgt als de vloeistof van onderen in de buis stroomt. De positie 1018148 2 van de meniscus van de vloeistof wordt gemeten met een rij optische detectoren. Als de bovenzijde van de buis is bereikt wordt een klep aan de onderkant van de buis geopend waardoor deze weer leegloopt. Dit veroorzaakt evenwel een periode waarin niet gemeten kan worden. Dit nadeel 5 wordt voorkomen in het octrooi schrift US-A-5,355,735, waar de buis horizontaal is geplaatst langs een rij detectoren en nabij de inlaat voor de vloei stofstroom een gasbellètje wordt geïnjecteerd, waarvan de transport-snelheid door de buis kan worden gemeten met de detectoren als maat voor de vloeistofstroom. In de octrooipublicatie US-A-5,483,830 wordt het 10 nadeel van US-A-4,938,072 voorkomen door de vloeistof eerst te verzamelen in een container en daarna afgepaste vloei stofhoeveel heden te meten, die automatisch weglopen als een hevel overloopt. Het automatisch leeglopen van de container hierin is te vergelijken met het doorspoelen van een WC. In deze methode is evenwel geen sprake van een directe relatie tussen het 15 leeglopen van de container en de vloeistofstroom uit de vulopening, er is dan ook geen sprake van meten in een doorstroom systeem waarmee een pomp kan worden geregeld. Een ander octrooi schrift is bekend, nl. US-A-4,446,993, waarin voor het afmeten van vloei stofvolumes gebruik wordt gemaakt van de capillaire eigenschappen van een smalle buis, zoals deze 20 in zijn algemeenheid wordt gebruikt bij het pipetteren van vloeistoffen. Deze capillaire eigenschappen kunnen juist niet gebruikt worden in een vloei stofstroommeter omdat de capillaire werking een doorstroomweerstand betekent voor de vloeistofstroom die juist bemeten moet worden.

De gevoeligheid van de beschreven methoden wordt 25 beperkt door de afmetingen van de containers of buizen en het aantal detectoren langs de buizen of containers. Dit nadeel wordt voorkomen in EP-0 610 418 waarbij het beeld van de stijgende vloei stof kol om wordt geprojecteerd op een camera, waarna de vloeistofstroom wordt berekend met behulp van beeldbewerkingssoftware. Een andere oplossing hiervoor biedt 30 EP-0 541 501, waar een lineair CCD sensor wordt toegepast. Alle hierboven beschreven methoden zijn duur en moeilijk te incorporeren in medische 1 0 1 G 1 48 3 infuussystemen. Meestal worden deze methoden toegepast om infuuspompen te controleren of de urine productie van patiënten te bewaken, zoals beschreven in US-A-5,483,830.

5 Doel van de uitvinding

De uitvinding is gedaan om de bovenstaande beperkingen op te lossen met nieuwe meetmethoden en apparaten mogelijk te maken die resulteren in effectieve, goedkope, gevoelige en real-time werkende systemen zoals bijvoorbeeld medische infuussystemen, urine-trend meters 10 of doseerinrichtingen in frisdrankautomaten.

Vloeistof stroommeting van een neerwaarts gerichte stroom in een van onderen open buis

Een inrichting, zoals die wordt beschreven in de 15 eerste paragraaf hierboven en waarvan een uitvoeringsvorm overeenkomstig de uitvinding aan de hand van de bijgevoegde figuren la-le hieronder zal worden toegelicht, wordt gekenmerkt doordat het opmeten van de lengte-verandering van de aangroeiende vloei stof kol om in de tijd een maat is voor de vloei stofstroom. Als gevolg van dit aangroeien verplaatst de 20 meniscus van de vloeistof zich in de richting van de uitstroomzijde van de buis. De verandering van de lengte van de vloei stofkol om en de positie van de meniscus, gemeten over de tijd, is een maat voor de vloeistof-stroom. Een en ander is zichtbaar in figuur la. Door de materialen van de vloeistof 2 en de buis 1 voorzien van een instroomopening la en een 25 uitstroomopening lb, goed te kiezen wordt voorkomen dat de vloeistof in een dunne laag langs de buiswand wegvloeit. De diameter van de buis is daarnaast ook zo groot en de materiaaleigenschappen van de buiswand zodanig, dat de vloeistof niet door capillaire werking in de buis wordt vastgehouden. Het is de omgevingsdruk in combinatie met de oppervlakte-30 spanning van de vloeistof, die de vloeistof in de buis houdt. Zolang de oppervlaktespanning zo groot is dat de vloeistof grotere druppels kan 1 ei SI 43 4 maken dan de breedte van de binnendiameter D van de buis en er sprake is van een bolle meniscus 3, hetgeen betekent dat de cohesie tussen de vloeistofmoleculen onderling groter is dan de adhesie van de vloeistofmo-leculen met de wandmoleculen, wil de vloeistof als een "geheel" door de 5 buis stromen en niet als een dunne laag aan de binnenkant van de buis-wand.

Een verbijzondering van de inrichting volgens de uitvinding, waarmee continue en nauwkeurig de vloei stofstroom en een vloeistofdosering kan worden gemeten, wordt gekenmerkt, doordat de buis 10 nabij zijn instroomopening is voorzien van een opening, welke de binnenzijde van de buis verbindt met de buitenomgeving, zodanig dat de oppervlaktespanning van de vloeistof in de opening evenwicht zoekt met de hydrostatische druk van het gewicht van de onder de opening bevindende vloei stofkol om en waarbij na het verbreken van dit evenwicht de lengte 15 van de dan ontstane vrije vloei stof kol om een maat is voor de vrijgekomen vloei stofhoeveelhei d.

Met een opening 4 met een kleine diameter in vergelijking tot de diameter D van de buis 1, in de buiswand, welke opening de binnenzijde van de buis 1 met de omgeving verbindt, wordt de lengte van 20 de vloei stofkol om in de buis beperkt. De vloei stofkol om breekt namelijk ter plaatse van de opening 4 als de hydrostatische druk W (zie pijl W in figuur la) van het gewicht van de vloei stofkol om, die onder de opening 4 in de buis 1 hangt, groter is dan de compenserende oppervlaktespanning T van de vloeistof (zie pijl T in figuur la). Door de hydrostatische druk 25 van het gewicht van de vloei stof kol om ter plaatse van opening 4 begint een kleine gasbel 5 te groeien, zoals in figuur la is te zien. Als het gewicht te groot wordt, dan breekt de kolom 2a en stroomt de vloeistof als een kolomsegment uit de buis, zoals in fig. lb is te zien.

Het aldus ontstane vrije kolomsegment 2a heeft afhank-30 el ijk van de afmeting van de opening 4 en de interactie tussen de vloeistof en de buis ter plaatse van de opening 4, een karakteristieke lengte 1018148 5 en aldus een nauwkeurig te bepalen volume. Hieruit is dus eenvoudig een vloeistofdosering af te leiden.

De oppervlaktespanning van de vloeistof alsmede de afmeting van opening 4 voorkomt dat de vloeistof uit de opening 4 naar 5 buiten treedt. Dit natuurkundig fenomeen kan worden vergeleken met het opblazen van een ballon. Aanvankelijk is het moeilijk om de ballon op te blazen; als echter een drempelwaarde wordt overschreden is het opblazen een stuk gemakkelijker.

Eventueel kan de opening afsluitbaar zijn, bijvoor-10 beeld door middel van een klep. Als voor de opening 4 een klep 6 wordt geplaatst, zoals te zien is in figuur lc, dan is het mogelijk om de vloei stofkol om verder te laten groeien. Bij een gesloten klep 6 zal de vloeistof aan de uitstroomopening lb van de buis 1, afhankelijk van de grootte van de vloei stofstroom, als druppels 7 of als straal wegstromen. 15 De grootte van de vloei stofstromen, waarop de uitvinding betrekking heeft, geeft meestal aanleiding tot druppel vorming.

Als gebruik wordt gemaakt van de oppervlaktespanning in een kleine opening 4 om de kolom 2 te laten breken zonder gebruik te maken van een klep, zoals weer te zien is in figuur ld, dan kan de lengte 20 van de kolom waarbij deze breekt mede bepaald worden door een veranderende materiaaleigenschap van de binnenwand. Hierbij kan overeenkomstig de uitvinding de binnenzijde van de buis nabij zijn uitstroomopening zijn voorzien van vloeistof aantrekkend materiaal voor het begrenzen van de vloei stofkol om tot een bepaalde lengte.

25 Door aan de binnenwand nabij de uitstroomopening lb materiaal 8 aan te brengen, welk materiaal leidt tot een grotere adhesie tussen vloeistof- en wand moleculen dan de cohesie tussen de vloeistofmo-leculen onderling, dan wordt de vloeistof als het ware extra in de richting van de opening lb getrokken en breekt derhalve nauwkeuriger bij een 30 specifieke kolomlengte L (zie figuur ld). Dit maakt een betere reproduceerbare doseerhoeveelheid mogelijk.

101814 8 6

Zowel met het openen van de opening 4 met een klep 6 als met de vloeistof aantrekkende kracht van het wandmateriaal 8 kan worden bereikt, dat altijd een vloei stofkol om met hetzelfde volume losbreekt. Met dit goed bekende volume kunnen zowel de vloeistof doseermet-5 hode als de vloei stofstroommeetmethode worden gekalibreerd, omdat de lengte L en de buisdiameter D het volume van de vrijkomende vloeistof volledig bepalen.

In een vergelijking met de bovenbeschreven inrichtingen volgens de stand van de techniek, waarbij aan hangende druppels wordt 10 gemeten, kan worden gesteld dat door het buisje de trillende druppels worden "getemd". Ook in de procesgang van de druppels, die groeien en van een uitstroomopening vallen, is het moment van vallen afhankelijk van de oppervlaktespanning en de adhesie van de vloeistof aan de uitstroomopening. Vergelijkbaar met EP-0 610 418 is ook de aangroei van de vloeistof-15 kolom een maat voor de vloei stofstroom en is de precieze afmeting van de kolomlengte op het moment dat de kolom breekt niet van belang. Deze meting moet evenwel nog geijkt worden met het exact bekend zijn van de druppel grootte op enig, evenwel willekeurig, moment.

Met behulp van vloeistof aantrekkend materiaal 8 nabij 20 de uitstroomopening lb in de buis wordt het ijkvolume bepaald door de binnendiameter van de buis en de lengte van de buis, tot waar een bolle meniscus van de vloeistof aanwezig is. Bij gebruik van een klep 6 kan zelfs de lengte waarover de kolom breekt ingesteld worden en van tevoren exact bepaald worden. Deze zelfkalibrerende eigenschap is een voordeel 25 ten opzichte van EP-0 610 418 waar de optische vergrotingsfactor moet worden bepaald. Het is tevens een voordeel ten opzichte van US-A-4,936,828 waar het aantal vallende druppels wordt geteld maar waarvan de grootte nooit exact bepaald kan worden. Het is tevens een voordeel ten opzichte van boven de meetmethoden, die gebruik maken van een stijgbuis 30 om de vloei stof stroom te meten, en die last hebben van de hoeveelheid vloeistof die achterblijft als de buis wordt geleegd.

1010148 7

Het hierboven beschreven natuurkundig fenomeen, waarbij de omgevingsdruk en de oppervlaktespanning de vloeistof in de buis op zijn positie houden zolang de vloeistofoppervlaktespanning in de opening 4, bedoeld om daar de vloei stofkol om te "lossen" of te breken, 5 groter is dan de hydrostatische druk op die positie, die bepaald wordt door de massa van de vloei stof kol om onder de positie van de opening, kan worden gecombineerd met èen ander natuurkundig fenomeen, waarbij de transportsnelheid van het omgevingsgas via de opening 4, de buis in, wordt beperkt door een gasstromingsweerstand of restrictie 10 in combina-10 tie met de opening 4. Dit wordt verklaard aan de hand van figuur le.

Als tussen de opening 4 en de omgeving een restrictie 10 wordt geplaatst, dan wordt de snelheid waarmee de eenmaal gebroken vloei stofkol om 11 in de buis naar de uitstroomopening lb verplaatst, beperkt. Deze snelheid is onafhankelijk van de snelheid waarmee de vloei-15 stof als gevolg van de vloei stofstroom zelf aan de instroomopening la de buis 1 instroomt. De tijd waarover de gebroken vloei stofkol om, die nu een vloei stofsegment 11 is, "vrij" verplaatst, is wel afhankelijk van de vloei stofstroomsnelheid. De nieuwe aangegroeide kolom dekt namelijk opnieuw de opening 4 af en de snelheid, waarmee dat gebeurt, is alleen 20 afhankelijk van de vloei stofstroom zelf.

Na verloop van tijd ontstaat daardoor een patroon van vloei stofsegmenten 11 en gassegmenten 12 die karakteristiek zijn voor de vloei stof stroom. De afmetingen van de segmenten zijn een maat voor de vloei stofstroom door de buis. In dit deel van de uitvinding wordt door de 25 stromingsweerstand 10 voor het de buis 1 instromen van gas in feite een soort impliciete "klok" in de meting gecombineerd met de vloei stofstroom zelf. De weerstand voor het instromen is afhankelijk van de viscositeit van het instromende gas; bij gelijkblijvende gassoort is het niet nodig de interne "klok" telkens opnieuw te ijken.

30 De snelheid waarmee een vloei stofsegment 11 verplaatst in de buis kan ook worden beperkt door een stromingsweerstand voor de 1018148 δ vloeistof nabij de uitstroomopening lb van de buis te plaatsen. Door de andere viscositeit van verschillende vloeistoffen is het dan wel lastig de "klok" te ijken.

Een andere mogelijkheid om het natuurkundig fenomeen, 5 waarbij de balans in de hydrostatische druk en de oppervlaktespanning van een vloeistof in combinatie met een vloeistof-afstotende werking van het wandmateriaal wordt benut 'om de dosering of de vloei stofstroom te bepalen, laat een buis zien waarvan de buisdiameter in de richting van de uitstroomopening toeneemt, zodanig dat de oppervlaktespanning van de 10 vloeistof onder in de vloei stofkol om evenwicht zoekt met de adhesie van de vloeistof aan de buiswand, waarna bij een zekere diameter dit evenwicht verbreekt en vloeistof langs de wand kan wegstromen, totdat ter plaatse van een boven de positie van het evenwicht gelegen positie in de buis de oppervlaktespanning van de vloeistof groter is dan de cohesie-15 kracht tussen de vloeistof en de buiswand en waarbij na het verbreken van het evenwicht de dan ontstane vrije vloei stof kol om een maat is voor de vrijgekomen vloei stofhoeveel heid en aan de nieuwe neerwaarts groeiende vloei stofkol om de vloei stofstroom weer kan worden gemeten.

Vergeleken met de methode, die verpleegkundigen nu 20 toepassen om de vloei stofstroom te controleren bij het toedienen van een infuus, namelijk het tellen van druppels in een zogenaamde druppel kamer over een bepaalde periode, kan een vloeistofstroommeetmethode, waarbij de vloeistofstroomsnelheid in een oogopslag kan worden gecontroleerd aan de hand van de lengte van de segmenten, tijdbesparend werken. Aan de andere 25 kant is het ook mogelijk, door de opening 4 optioneel te maken, het aantal druppels te blijven tellen per tijdseenheid om de vloei stofstroom te bepalen. Daarvoor hoeft dan alleen maar een eventuele optionele, verwijderbare, afdekking van de opening niet verwijderd te worden.

30 Vloeistofstrooimeting door het meten van verschil in licht-intensiteit.

Een volgend onderdeel van de uitvinding betreft de 1 018148 9 detectie van het aangroeien van de vloei stofkol om. Vergeleken met de metingen aan druppels, waarbij een volumetrische waarde van druppels moet worden berekend op basis van tweedimensionale beeldinformatie, volstaat in een vloei stofstroommeetmethode waarbij een buis wordt gebruikt, een 5 ééndimensionale meetmethode. Immers de diameter van de buis is bekend zodat alleen de lengte van de vloei stofkol om bepaald moet worden. Dit kan met een eendimensionale sensor worden verwezenlijkt. Zo kan volgens US-A-5,355,735 de sensor bestaan uit een rij lichtgevoelige cellen die de positie van de meniscus van de vloeistof detecteren. Een hogere resolutie 10 kan worden bereikt met een lijn CCD zoals in US-A-5,333,497.

Overeenkomstig de uitvinding wordt de inrichting waarbij de buis transparant is uitgevoerd gekenmerkt, doordat naast de buis één sensor is opgesteld, waarop, op de buis en de vloei stof kol om gerichte elektro-magnetische, straling reflecteert, waarvan de reflectie 15 een maat is voor de kolomlengte van de vloeistof in de buis. Vergelijkbaar met EP-0 610 418 is niet de actuele positie van de meniscus van belang, maar de toename van de kol oml engte. Bij voorkeur is de relatie tussen de vl oei stofkolomlengte en de gemeten lichtintensiteit evenredig. Als de buis waarin de vloei stofkolom zich bevindt wordt belicht, parallel 20 aan de as van de buis, dan reflecteert dat licht op de grenslaag van buismateriaal en het gas in de buis als gevolg van de kleinere optische brekingsindex van dat gas. Als de grenslaag wordt bepaald door het buismateriaal en de vloeistof, dan worden de lichtstralen gebroken of geadsorbeerd. Volgens het Britse octrooi nr. 1,426,824 wordt met de reflectie 25 een hoger contrast bereikt dan wanneer de detectie plaats vindt in de methode waarbij de lichtbron diametraal is geplaatst tegenover de sensor aan de andere zijde van de buis, waarbij de gebroken lichtstralen voor het contrast zorgen om de positie van de meniscus te bepalen. Het probleem van inhomogeniteiten in de lichtspleet, zoals die wordt toegepast 30 in GB-1,426,824, wordt in US-A-5,333,497 verholpen door de toepassing van een diffusor in de lichtspleet.

101 8I4 8 10

Het grote voordeel van het gebruik van gereflecteerde stralen is echter dat de relatie tussen de kolomlengte en de hoeveelheid licht, dat gereflecteerd wordt, evenredig is.

Bij op doorzicht werkende systemen wordt de bepaling 5 van de positie van de meniscus bemoeilijkt door de parallax van de breedte van de buis. Verschillende delen van de meniscus vangen de lichtstralen af afhankelijk van de’positie van de meniscus ten opzichte van de positie van de sensor. Bovendien reflecteert de meniscus gedurende zijn positieverandering telkens een andere hoeveelheid licht. Bij gebruik van 10 de reflectie op de buis-gas overgang wordt altijd hetzelfde deel van de meniscus gebruikt om de overgang van gas naar vloeistof te kunnen bepalen, zoals te zien is in fig. 2.

Door gebruik te maken van de reflectie kan de vloeistof kol oml engte derhalve worden gemeten met behulp van een enkele sensor 15 17, die de stralingsintensiteit meet, en waarbij eventueel ook een enkele stralingspuntbron 19 (L) de buis 1 kan belichten, in plaats van een lijnbron. De bovenste elektro-magnetische stralen 13 gaan, in het met vloeistof gevulde deel 2 van de buis 1 (eventueel gebroken) rechtdoor, als doorgelaten straling 14. De onderste stralen 15 reflecteren op de buis-20 gas materiaal overgang 16 in het nog niet met vloeistof gevulde deel 22 van de buis, waarbij de sensor 17 de totale intensiteit van de gereflecteerde stralen, die binnen haar gezichtsveld vallen, waarneemt. Als gevolg van de cilinderspiegel optiek van de gekromde buiswand ontstaat, bij de belichting van de buis, een gereflecteerde lichtlijn 16, waarvan 25 de breedte h afhankelijk is van de kromming parallel aan de as van de buis en de positie van de puntbron 19 ten opzichte van de sensor 17. Doordat deze breedte h constant blijft binnen het bereik van de vloeistof kol oml engte is alleen de lengte H van de lichtlijn 16 bepalend voor het voortschrijden van de meniscus 18 in de richting van uitstroomopening 30 lb.

1018148 11

Vloeistofstroomregeling met torsieklep en torsiepomp

Een volgend onderdeel van de uitvinding is een inrichting voor het instellen van de doorstroomopening van een flexibele buis door middel van vervorming ten behoeve van het doseren van een medium, 5 welke buis een instroom- en uitstroomopening bezit.

Een vloei stofstroom kan op twee manieren worden geregeld: te weten door variatie van de druk over een stromingsweerstand voor die vloei stofstroom of door variatie van de stromingsweerstand bij gelijkblijvende druk op die stromingsweerstand. De laatste methode wordt 10 gebruikt bij de gewone waterkraan. Vooral bij kleine vloei stofstromen heeft deze methode een lage resolutie en beperkte instel baarheid. Voor een verbetering van de resolutie wordt daarom een slang waardoor de vloeistof stroomt meer of minder dichtgeknepen. Een voorbeeld van een dergelijke weerstand is de regelaar in infuussystemen, waarbij de ver-15 pleegkundige met een wieltje in een taps toelopende spleet, evenwijdig aan de as van de slang of flexibele buis, de doorstroomopeni ng in de slang kleiner maakt. Ook deze regelmethode van de doorstroomopening is nog te grof in relatie tot de hierboven beschreven uitvinding.

Overeenkomstig de uitvinding wordt de verkleining van 20 de doorstroomopening niet verkregen door direct loodrecht op de vloei stof stroom en as van de slang een kracht uit te oefenen maar door het vervormen van de flexibele buis om een as nagenoeg parallel aan de stro-mingsrichting van het door de flexibele buis stromende medium. In het bijzonder kan de inrichting torsiemiddelen omvatten, waarin de flexibele 25 buis opneembaar is en welke middelen draaibaar om de betreffende as zijn en in bedrijf de buis torderen. Door het verwringen of torderen van de slang vouwt de slang zich dicht waardoor over de lengte van de torderende verwringing de doorstroomopening wordt verkleind en derhalve de stromingsweerstand verhoogd. Een dergelijke instelling van de doorstroom-30 opening heeft ook een groot bereik door de mogelijkheid om de slang vele malen rond haar as rond te draaien, zelfs totdat de doorstroom volkomen 1018148 12 geblokkeerd is.

Een afsluiter volgens de stand van de techniek, bijvoorbeeld een waterkraan of het in de vorige paragraaf besproken infuus-systeem, die loodrecht op de as van de slang de slang dichtdrukken, 5 hebben slechts de diameter van de slang als bereik en vereisen daardoor een dure precieze constructie om een vergelijkbare resolutie c.q. instel-baarheid te verkrijgen.

In fig. 3 wordt een uitvoering van een inrichting volgens de uitvinding getoond. Aan de einden 30a en 30b van een houder 30 10 wordt een slang 31 tussen gleuven 32a resp. 32b enigszins samengedrukt en door blokkeringen 34a en 34b in de gleuven verankerd. Deze gleuven sluiten de slang niet af, maar klemmen de slang voldoende vast. Houder 30 is voorts voorzien van een derde steun 30c voorzien van een sleuf 32c, waarin een draaibare schijf of torsie-element 35 is opgesloten. Schijf 35 15 is eveneens voorzien van een sleuf 35a, welke door verdraaiing van de schijf 35 in steun 30c kan samenvallen met sleuf 32c voor het opnemen van het slangdeel 41. Door het verdraaien van de schijf 35 wordt de slang 31 verwrongen of getordeerd om een as nagenoeg parallel aan de stromings-richting van de vloeistof. Door het verwringen van de slang 31 wordt de 20 slang platgedrukt en neemt de doorstroomopening af. Met de blokkering 36 kan de schijf 35 vastgezet worden, zodat een bepaalde ingestelde door-stroomweerstand kan worden gehandhaafd.

In een andere voorkeursuitvoering wordt de slang 31 rondom een centrale as gewikkeld. Een dergelijke constructie geeft een 25 betere reproduceerbaarheid en mogelijkheden om via een centrale as de uiteinden van de houder star met elkaar te verbinden.

Door het wringeffect wordt ook vloeistof uit de slang 31 ter plaatse van het torderen verdreven. Met een cascade van wringende delen kan met dit principe ook een peristaltische pomp worden gereali-30 seerd. Het pompprincipe wordt in fig. 3 aanschouwelijk gemaakt. Met gebruik van kleppen 37a en 37b, die de slang 31 helemaal kunnen dicht- 1 018148 13 klemmen, aan de einden 30a en 30b van de houder 30 worden beurtelings de in- en uitstroomopening 31a resp. 31b van de slang 31 geopend en gesloten. Als de klep 37a is geopend, terwijl de klep 37b is gesloten, en de slang niet is verwrongen, wordt de slang 31 gevuld. Na het sluiten van de 5 klep 37a en het openen van de klep 37b wordt met het verwringen door schijf 35 de inhoud van de slang naar de uitstroomopening 31b geperst. In verwrongen toestand wordt de klep 37b weer gesloten en de klep 37a geopend, zodat, met het terugdraaien van schijf 35 en het terugdraaien van de verwrongen slang, de slang 31 zich weer kan vullen. Dit geeft een 10 peristaltische pompwerking. Met twee parallel, in tegenfase, werkende torsiepompen wordt evenwel een continue vloei stofstroom opgewekt.

Toepassingen

In een tweetal toepassingen worden de onderdelen van 15 de uitvinding toegelicht.

Passief infuussysteem

In normale, door de zwaartekracht aangedreven, infuus-systemen wordt de vloei stofstroom geregeld door een regelbare doorstroom-20 weerstand en beoordeelt de verpleegkundige de vloei stofstroom met een zogenaamde druppel kamer, waarin de vallende druppels worden geteld. In navolging van de uitvinding wordt deze druppel kamer, zoals te zien is in fig. 4, vervangen door een buiskamer 43 waarin een buis 1 (analoog aan figuur le) zichtbaar is met een kleine opening 4 met restrictie 10 in de 25 buiswand. In een dergelijke kamer zijn de druppels dus vervangen door een bepaalde hoeveelheid vloeistof, die in het buisje kan worden vastgehouden zolang de oppervlaktespanning in de opening 4 toereikend is.

Figuur 4 toont een buiskamer 43 met aan de bovenzijde een buis 1 die verbonden is met een slang 31 aan een vloei stof reservoir 30 40, die geplaatst is boven de complete infuusset om de hydrostatische druk op het systeem te genereren, daarbij gebruik makend van de zwaarte- 1018148 14 kracht. Aan de bovenzijde van de buis 1 is een opening 4 zichtbaar. Zoals hiervoor reeds beschreven conform figuren la-le breekt ter plaatse van de opening 4 de vloei stof kol om 2 als de hydrostatische druk in de buis 1 groter is dan de oppervlaktespanning van de vloeistof in de opening. In 5 de figuur is een kleine aangroeiende luchtbel 5 in de opening 4 zichtbaar. De vloeistof in de buis geeft een bolle meniscus aan de onderzijde van de vloei stofkol om 2 en de vloei stofsegmenten 11. De holle meniscus aan de bovenzijde van de vloei stofsegmenten 11 wordt veroorzaakt door de hydrostatische onderdruk op die plaats als gevolg van het gewicht van de 10 vloeistof onder deze meniscus. Een gasinlaatweerstand 10 tussen de opening 4 en de omgeving verlaagt de snelheid waarmee de eerder losgekomen vloei stofsegmenten 11 naar de uitstroomopening lb kunnen verplaatsen. Deze snelheid wordt bepaald door het totale gewicht van alle segmenten en de eventueel onder aan de buis hangende druppel 7 tezamen in combinatie 15 met de instroomsnelheid van het omringende gas, beperkt door de inlaat-weerstand 10 die wordt gegeven door het Reynoldsnummer Re, zolang als de opening 4 niet opnieuw wordt bedekt door de nieuwe vloei stofkol om 2.

Zodra de nieuwe kolom opnieuw de opening 4 afdekt, zoals het geval is in figuur 4 (en figuur le), wordt de snelheid waarmee 20 de segmenten in de buis verplaatsen bepaald door de vloei stofstroom zelf. Deze vloei stofstroom wordt geregeld met de torsie weerstand/klep 30 in de infuusslang 31. In deze klep zijn drie segmenten 30a, 30b en 35 zichtbaar. Het centrale segment 35 kan roteren ten opzichte van de buitenseg menten 30a en 30b, die star aan elkaar verbonden zijn en vastgehouden 25 door een stopper 36 die een vrije vloei stof stroom naar de schematisch weergegeven patiënt 46 moet voorkomen. Deze zogenaamde "free flow" is altijd een groot risico bij het infuseren, zoals tot nu toe wordt gedaan in de huidige praktijk, als het daarbij gebruikte wieltje losraakt.

In het midden van segment 35 en aan de buitenzijde van 30 segmenten 3oa en 30b drukken gleuven 32a, 32b en 35a de slang 31 een klein beetje plat om er greep op te krijgen voor het torderen van de 1 018148 15 slang. Deze gleuven sluiten de slang zelf niet af. De slang wordt in de gleuven 32a en 32b zelf opgesloten door de sluitingen 34a en 34b (zie figuur 3). De gebalanceerde verdraaiing van segment 35 ten opzichte van de segmenten 30a en 30b zorgt ervoor dat alleen het slangdeel 41 in de 5 klep 30 wordt getordeerd en niet erbuiten. Door steeds verder te draaien kan uiteindelijk de slang geheel worden gesloten, daarbij de doorstroming volledig blokkerend. Deze infusieset kan de huidige gebruikte sets, die gebruikmaken van de zwaartekracht, vervangen met een hogere nauwkeurigheid en een grotere veiligheid. De set kan ook worden gebruikt in een 10 nieuw type infuuspomp.

Actief infuussysteem

Figuur 5 toont een infuussysteem op basis van de hierboven beschreven infusieset waarin zichtbaar is een huiskamer 43 met 15 aan de top de meetbuis 1. De meetbuis is verbonden via een slang 31 met een vloei stofreservoir 40. De slang 31 wordt geleid door een vloeistof-stroomweerstandsregelaar 30, waarin de doorstroomweerstand wordt geregeld op basis van verwringing van de slang, bekend van figuur 3 en 4. In een geïntegreerde meeteenheid 50 (zie hiervoor ook figuur 2) wordt de buis 20 belicht met elektro-magnetische straling en de toename van de vloeistof-kolom 2 gedetecteerd. De lengte van de vloei stofkol om 2 wordt gedetecteerd door de lichtintensiteitgevoelige sensor 17 (figuur 2) in de eenheid 50 die de intensiteit meet van de elektro-magnetische straling 15 (zie figuur 2) van een stralingsbron 19 (zie figuur 2), dat reflecteert 25 op de binnenwand van de buis 1 over de lengte 16 (zie figuur 2) waar nog geen vloeistof 2 aanwezig is. De verandering in tijd in de output van de sensor 17, bijvoorbeeld een spannings- of een frequentie-signaal, is een maat voor de vloei stofstroom, die cyclisch de hoeveelheid gereflecteerde straling 15 verkleint.

30 De maximale grootte van de vloei stof kol om 2 van elke cyclus wordt beperkt door de vloeistof aantrekkende eigenschap van het 1018 1 48 16 materiaal 8 nabij de uitstroomopening lb van de meetbuis 1. De vloeistof wordt hierdoor in gelijke hoeveelheden gedeponeerd in de vloei stofopvang 44 van de kamer 43 waarna deze doorstroomt naar de schematische patiënt 46. De waarde van de vloei stofstroom wordt op een display 51 zichtbaar 5 gemaakt. Door de gemeten waarde te vergelijken met de gewenste waarde kan een elektrisch signaal door de verbinding 52 naar de regelaar c.q. aansturing 53 worden gestuurd'om de vloei stofstroom constant te houden op de ingestelde en gewenste waarde. Hiertoe wordt het centrale segment 35 van de torsieklep 30 bediend door een aandrijving (b.v. motor) 53 waarvan het 10 wieltje 54 segment 35 kan laten verdraaien. Doordat de slang 31 in de segmenten 3oa en 30b aan weerszijden van het segment 35 wordt vastgehouden verwringt het slangdeel 41, zoals hiervoor reeds beschreven. Hierdoor wordt de stromingsweerstand bij geregeld om de waarde van de gewenste vloeistofstroom te behouden.

15 Optioneel kan in de meetunit 50, zoals te zien is in figuur 6, een klep, voor het openen van de opening 4 in de meetbuis 1 om daarmee een bepaalde vloeistofkolomlengte 2 af te regelen, worden geïntegreerd. Dan wordt het onderste deel van de meetbuis 2 afgeschermd voor het reflecteren van licht met een afscherming 55, waardoor de intensi-20 teitsensor 17 de maximale en minimale intensiteitwaarden van het gereflecteerde licht 15 kan relateren aan de maximale lengte van de niet afgeschermde vloei stof kol om 2. Het meetsysteem kan ook op deze wijze worden gekalibreerd, anders dan met de vaste kolomlengte die wordt bepaald door de positie van het vloeistof aantrekkende materiaal 8 nabij de 25 uitstroomopening lb van de meetbuis 1, zoals in figuur 5. Zodra de output van de meeteenheid 50 de uiterste waarde meet, als maat voor het moment dat de maximale kol oml engte is bereikt, dan wordt de klep 6 (zie figuur lc) in de opening 4 geopend waardoor de vloei stof kol om 2 af breekt, als vloei stof segment 11. Met de gemeten waarde, die een maat is voor de 30 vloeistofstroom kan in plaats van de regeling van de doorstroomweerstand van figuur 5 een vloei stofpomp worden geregeld.

1 0 1 81 48 17

In figuur 6 is een pomp op basis van het verwringen van een slang 31 zichtbaar die via een verbinding 52, komend van de meeteenheid 50 wordt aangestuurd. In figuur 6 is de situatie geschetst dat de benedenstroomse klep 37b de slang niet dichtdrukt, terwijl de 5 aandrijving 53 met het wiel 54 het centrale roterende segment 35 van de pomp laat draaien waardoor het slangdeel 41 verwringt en zo de vloeistof, die zich in dat deel van de slang aanwezig is, verdringt in de richting van de meetkamer 43, omdat de bovenstroomse klep 37a, in tegenfase aan klep 37b, de slang richting reservoir 40 afsluit. Na het sluiten van klep 10 37b en het tegelijkertijd openen van klep 37a via de om het vaste punt 56a draaiende hefboom 56 wordt het verwrongen slangdeel 41 teruggedraaid zodat het oorspronkelijke volume van de slang weer volloopt met vloeistof uit reservoir 40. Na het sluiten van klep 37a en het openen van klep 37b kan de cyclus weer opnieuw de vloeistof richting meetkamer 43 verdrijven. 15 Dit resulteert in een peristaltische pompwerking. Door twee pompen parallel te plaatsen kan een constante vloei stofstroom worden gegenereerd.

Eén van de kleppen 37a of 37b kan op verschillende wijzen, bijvoorbeeld met behulp van perslucht of een solenoïde-aandrij-ving, geopend en gesloten worden, waarbij de hefboom 56 de andere klep 20 sluit dan wel opent.

Alle onderdelen van de hierboven beschreven infusieset zijn compatibel met de steriliteiteisen voor patiëntgebonden producten en wijken alleen af van de gewone druppel kamer door het vervangen van de druppel uitstroomopening door een meetbuisje. De productieprijs is verge-25 lijkbaar met het huidige type sets. De nauwkeurigheid en veiligheid zijn groter. De infuuspomp die deze set kan gebruiken is evenwel zeer veel goedkoper, nauwkeuriger en intrinsiek veiliger dan alle bestaande infuuspompen.

30 Andere applicaties

Met de bovenbeschreven uitvinding kunnen vele soorten 1 0 1 81 48 18 apparaten worden geproduceerd zoals: vloei stofstroommeters om andere systemen te testen, automatisch afmeten van de hoeveelheid siroop in frisdrankenautomaten, apparatuur om de urireproductie van patiënten te bewaken en het doseren van reagens in systemen waar doorgaans pipetten 5 worden gebruikt.

1 o 18148

Claims

1. Inrichting voor het meten van een vloei stofstroom door een buis, welke buis een instroom- en een, onder de instroomzijde geplaatste, 5 uitstroomzijde bezit en met de vloeistof wordt gevuld, waardoor een vloei stof kol om in de buis ontstaat, met het kenmerk, dat het opmeten van de lengte-verandering van de aangroeiende vloei stof kol om in de tijd een maat is voor de vloei stofstroom.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 10 buis nabij zijn instroomopening is voorzien van een opening, welke de binnen-zijde van de buis verbindt met de buitenomgeving, zodanig dat de oppervlaktespanning van de vloeistof in de opening evenwicht zoekt met de hydrostatische druk van het gewicht van de onder de opening bevindende vloei stofkol om en waarbij na het verbreken van dit evenwicht de lengte 15 van de dan ontstane vrije vloei stof kol om een maat is voor de vrijgekomen vloei stofhoeveel hei d.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de opening is voorzien van een restrictie voor het, na het verbreken van het evenwicht, regelen van de instroming van gas vanuit de buitenomgeving.

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de opening afsluitbaar is, bijvoorbeeld door middel van een klep.

5. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de binnenzijde van de buis nabij zijn uitstroomopening is voorzien van vloeistof aantrekkend materiaal voor het begrenzen van de 25 vloei stofkol om tot een bepaalde lengte.

6. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de buisdiameter in de richting van de uit-stroomopening toeneemt, zodanig dat de oppervlaktespanning van de vloeistof onder in de vloei stof kol om evenwicht zoekt met de adhesie van de 30 vloeistof aan de buiswand, waarna bij een zekere diameter dit evenwicht verbreekt en vloeistof langs de wand kan wegstromen, totdat ter plaatse - 1018148 * van een boven de positie van het evenwicht gelegen positie in de buis de oppervlaktespanning van de vloeistof groter is dan de cohesiekracht tussen de vloeistof en de buiswand en waarbij na het verbreken van het evenwicht de dan ontstane vrije vloei stof kol om een maat is voor de vrij-5 gekomen vloei stofhoeveel heid en aan de nieuwe neerwaarts groeiende vloeistof kol om de vloeistofstroom weer kan worden gemeten.

7. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de buis transparant is uitgevoerd, met het kenmerk, dat naast de buis één sensor is opgesteld, waarop, op de buis en de vloei- 10 stofkol om gerichte elektro-magnetische straling reflecteert, waarvan de reflectie een maat is voor de kolomlengte van de vloeistof in de buis.

8. Inrichting voor het instellen van de doorstroomopening van een flexibele buis door middel van vervorming ten behoeve van het doseren van een medium, welke buis een instroom- en uitstroomopening bezit, 15 gekenmerkt door het vervormen van de flexibele buis om een as nagenoeg parallel aan de stromingsrichting van het door de flexibele buis stromende medium.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de inrichting torsiemiddelen omvat, waarin de flexibele buis opneembaar is 20 en welke middelen draaibaar om de betreffende as zijn en in bedrijf de buis torderen.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de inrichting twee aan weerszijden van de torsiemiddelen geplaatste steun-middelen omvat, waarin de flexibele buis klemmend in opneembaar is.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de steunmiddelen een sleuf omvatten voor het opnemen van de flexibele buis.

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de sleuf met behulp van een pal afsluitbaar is.

13. Inrichting volgens conclusie 11 of 12, met het kenmerk, dat 30 de steunmiddelen voorts een pen omvatten voor het ter plaatse dichtdrukken van de flexibele buis. 1 0 1 81 48 ψ

14. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de torsiemiddelen mede een draaibaar torsie-element omvatten, welke een sleuf bezit voor het opnemen van de flexibele buis.

15. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat het 5 torsie-element met behulp van een pal blokkeerbaar is.

16. Inrichting volgens conclusie 14 of 15, met het kenmerk, dat het torsie-element draaibaar is opgenomen in een van de torsiemiddelen deel uitmakende nok, welke eveneens is voorzien van een sleuf voor het gezamenlijk opnemen van de flexibele buis.

17. Werkwijze voor het doseren van een in een flexibele buis aanwezige hoeveelheid medium, welke buis een instroom- en uitstroom-opening bezit, gekenmerkt door de stappen van het nabij de uitstroomopening dichtdrukken van de door-stroomopening van de flexibele slang, 15 het via de instroomopening in laten stromen van het medium door het detorderen van de slang, het nabij de instroomopening dichtdrukken van de door-stroomopening van de flexibele slang, daarbij een bepaalde hoeveelheid medium insluitend, 20 het openen van de nabij de uitstroomopening dichtgedrukte flexibele slang, en; het torderen van het tussen de in- en uitstroomopening gelegen slangdeel, teneinde de ingesloten hoeveelheid medium via de uitstroomopening 25 uit de flexibele slang te verdringen; waarna de handeling van de bovenstaande stappen kan worden herhaald.

1 O 1 81 48