SE454796B

SE454796B - DOSAGE VALVE FOR EXHAUSTING A SELECTED GAS VOLUME AT SELECTED INTERVALS

Info

Publication number: SE454796B
Application number: SE8202840A
Authority: SE
Inventors: W F Everett; R C Valentine
Original assignee: South Bend Controls Inc
Priority date: 1981-05-11
Filing date: 1982-05-06
Publication date: 1988-05-30
Also published as: FR2505442B1; SE8202840L; CA1153893A; DE3211336A1; FR2505442A1; GB2099110A

Abstract

A metering valve which is particularly advantageous for use in gas mixing devices such as patient ventilators, to accurately control the volume and frequency of gas flow for each gas and to provide a feedback of the actual flow through the valve. A valve (82), actuated by solenoid (164) is connected to the core of a linear variable differential transformer (192). As the valve opens, the core (206) of the transformer (90) moves, causing a change in the output voltage from the transformer. The change in output voltage from the transformer can be interpreted by a microprocessor to discern the actual flow through the valve. Two or more of the metering valves can be used to accurately control the mixture ratios of two or more gases.

Description

15 20 25 30 35 40 i454 796 2 reglera den gasvolym, som passerar vid varje andetag. Dessa tre funktioner har i stor utsträckning utförts medelst sepa- rata, individuella ventilorgan, vilket medför att anordningen - blir relativt stor med många verksamma komponenter och manga potentiella felkällor. På grund av de olika kraven på volym och flöde för utförande av volymstyrd ventilation jämfört med kraven på H.F.P.P.V.-teknikens prestanda, och på grund av de f.n. använda ventilorganens begränsningar, krävs dessutom separata ventilatorer för utförande av varje förfarande. 15 20 25 30 35 40 i454 796 2 regulate the volume of gas that passes with each breath. These three functions have to a large extent been performed by means of separate, individual valve means, which means that the device - becomes relatively large with many active components and many potential sources of error. Due to the different requirements of volume and flow for performing volume-controlled ventilation compared to the requirements of the performance of H.F.P.P.V. technology, and due to the currently using the limitations of the valve means, separate fans are also required to perform each procedure.

Därför krävs väsentliga finansiella investeringar för de olika typerna av ventilatorer. E En ytterligare nackdel hos de kända ventilatorerna är, att ingen noggrann átermatning av den aktuella ventilatorns uteffekt är tillgänglig för att reglera ventilatorns verknings- sätt. Standardventilatorer har vanligtvis styranordningar för val av olika gasblandningsförhâllanden och inandningsmängder samt för val av ett av ett flertal flödesmönster, men ingen noggrann àtermatning av den aktuella uteffekten åstadkommas, och uteffektens flödesmönster är begränsat till endast de fåtal speciella mönster, som har gjorts tillgängliga på ventila- torn. De flesta ventilatorer har mycket liten flexibilitet be- träffande flödesmönstret och flödesmängden.Therefore, significant financial investments are required for the different types of fans. A further disadvantage of the known fans is that no accurate feedback of the output power of the current fan is available to regulate the mode of operation of the fan. Standard fans usually have control devices for selecting different gas mixing ratios and inhalation amounts as well as for selecting one of a plurality of flow patterns, but no accurate feedback of the current output is achieved, and the output pattern is limited to only the few special patterns made available on valves. tower. Most fans have very little flexibility regarding the flow pattern and the flow rate.

Ett av huvudändamàlen med föreliggande uppfinning är där- för att åstadkomma en doseringsventil, som i en enda kompakt ventil kombinerar reglering av gasblandningsförhàllandet, styr- ning av den utgående volymen av blandgas, samt de funktioner, som bestämmer uteffektmönstret, och kan alstra en korresponde- rande flödesmängd för en godtycklig signalvàgform.One of the main objects of the present invention is therefore to provide a metering valve which in a single compact valve combines control of the gas mixing ratio, control of the outgoing volume of mixed gas, and the functions which determine the output power pattern, and can produce a corresponding flow rate for an arbitrary signal waveform.

Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en blandnings- och doseringsventil, som är speciellt fördelaktig att använda i ventilationsanordningar för sjuka patienter, och som kan användas både för volymstyrd ventilation och högfrekvent övertrycksventilation av en patient.Another object of the present invention is to provide a mixing and dosing valve which is particularly advantageous to use in ventilating devices for sick patients, and which can be used for both volume-controlled ventilation and high-frequency overpressure ventilation of a patient.

Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en blandnings- och doseringsventil, som åstadkommer ett organ för avkänning och bestämning av ventilens aktuella ut- effekt för omvärdering och ändring av uteffekten under näst- följande uteffektfas om så erfordras, och som eliminerar icke g önskvärd förflyttning av ventilelementet, som ástadkommes av fluktuationer i inlopps- och/eller utloppstryck i ventilen. 10 15 20 25 35 40 454 796 .Ytterligare ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en doseríngsventil, som kan användas individu- ellt för att styra volymen och frekvensen av flödet av en gas, och som kan användas i kombination med en annan doserings- ventil för att styra flödesfrekvensen och volymen av bland- ningen av två eller flera gaser i en anordning..Another object of the present invention is to provide a mixing and dosing valve which provides a means for sensing and determining the current output power of the valve for re-evaluating and changing the output power during the next output power phase if necessary, and which does not eliminate desired movement of the valve element, which is caused by fluctuations in inlet and / or outlet pressure in the valve. Yet another object of the present invention is to provide a metering valve which can be used individually to control the volume and frequency of the flow of a gas and which can be used in combination with another metering unit. valve to control the flow rate and volume of the mixture of two or more gases in one device.

Dessa och andra ändamål uppnås enligt föreliggande upp- finning genom att åstadkomma en proportionellt styrd ventil, som är förbunden med ett organ för bestämmande av ventilele- mentets aktuella läge, t.ex. en linjärvariabel differential- omformare. I det föredragna utförandet har den proportionellt styrda ventilen ett obegränsat antal verksamma lägen inom dess verksamhetsområde, och kan verksamt förbindas med en mikro- processor för styrning av den frekvens och den sträcka, som ventilen öppnar, och som därigenom reglerar den gasvolym, som passerar genom ventilen, och frekvensen och mönstret av gas- utflödet. Den proportionellt styrda ventilen innefattar ett ventilelement, med vilket en axel är förbunden, och ett solenoid- aggregat innefattande en spole, som upptager elektrisk ineffekt, vilken åstadkommer ett elektromagnetiskt fält, som förflyttar axeln och öppnar ventilen. Frekvensen och volymen av gasut- strömningen styres genom reglering av den elektriska ineffekten till solenoidaggregatet och det elektromagnetiska fältet, som därvid alstras. Axeln är förbunden med den linjärvariabla diffe- rentialomformarens kärna och förflyttar kärnan i relation till clementets förflyttning. Kärnans förflyttning i differential- omformaren åstadkommer ändringar av utspänningen från diffe- rentialomformaren, vilka kan analyseras medelst konventionella mikroprocessorer för att bestämma ventílens aktuella uteffekt.These and other objects are achieved according to the present invention by providing a proportionally controlled valve, which is connected to a means for determining the current position of the valve element, e.g. a linear variable differential converter. In the preferred embodiment, the proportionally controlled valve has an unlimited number of operating positions within its operating range, and can be operatively connected to a microprocessor for controlling the frequency and distance that the valve opens, thereby regulating the volume of gas passing through the valve, and the frequency and pattern of the gas outflow. The proportionally controlled valve comprises a valve element, to which a shaft is connected, and a solenoid assembly comprising a coil which absorbs electric input power, which provides an electromagnetic field which moves the shaft and opens the valve. The frequency and volume of the gas outflow are controlled by regulating the electrical input power to the solenoid unit and the electromagnetic field, which is thereby generated. The shaft is connected to the core of the linearly variable differential converter and moves the core in relation to the movement of the clement. The movement of the core in the differential converter causes changes in the output voltage from the differential converter, which can be analyzed by means of conventional microprocessors to determine the current output power of the valve.

Membran i ventilen utbalanserar trycken-på motsatta sidor av ventilelementet, så att fluktuationer i inlopps- och/eller utloppstrycken icke åstadkommer förflyttning av elementet.Diaphragms in the valve balance the pressures on opposite sides of the valve element, so that fluctuations in the inlet and / or outlet pressures do not cause movement of the element.

Två eller flera doseringsventíler kan sammankopplas för att åstadkomma olika blandningar vid godtycklig önskad volym och frekvens inom ventílernas verksamhetsområden.Two or more metering valves can be interconnected to produce different mixtures at any desired volume and frequency within the operating ranges of the valves.

Uppfínningen beskrives närmare i det följande med hänvis- ning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 visar en perspek- tivvy av ett blandnings- och doseringsventílaggregat för an- vändning i en ventilator; fig. 2 visar en perspektivvy av blandníngs- och doseringsventílaggregatet med dess kåpa av- 10 15 Z0 25 30 35 40 4§g_79e 4 lägsnad, så att de båda blandningsventilenheterna däri är syn- liga; fig. 3 visar en planvy av blandnings-doseringsventil- , aggregatet i fig. 1, varvid vissa av de dolda komponenterna är visade medelst streckade linjer; fig. 4 visar en sidovy av blandnings- och doseringsventilaggregatet i fig. 1, varvid likaledes vissa av de dolda komponenterna är visade medelst streckade linjer; fig. 5 visar i större skala en sektion efter 5-5 i fíg. 3.The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a perspective view of a mixing and dosing valve assembly for use in a fan; Fig. 2 shows a perspective view of the mixing and dosing valve assembly with its cover removed, so that the two mixing valve units therein are visible; Fig. 3 shows a plan view of the mixing-dosing valve assembly of Fig. 1, some of the hidden components being shown by broken lines; Fig. 4 shows a side view of the mixing and dosing valve assembly of Fig. 1, likewise some of the hidden components are shown by broken lines; Fig. 5 shows on a larger scale a section after 5-5 in fig. 3.

I det följande beskrives den föredragna utföringsformen.In the following, the preferred embodiment is described.

I fíg. 1 visar hänvisningsbeteckningen 10 ett blandnings- och doseringsventilaggregat, som är lämpligt för användning i en patientventilator. Blandnings- och doseringsventilaggregatet innefattar ett ventilhus 12, som har ett inlopp 14 för syre, ett luftinlopp 16, och ett utlopp 18 för en blandgas. Eloxide- rade aluminiumlegeringar är lämpliga material för ventilhuset 12, men även andra lämpliga material kan användas. En syre- doseringsventil 20 reglerar syreflödet mellan syreinloppet 14 och blandgasutloppet 18, och en luftdoseríngsventil 22 regle- rar luftflödet mellan luftinloppet 16 och blandgasutloppet 18.I fig. 1, reference numeral 10 denotes a mixing and dosing valve assembly suitable for use in a patient ventilator. The mixing and dosing valve assembly comprises a valve housing 12, which has an inlet 14 for oxygen, an air inlet 16, and an outlet 18 for a mixing gas. Anodized aluminum alloys are suitable materials for the valve body 12, but other suitable materials can also be used. An oxygen metering valve 20 regulates the oxygen flow between the oxygen inlet 14 and the mixed gas outlet 18, and an air metering valve 22 regulates the air flow between the air inlet 16 and the mixed gas outlet 18.

Ett inlopp 24 för syre under tryck, och ett tryckluftinlopp 26 är anordnade i ventilhuset 12, som även har ett tryckutlopp 28. Syredoseringsventilen 20 och luftdoseringsventilen 22 är lika utförda och utför liknande funktioner för reglering av flödet av gaserna mellan dess inlopp och blandgasutloppet.An inlet 24 for oxygen under pressure, and a compressed air inlet 26 are arranged in the valve housing 12, which also has a pressure outlet 28. The oxygen dosing valve 20 and the air dosing valve 22 are of equal design and perform similar functions for regulating the flow of gases between its inlet and the mixed gas outlet.

Det är givet, att en doseringsventil kan användas separat för att åstadkomma ett på förhand bestämt flöde av en gas i god- tyckligt vald vågform. I en anordning, som har flera än tvâ gasinlopp, kan tre eller flera doseringsventiler användas för att åstadkomma ett beräknat volymflöde av varje gas vid en på förhand bestämd frekvens och i godtyckligt vågformmönster för att åstadkomma olika blandningar av de olika gaserna.It is a given that a dosing valve can be used separately to achieve a predetermined flow of a gas in any chosen waveform. In a device having more than two gas inlets, three or more metering valves may be used to provide a calculated volume flow of each gas at a predetermined frequency and in any waveform pattern to produce different mixtures of the different gases.

Den på ritningarna visade utföringsformen med tvâ doserings- ventiler utgör endast ett exempel på en fördelaktig användning av doseringsventilen enligt uppfinningen.The embodiment shown in the drawings with two dosing valves is only an example of an advantageous use of the dosing valve according to the invention.

Doseringsventilerna 20 och 22 är medelst kabelknippen 30 och 32 förbundna med elektriska kontaktdon 34, 36, 38 och 40, som är anbragta på en hållare 42. Hållaren kan vara utförd av rostfritt stål, aluminium, eller liknande, och är förbunden med ventilhuset 12 medelst skruvar 44, 46, 48 och 50. En kåpa 52 innosluter doseringsventilcrna och hâllaren och har hål S4, 10 15 20 25 40 454 796 S6, S8 och 60, genom vilka kontaktdonen 34, 36, 38 och 40 sträcker sig, när kåpan är anbragt på sin plats på ventil- huset 12. Kåpan kan vara utförd av en akryltermoplast, t.ex. metylmetakrylat, eller annat lämpligt material, och fast- hålles på ventilhuset 12 medelst skruvar 62, 64, 66 och 68.The metering valves 20 and 22 are connected by means of cable bundles 30 and 32 to electrical connectors 34, 36, 38 and 40, which are arranged on a holder 42. The holder may be made of stainless steel, aluminum, or the like, and is connected to the valve housing 12 by means of screws 44, 46, 48 and 50. A cover 52 encloses the metering valves and the holder and has holes S4, 10 20 20 40 40 454 796 S6, S8 and 60, through which the connectors 34, 36, 38 and 40 extend, when the cover is placed in place on the valve housing 12. The cover may be made of an acrylic thermoplastic, e.g. methyl methacrylate, or other suitable material, and is secured to the valve body 12 by means of screws 62, 64, 66 and 68.

Det är givet, att formen av ventilhuset 12 och kåpan 52, samt läget och orienteringen av de olika inloppen och utloppen, samt även de elektriska kontaktdonen, kan ändras, och arrange- manget av de komponenter, som visas på rítningarna, utgör endast ett lämpligt arrangemang.It is a given that the shape of the valve housing 12 and the housing 52, as well as the position and orientation of the various inlets and outlets, as well as the electrical connectors, can be changed, and the arrangement of the components shown in the drawings is only a suitable arrangement.

Såsom ovan nämnts, är syredoseringsventílen 20 och luft- doseringsventílen 22 utförda på samma sätt, och den följande beskrivningen av syredoseringsventilen 20 är även tillämplig pâ luftdoseringsventilen 22. Syredoseringsventilen beskrives närmare i det följande med hänvisning speciellt till fíg. S, och de komponenter i luftdoseringsventilen 22, som korresponde- rar med syredoseringsventílens 20 komponenter, har samma hän- vísníngsbeteckningar som komponenterna i syredoseringsventilen men är försedda med primtecken.As mentioned above, the oxygen metering valve 20 and the air metering valve 22 are made in the same manner, and the following description of the oxygen metering valve 20 is also applicable to the air metering valve 22. The oxygen metering valve is described in more detail below with particular reference to Figs. S, and the components of the air dosing valve 22 which correspond to the components of the oxygen dosing valve 20 have the same reference numerals as the components of the oxygen dosing valve but are provided with prime characters.

Syredoseringsventilen 20 innefattar ett ventilaggregat 80, manövrerat medelst en proportíonerande solenoid, vilket innefattar ett ventilelement eller tätningsaggregat 82, som är verksamt mellan passager 84 och 86 i ändamål att reglera syreflödet mellan syreinloppet 14 och blandgasutloppet 18, samt ett proportionerande solenoidaggregat 88 anordnat att förflytta elementet 82 för att öppna och stänga passagen.The oxygen metering valve 20 includes a valve assembly 80, actuated by a proportioning solenoid, which includes a valve member or sealing assembly 82 which is operative between passages 84 and 86 for the purpose of controlling the oxygen flow between the oxygen inlet 14 and the mixing gas outlet 18, and a proportioning solenoid member assembly 82 to open and close the passage.

Ventilaggregatct 80 är verksamt förbundet med ett linjär- variabelt differentíalomformaraggregat (L.V.D.T.) 90, som av- ger cn utspänningssígnal, som kan behandlas medelst en mikro- processor för att analysera läget av elementet 82 och därigenom volymen och frekvensen av syreöverförseln mellan syreinloppet 14 och blandgasutloppet 18.The valve assembly 80 is operatively connected to a linear variable differential converter assembly (LVDT) 90, which emits an output signal which can be processed by a microprocessor to analyze the position of the element 82 and thereby the volume and frequency of the oxygen outlet 14 between the oxygen outlet and the oxygen outlet. 18.

Elementet 82 innefattar en ventiltätning 92, som kan bringas till anliggning mot ett säte 94 i passagen 84 i ända- mål att hindra syreflöde från passagen 84 till passagen 86.The element 82 comprises a valve seal 92, which can be brought into abutment against a seat 94 in the passage 84 for the purpose of preventing oxygen flow from the passage 84 to the passage 86.

Ventiltätníngen 92 är anbragt på en venti1bricka*96, som är förbunden med en axel 98, som sträcker sig genom solenoídaggre- gatet 88, och är förbunden med L.V.D.T.-aggregatet 90, såsom närmare beskrives i det följande. Ett spindelorgan 100 sträcker sig från elementet 82 i motsatt riktning från axeln 98 och inne- 10 15 20 25 30 35 40 454 796 fattar en spindel 102 i ett öppet rum, som i sin helhet är betecknat med 104, mellan passagen 84 och passagen 86. Rummet 104 i ventilhuset 12 sträcker sig genom den yttre ytan av ventilhuset, och ett lock 106 för öppningen, av liknande mate- rial som i ventilhuset, är förbundet med ventilhuset medelst skruvar 108. Ett membran 110 är anbragt på änden av spindeln 102 och fasthålles på spindeländen medelst en bricka 112 och en skruv 114. Lämpliga syntetmaterial för membranet är silikon eller Dacron. Membranet är anbragt mellan locket 105 och en ansats 116 i ventilhuset 12 och tätar rummet mellan locket och ventilhuset samt även änden av spindeln 102. Membranet utgöres av ett friktionslöst rullmembran, som åstadkommer tryckbalanse- ring av ventilelementet, så att ändringar i utloppstrycket icke påverkar elementets verkningssätt.The valve seal 92 is mounted on a valve washer 96, which is connected to a shaft 98 extending through the solenoid assembly 88, and is connected to the L.V.D.T. assembly 90, as described in more detail below. A spindle member 100 extends from the member 82 in the opposite direction from the shaft 98 and includes a spindle 102 in an open space, designated in its entirety by 104, between the passage 84 and the passage 86. The space 104 in the valve housing 12 extends through the outer surface of the valve housing, and a cover 106 for the opening, of similar material as in the valve housing, is connected to the valve housing by means of screws 108. A diaphragm 110 is arranged on the end of the spindle 102 and is secured to the spindle end by means of a washer 112 and a screw 114. Suitable synthetic materials for the membrane are silicone or Dacron. The diaphragm is arranged between the lid 105 and a shoulder 116 in the valve housing 12 and seals the space between the lid and the valve housing and also the end of the spindle 102. The diaphragm consists of a frictionless roller diaphragm which provides pressure balancing of the valve element so that changes in outlet pressure do not affect the element. mode of action.

Det proportionerande solenoidaggregatet 88 innefattar ett hus 130, som är fastskruvat vid ventilhuset 12 medelst gängor 132 och fäst i huset medelst en ställskruv 134. I huset 130 är anbragt ett främre ringorgan 136, ett bakre ringorgan 138, och en magnet 140 mellan de nämnda ringorganen. Ett spolaggregat 142 är anbragt axiellt i solenoidaggregatet, och ett ankaraggre- gat 144 är anbragt axiellt i spolaggregatet. Axeln 98 sträcker sig genom ankaraggregatet och har ett membran 146 anbragt därpå, som fasthålles mot ventílbríckan 96 medelst en mutter 148.The proportioning solenoid assembly 88 comprises a housing 130, which is screwed to the valve housing 12 by means of threads 132 and fixed in the housing by means of an adjusting screw 134. In the housing 130 a front ring member 136, a rear ring member 138, and a magnet 140 are arranged between said ring members. . A coil assembly 142 is mounted axially in the solenoid assembly, and an anchor assembly 144 is mounted axially in the coil assembly. The shaft 98 extends through the anchor assembly and has a diaphragm 146 mounted thereon which is secured to the valve washer 96 by a nut 148.

Membranet liknar membranet 110 och fasthålles mot en ansats 150 i huset 130 medelst en stoppríng 152. Membranet har samma verk- ningssätt som membranet 110 vid utbalansering av ínloppstryck- krafter. Membranen 146 och 110 utjämnar sålunda tryckkrafterna på motsatta sidor av elementet 82, så att elementets 92 ansätt- ning mot och frígöring från sätet 94 icke påverkas av olika stora tryckkrafter på_motsatta sidor av elementet. 7 Det främre ringorganet 136 innefattar en ring 154 och en fjäder 156, som är anbragt mellan muttern 148 och en ansats 157 på ringen 154. Det bakre ringorganet 138 innefattar en ring 158 och en fjäder 160, som är anbragt mot en ansats 161 på ringen 158. Fjädrarna är utförda av plant härdat fjäderstål, som böjs, när elementet 92 förflyttas bort från sätet 94, och som för- flyttar axeln axiellt i ändamål att återföra elementet till an- liggning mot sätet, när den aktiverande strömtillförseln till solcnoidaggregatet avbrytes. Spolaggregatet 142 innefattar en spolstomme 162, som är lindad med magnetiseringstråd i det rum, IJ 10 20 25 b: G 35 40 454 796 som är betecknat med 164. Trâdarna 166 och 168, som bildar del av kabelknippet 30, sträcker sig från spolaggregatet och kan anslutas till en elektrisk kraftkälla via de nämnda elek- triska kontaktdonen. Ankaraggregatet 144 innefattar ett ankare 170 och en ankarplatta 172, som är anbragt på ankaret och skild från fjädern 156 medelst ett mellanlägg 174. Ankaret 170 är fastskruvat på axeln 98 och åstadkommer axiell förflyttning av axeln som svar på det fält, som alstras av spolaggregatet och magneten, när en elektrisk ström tillföres till spolaggregatet genom trådarna 166 och 168. Genom reglering av det alstrade elektriska fältet kan sålunda elementet 92 förflyttas godtyck- ligt avstånd från sätet 94 inom ventilens verksamma område, och kan fasthållas under godtycklig tid i öppet eller stängt läge. Ventilen kan öppnas snabbt, långsamt, eller i olika steg, och kan fasthållas i godtyckligt delvis öppet eller fullt öppet läge under godtycklig önskvärd tidslängd. Därigenom kan sålunda godtycklig vågform av gasflöde genom ventilen åstadkommas.The diaphragm is similar to the diaphragm 110 and is held against a shoulder 150 in the housing 130 by means of a stop ring 152. The diaphragm has the same mode of action as the diaphragm 110 when balancing inlet compressive forces. The diaphragms 146 and 110 thus equalize the compressive forces on opposite sides of the element 82, so that the abutment of the element 92 against and release from the seat 94 is not affected by different compressive forces on opposite sides of the element. The front ring member 136 includes a ring 154 and a spring 156 disposed between the nut 148 and a shoulder 157 on the ring 154. The rear ring member 138 includes a ring 158 and a spring 160 mounted against a shoulder 161 on the ring 158. The springs are made of flat hardened spring steel, which bends when the element 92 is moved away from the seat 94, and which moves the shaft axially for the purpose of returning the element to abutment against the seat, when the activating power supply to the solenoid assembly is interrupted. The bobbin assembly 142 includes a bobbin body 162 which is wound with magnetizing wire in the space indicated by 164. The wires 166 and 168 forming part of the cable bundle 30 extend from the bobbin assembly and can be connected to an electrical power source via the mentioned electrical connectors. The anchor assembly 144 includes an anchor 170 and an anchor plate 172 mounted on the anchor and separated from the spring 156 by a spacer 174. The anchor 170 is screwed onto the shaft 98 and provides axial movement of the shaft in response to the field generated by the coil assembly and the magnet, when an electric current is supplied to the coil assembly through the wires 166 and 168. Thus, by controlling the generated electric field, the element 92 can be moved any distance from the seat 94 within the operative area of the valve, and can be held for any time in the open or closed position. . The valve can be opened quickly, slowly, or in different steps, and can be held in any partially open or fully open position for any desired length of time. Thereby, any waveform of gas flow through the valve can be achieved.

Det linjärvariabla differentialomformaraggregatet 90 inne- fattar en hållare 190, som är förbunden med ventilaggregatet, och en linjärvariabel dífferentialomformare 192, som är fäst i hållaren medelst en skruv 194. Kablarna för in- och utspänning är i sin helhet betecknade med 196 och bildar del av kabel- kníppet 30, sträcker sig från differentíalomformaren till de elektriska kontaktdonen och kan anslutas till en mikroprocessor, som jämför utspänníngen med inspänníngen och därigenom utvisar ventilens uteffekt. Hållaren har ett flänsparti 198, som sträcker sig från den cylíndriska hållaren till huset 130. Flänsen är anbragt mot änden av ringen 158, och en vågformad bricka 200 är anbragt ovanpå Flänsen 198 och har ett ovanpå denna anbragt mellanlägg 202. Hela differentialomformaraggregatet fasthâlles medelst en stoppring 204, som är anbragt i ett spår i inner- ytan av huset 130.The linear variable differential converter assembly 90 includes a holder 190, which is connected to the valve assembly, and a linear variable differential converter 192, which is fixed in the holder by means of a screw 194. The cables for input and output voltage are designated in their entirety by 196 and form part of the cable bundle 30, extends from the differential converter to the electrical connectors and can be connected to a microprocessor, which compares the output voltage with the input voltage and thereby shows the output power of the valve. The holder has a flange portion 198 extending from the cylindrical holder to the housing 130. The flange is mounted towards the end of the ring 158, and a corrugated washer 200 is mounted on top of the flange 198 and has a spacer 202 disposed thereon. The entire differential transducer assembly is held by a stop ring 204, which is located in a groove in the inner surface of the housing 130.

Den linjärvariabla differentíalomformaren är en konven- tionell apparnt, medelst vilken läget av en axiellt rörlig kärna 206 avkännes genom att jämföra inspänningen med utspänning- en i anordningen. En lämplig typ utgöres av en elektromekanisk omformare, som har en ferromagnetísk kärna och en primärlind- ning och två sekundärlíndningar på en spolstomme. Kärnan är axiellt rörlig och åstadkommer en ändring i den spänning, som índuceras i sekundärlindníngarna, när elektrisk ström tíllföres 10 15 20 25 35 40 454 _7_96 till primärlindningen. Spänningen från utgångsklämmorna är proportionell mot förflyttningen av den axiellt rörliga kärnan.The linearly variable differential converter is a conventional device by which the position of an axially movable core 206 is sensed by comparing the input voltage with the output voltage of the device. A suitable type consists of an electromechanical converter, which has a ferromagnetic core and a primary winding and two secondary windings on a coil body. The core is axially movable and causes a change in the voltage induced in the secondary windings when electric current is applied to the primary winding. The voltage from the output terminals is proportional to the movement of the axially movable core.

Vid användning i föreliggande doseringsventil är omformarens axiellt rörliga kärna förbunden med axeln 98 via en tapp 210.When used in the present metering valve, the axially movable core of the transducer is connected to the shaft 98 via a pin 210.

Vid axiell förflyttning av axeln, när ventilen öppnar och e stänger, förflyttas sålunda omformarens kärna, varvid utspänning- en från omformaren ändras. Ändringarna av utspänníngen kan be- handlas medelst en mikroprocessor, som reglerar verkan av det solenoídstyrda ventilaggregatet, och återmatning av ventilens aktuella uteffekt åstadkommes. Till mikroprocessorn ínmatas data rörande tryck och gasflöde samt läget av ventilelementet 82 för att utvisa uteffekten från ventilen. En mutter 212 är anbragt på axeln 98 på den motsatta sidan av fjädern 160 från tappen 210. Tappen har en ansats 214 på vilken är anbragt en bricka 216. En fjäderhållare 218 är anbragt pä tappen 210 och är förbunden med ett inåt sig sträckande parti 220 av hållaren 190. En fjäder 222 är anbragt mellan hållaren 218 och brickan 216. Tappen glider axiellt i hállaren 218, när axeln 98 för- flyttas axiellt. När ventilen öppnar, varvid elementet 92 för- flyttas bort från sätet 94, förflyttas tappen 210 inåt och mot omformaren, varvid omformarens kärna förflyttas axiellt och åstadkommer en ändring av utspänningen från omformaren.During axial movement of the shaft, when the valve opens and e closes, the core of the converter is thus moved, whereby the output voltage from the converter changes. The changes in the output voltage can be processed by means of a microprocessor, which regulates the action of the solenoid-controlled valve assembly, and feedback of the current output power of the valve is effected. Data relating to pressure and gas flow as well as the position of the valve element 82 are input to the microprocessor to indicate the output power from the valve. A nut 212 is mounted on the shaft 98 on the opposite side of the spring 160 from the pin 210. The pin has a shoulder 214 on which a washer 216 is mounted. A spring holder 218 is mounted on the pin 210 and is connected to an inwardly extending portion 220. of the holder 190. A spring 222 is arranged between the holder 218 and the washer 216. The pin slides axially in the holder 218, when the shaft 98 is moved axially. When the valve opens, moving the element 92 away from the seat 94, the pin 210 moves inward and toward the transducer, moving the core of the transducer axially and causing a change in the output voltage from the transducer.

Luftdoseringsventilen 22 har samma utförande som syre- doseríngsventílen 20, varför en närmare beskrivning därav icke erfordras. För tydlighetens skull har ett flertal av kompo- nenterna i luftdoseringsventilen 22 visats i fig. 5 och försetts med hänvísníngsbeteckningar med primtecken, som motsvarar hän- vísningsbeteckníngarna för komponenterna i syredoseringsventilen 20. En passage 230 från luftdoseringsventilen möter passagen S6 vid blandgasutloppet 18. Det syre, som passerar genom syre- doseringsventilen 20, möter sålunda och blandas med den luft, som passerar genom luftdoseringsventilen 22 vid blandgasutloppet 18. Stödfötter 232; 234, 236 och 238 kan vara anbragta under huset 12, och om dessa är inskruvade i huset, kan dc användas för att höjdreglera ventilaggregatet. l Vid användning av en blandnings- och doseringsvcntíl en1ígf“ uppfinningen förbindes syreínloppet 14 och luftínloppet löpmeö If förråd av dessa gaser. Lämpliga anslutningar utföres mellan kontaktdonen 34, 36, 38 och 40, en mikroprocessor, och en elek- trisk kraftkälla för att åstadkomma en elektrisk ínsignal ti11 10 15 20 ZS 30 40 454 796 solenoidaggregatet 88 och in- och utspänningsanslutningar till omformaren 192. I avställnings- eller viloläge, när ingen ström tillföres till solenoidaggregatet 88, fasthâller fjädrarna 156, 160 och 222 axeln 98 i sådant läge, att elementet 92 är ansatt mot sätet 94, och syre, som inkommer i syreinloppet 14, hindras från att passera genom rummet 104 och passagen 86 till utloppet 18. När en elektrisk ström tillföres till solenoid- aggregatet och alstrar ett elektromagnetiskt fält, förflyttas axeln 98 axiellt till följd av den axiella förflyttningen av ankaret 170, med vilket axeln är förbunden. Elementet 92 för- flyttas bort från sätet 94, och tillåter passage av syre från passagen 84 till passagen 86 via rummet 104. Den fältstyrka, som krävs för att förflytta axeln, bestämmes av kraften av fjädrarna 156, 160 och 222, och den sträcka, som elementet 92 förflyttas från sätet 94, bestämmes av den fältstyrka, som alstras i solenoidaggregatet. Den volym av gas, som passerar genom ventilen, regleras delvis av den sträcka, som ventilen öppnas, och som regleras av den elektromagnetiska fältstyrkan, delvis genom den tid, som ventilen är öppen. Ventilen hålles öppen till dess att den ström, som tillföres till spolaggre- gatet, avbrytes, och det elektromagnetiska fältet upphör. När det elektromagnetiska fältet upphör, förflyttar fjädrarna 156, 160 och 222 axeln 98 axiellt till dess att elementet 92 an- sättes mot sätet 94 och effektivt spärrar gasflödet genom ven- tilen. Det är uppenbart, att en godtycklig vâgform av gasflöde kan alstras i denna ventil enbart genom att reglera det elektro- magnetiska fält, som alstras i solenoidaggregatet. Exempelvis en plötslig högspänning, som tillföres till spolaggregatet, kommer att snabbt förflytta ventilelementet till fullt öppet läge. Alternativt kan den ström, som tillföres till spolen, först vara måttlig och därefter öka jämnt, varvid ventilen öppnas långsamt, eller också kan först ett måttligt elektro- magnetiskt fält åstadkommas och hållas vid den nivån, varvid en efterföljande ökning alstrar ett gasflöde med liten volym, som efterföljes av ett gasflöde med större volym. Andra ändringar av gasflödets karaktärístika och volym kan också åstadkommas.The air dosing valve 22 has the same design as the oxygen dosing valve 20, so a more detailed description thereof is not required. For the sake of clarity, a plurality of the components of the air metering valve 22 are shown in Fig. 5 and are provided with reference numerals with prime characters corresponding to the reference numerals of the components of the oxygen metering valve 20. A passage 230 from the air metering valve meets passage S6 at the mixed gas outlet 18. , which passes through the oxygen metering valve 20, thus meets and mixes with the air passing through the air metering valve 22 at the mixed gas outlet 18. Support feet 232; 234, 236 and 238 can be arranged under the housing 12, and if these are screwed into the housing, dc can be used to adjust the height of the valve assembly. When using a mixing and dosing valve according to the invention, the oxygen inlet 14 and the air inlet are connected to the supply of these gases. Suitable connections are made between the connectors 34, 36, 38 and 40, a microprocessor, and an electrical power source to provide an electrical input signal to the solenoid assembly 88 and input and output connections to the converter 192. or rest position, when no current is supplied to the solenoid assembly 88, the springs 156, 160 and 222 hold the shaft 98 in such a position that the element 92 is attached to the seat 94, and oxygen entering the oxygen inlet 14 is prevented from passing through the space 104. and the passage 86 to the outlet 18. When an electric current is applied to the solenoid assembly and generates an electromagnetic field, the shaft 98 is moved axially due to the axial movement of the armature 170, to which the shaft is connected. The element 92 is moved away from the seat 94, and allows the passage of oxygen from the passage 84 to the passage 86 via the space 104. The field strength required to move the shaft is determined by the force of the springs 156, 160 and 222, and the distance, as the element 92 is moved from the seat 94 is determined by the field strength generated in the solenoid assembly. The volume of gas that passes through the valve is controlled in part by the distance that the valve opens, and which is regulated by the electromagnetic field strength, in part by the time that the valve is open. The valve is kept open until the current supplied to the coil assembly is interrupted and the electromagnetic field ceases. When the electromagnetic field ceases, the springs 156, 160 and 222 move the shaft 98 axially until the element 92 abuts the seat 94 and effectively blocks the flow of gas through the valve. It is obvious that any waveform of gas flow can be generated in this valve only by regulating the electromagnetic field generated in the solenoid assembly. For example, a sudden high voltage, which is applied to the flushing unit, will quickly move the valve element to the fully open position. Alternatively, the current supplied to the coil may first be moderate and then increase steadily, with the valve opening slowly, or a moderate electromagnetic field may first be provided and maintained at the level at which a subsequent increase produces a small volume gas flow. , which is followed by a gas flow with a larger volume. Other changes in the gas flow characteristics and volume can also be made.

Vid användning i en ventilator kan doseringsventilen sålunda utnyttjas för att avgiva en gas för volymstyrd ventilation, och en ventilator kan användas för båda förfarandena och åstad- komma praktiskt taget godtycklíg inandningsvågform. 10 15 20 25 30 35 40 454 796 10 Den axíella förflyttningen av axeln 98 överföres direkt till axíell förflyttning av kärnan 206 i omformaren 192 genom att tappen 210 är förbunden med axeln och med kärnan. När ven- tilelementet 82 förflyttas bort från sätet 94, förflyttas så- lunda kärnan 206 axiellt i omformaren 192, och utspänningen från omformaren ändras. Ändringarna i utspänningen från om- formaren korresponderar med ändringarna av ventilelementets 82 läge. De noggranna karaktäristikorna av ventilens uteffekt och den noggranna vâgformen av ventilens uteffekt återspeglas så- lunda av ändringarna i utspänningen från omformaren. Mikro- processorn, som reglerar strömmen till solenoidaggregatet 88, kan även mottaga och tolka signalspånningarna till och från omformaren för att tolka ventilens uteffekt och utföra ändring- ar av den ström, som tillföres till solenoidaggregatet, om så erfordras.When used in a fan, the dosing valve can thus be used to deliver a gas for volume-controlled ventilation, and a fan can be used for both methods and provide a practically arbitrary inhalation waveform. The axial movement of the shaft 98 is transmitted directly to the axial movement of the core 206 in the converter 192 by the pin 210 being connected to the shaft and to the core. Thus, when the valve member 82 is moved away from the seat 94, the core 206 moves axially in the converter 192, and the output voltage from the converter changes. The changes in the output voltage from the inverter correspond to the changes in the position of the valve element 82. The accurate characteristics of the valve output power and the accurate waveform of the valve output power are thus reflected by the changes in the output voltage from the converter. The microprocessor, which regulates the current to the solenoid assembly 88, may also receive and interpret the signal voltages to and from the converter to interpret the output power of the valve and make changes to the current supplied to the solenoid assembly, if required.

Luftdoseringsventilen 22 har samma verkningssätt som syre- doseringsventilen 20, och den luft, som passerar därigenom, inkommer i passagen 230 och möter syret från passagen 86 i bland- gasutloppet 18. Genom att reglera gasflödet genom vardera ven- tilen åstadkommes sålunda noggranna blandningsförhållanden vid utloppet 18. Etthundra procent syre eller luft kan åstadkommas helt enkelt genom att icke tillföra någon elektrisk ström till solenoidaggregatet i ventilen för den gas, som icke önskas, så att ventilen icke öppnar och enbart gas från den andra ventilen når fram till utloppet 18. I en respirator öppnas normalt de båda ventilerna under samma tídslängd, när blandgas erfordras.The air metering valve 22 has the same mode of action as the oxygen metering valve 20, and the air passing therethrough enters the passage 230 and meets the oxygen from the passage 86 in the mixed gas outlet 18. By regulating the gas flow through each valve, accurate mixing conditions are thus achieved at the outlet. 18. One hundred percent oxygen or air can be provided simply by not supplying any electric current to the solenoid assembly in the valve for the gas which is not desired, so that the valve does not open and only gas from the other valve reaches the outlet 18. In a ventilator normally opens both valves for the same length of time, when mixed gas is required.

För att ändra förhållandet mellan syre och luft i blandgasen, reglerar man de avstånd, som ventilelementen förflyttas från sätena, så att en större volym av den gas, som önskas i större procentandel, strömmar genom dess regleringsventil till ut- loppet 18, än den andra gasen.To change the ratio of oxygen to air in the mixing gas, the distances by which the valve elements are moved from the seats are regulated so that a larger volume of the gas desired in a larger percentage flows through its control valve to the outlet 18, than the other gases.

En doseringsventil enligt uppfinningen kan användas för att reglera flödet av en gas i en anordning, och kan åstad- komma godtycklig vágform av flödesmönster för gasen, och dess- utom en âterkopplingssígnal, som kan användas för att analysera den noggranna utströmningen från ventilen. I anordníngen, som igenomströmmas av flera än två gaser, kan tre eller flera av doseringsventilerna användas, varvid en doseríngsventil an- vändes för varje gas.A metering valve according to the invention can be used to regulate the flow of a gas in a device, and can provide any waveform of flow pattern for the gas, and in addition a feedback signal, which can be used to analyze the accurate outflow from the valve. In the device which is traversed by more than two gases, three or more of the metering valves may be used, one metering valve being used for each gas.

Ovan har beskrivits en onda blandníngs- och doserings- få! 454 796 11 ventil, men det är givet att allehanda modifikationer kan före- komma inom ramen för uppfinningen.A bad mixing and dosing few have been described above! 454 796 11 valve, but it is a given that all kinds of modifications may occur within the scope of the invention.

Claims

10 15 20 25 30 35 40 454 796 __ 11 / Patent claim f.)

Dosing valve (10) for discharging a selected volume of gas at selected intervals, comprising a valve housing (12) with an inlet and an outlet opening (14 and 18, respectively). a passage 3 (84, 86) between inlet and outlet openings, and a valve element (82) arranged to regulate the gas flow through the passage, characterized in that it comprises a proportioning solenoid assembly (68) arranged to move the valve element (82) a selectable distance for a selectable period of time for opening the passage (84, 86), and a sensing means (90) arranged to determine the position of the valve element (82) and thus the gas flow through the valve.

Valve according to claim 1, characterized in that a shaft (98) is connected to the valve element (82), and that the solenoid assembly (88) is arranged to generate a magnetic field which causes axial movement of the shaft (98).

Valve according to claim 2, characterized in that the sensing means (90) comprises a linearly variable differential converter (192) with an axially movable core (206), the axial movement of which produces changes of an output signal from the converter, and that said shaft (98) are connected to the core.

Valve according to claim 1, characterized in that the sensing means (90) comprises a linearly variable differential converter (192) with an axially movable core (206), its axial movement effecting changes in an output signal from the converter, and that the valve element (82 ) is connected to the core,

Valve according to claim 1, characterized in that the valve housing has a second inlet (16), that a second passage (230) from the second inlet communicates with the passage from the first inlet (14), that a second valve element (82 ') is arranged to regulate the gas flow through the second passage, that a second proportioning solenoid assembly (8B') is arranged to move the second valve element (82'9 a selectable distance for a selectable period of time to open the second passage (230), and that a second sensing means (90 ') is arranged to calculate the position of the second valve element and thus the gas flow through the valve. 15 15 30 30 40 _: 15 454 796

A valve according to claim 5, wherein the aolenoid assemblies (88, 88 ') for moving the valve jaw have a plurality of the elements for opening the passages comprising shafts (98, 98') connected to the valve elements and the eolenoid assemblies generating electromagnetic fields, which cause axial movement of said axes.

A valve according to claim 6, that the sensing means (90) comprises linearly variable differential sensors of thial converters (192, 192 ') with axially movable cores (206, 206'), and that the shafts are connected to respective converter cores.

A valve according to claim 5, that the sensing means (90) comprises linear variable differences characterized by thial converters (192, 192 ') with axially movable cores (206, 206'), and that the valve elements (82, 82 ') are connected to respective converter cores.

Valve according to claim 1, characterized in that the solenoid assembly (88) is arranged to generate an electromagnetic field, that a shaft (98) is connected to said element and extends through the solenoid assembly, which electromagnetic field brings the shaft (96 ) to be moved axially in the solenoid assembly (88) to move said elements and open the passage 884, 86), that a linearly variable differential converter (192) is attached to the solenoid assembly and has a core (206) connected to said shaft (98), the shaft of axial displacement causes axial displacement of the core to change the output voltage from the converter (192) and provide a feedback signal indicating the actual outflow from the metering valve.

Valve according to claim 9, characterized in that the solenoid assembly (88) comprises a housing (130), front and rear rings (136 and 138, respectively) arranged in the housing, and a magnet (140) arranged in the housing between the front and rear rings. , a coil assembly (142) axially engraved in the magnet and M said front and rear rings, and an anchor assembly (144) axially movable in the coil assembly (142) and connected to said shaft (98).

Valve according to claim 9, characterized in that it comprises a spring (156), which is connected to the shaft (98) for moving the shaft axially and applying the valve element (82). ) towards the seat in the passage, when the electromagnetic field is interrupted.

A valve according to claim 9, characterized in that it comprises a pin (210) connected to the core (206) of the transducer and extending outwardly therefrom, and that the shaft (98) is connected to said pin.

Valve according to claim 10, characterized in that it comprises a holder (109), which is attached to the housing (130) and that the converter is arranged in said holder.

Valve according to claim 5, characterized in that membranes (110, 146) are arranged on opposite sides of each of said valve elements (82, 82 ') for the purpose of balancing the pressure forces at the inlet (16) and the outlet (18).

Valve according to claim 5, characterized in that the housings (130) are connected to the valve housing (12), that the solenoid assemblies (88, 88 ') are arranged in said housings, that the holder (190) is connected to the housings, and that the transducers (192, l92 () are mounted in said holder.

16. V18. Valve according to claim 6, characterized in that springs (156, 160, 222) are connected to the shafts (98, 98 ') for the purpose of moving said shafts axially and thereby closing the passages, when the electromagnetic fields are interrupted.

Valve according to claim 1, characterized in that the volume and intervals of gas are regulated in response to the actual flow through the valve and that the sensing means (90) is arranged to determine the gas flow through the valve and to provide a signal for controlling the selenoid assembly (88). ).

Valve according to claim 17, characterized in that it comprises a shaft (98) connected to said valve element (82), that the solenoid assembly (88) is arranged to axially move said shaft in response to an input signal to the solenoid assembly, and that said signal from the sensing means (90) affects the signal to the solenoid assembly_ and the movement of the valve element (82).

Valve according to claim 17, characterized in that the valve housing (12) has a second inlet (16), a passage (230) from the second inlet, which communicates with the passage from the first-mentioned inlet (14), a second valve element (82 '), which is arranged in the second passage and arranged to regulate the flow of a gas through said second passage, t.) m * p 10 15 20, 454 796 _.- If) that a second proportioning solenoid assembly (88 ') is connected to the second valve member (82') to move the second valve member a selectable distance for a selectable period of time to open the second passage, and a second sensing means (90 ') is provided to determining the gas flow through the second passage and providing a signal which controls the means for moving the second valve element (82 ').

A valve according to claim 5, wherein the sensing means (90) is arranged to determine the gas flow characterized by each of the passages (84, 85, 86) and to provide signals which control the solenoid assemblies (88, 88 ') which were on the valves. current outflow.

The valve of claim 20, wherein each solenoid assembly (88, 8B ') comprises a coil characterized (142) and an axially movable armature (144), said coil generating an electromagnetic field which causes axial movement of the armature, and that a shaft B98) is connected to the armature and to one of the valve elements.