WO2004046661A1 - Gasflussmessgerät - Google Patents

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WO2004046661A1 PCT/IB2003/004653 IB0304653W WO2004046661A1 WO 2004046661 A1 WO2004046661 A1 WO 2004046661A1 IB 0304653 W IB0304653 W IB 0304653W WO 2004046661 A1 WO2004046661 A1 WO 2004046661A1
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    • G01F15/04—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature of gases to be measured

Definitions

  • Measurements are influenced by the environmental conditions and incorrect calibrations occur. This is particularly problematic with medical devices such as ventilators or anesthesia devices. Since the devices are used worldwide, incorrect calibrations also result from incorrect operation of the devices.
  • Ultrasound 2 combined ultrasound transmitter-receiver units, which are arranged at an angle to the flow direction. These send an ultrasound pulse at regular intervals and wait for the pulse from the other transmitter to be received. If ultrasonic waves traverse a defined distance s in a known medium, they require a time t that depends on their propagation speed.
  • the speed of propagation of a wave is therefore dependent on the transit time of the signal from one transmitter / receiver to another.
  • An impeller is rotated in such a way that its speed is proportional to the mean flow velocity.
  • the medium flows through a nozzle or orifice.
  • the cross section is narrowed, which speeds up the flow rate.
  • Venturi nozzles are mostly used to avoid vortex formation.
  • the mass flow is then calculated from the pressure difference across the nozzle.
  • the laminar flow elements are based on the fact that the flow can be calculated from a pressure difference. In contrast to these, however, the flow is linear to the measured differential pressure. In medicine, the laminar flow elements are known as pneumotachographs.
  • a wire or surface is heated to a temperature that is above ambient. Molecules that hit this surface and then fly on again absorb kinetic energy there.
  • the heat loss of the heated area is proportional to the temperature difference between the heated area and the environment and to the number of molecules hitting per unit of time
  • the measuring properties of the individual methods are different and depending on the application, one or the other measuring device - possibly optimized - is used.
  • Ventilation devices such as Ventilation devices, anesthetic devices, etc.
  • a certain degree of accuracy of the measurement e.g. for calibration or control purposes - had to be satisfied.
  • the invention thus relates to a device for exact flow measurement of gases regardless of the ambient conditions such as temperature, humidity, Type of gas, oxygen concentration and the ambient pressure. In doing so, as few compromises as possible should be made and a multitude of different applications can be measured with high precision. Furthermore, the operation should be as simple as possible to avoid incorrect manipulation. The measurement should be able to be carried out with the same degree of accuracy in any environmental conditions.
  • the measuring device represents a device (1) for measuring gases with a gas channel (3), with a sieve (4) and with several different sensors (5), (6), (7), (8), (9), (10), wherein in the gas channel (3) through which the gas stream to be measured flows, a plurality of sensors (5-10) are installed, which can measure both moist and dry gases exactly, all sensors with are connected to a computer which compares the individual measured values of the individual sensors with one another and comprises a program with which a consolidated measured value for the gas actually flowing through can be specified from the various measured values. Certain sensors are used to record the environmental conditions.
  • the calculation of the gas flow in the computer e.g. a microcontroller (11) the environmental influences of humidity, absolute pressure, temperature and
  • Oxygen concentration is taken into account, so that the measurement is always accurate in all environmental conditions.
  • the gas channel (3) is designed as a compact block in which all sensors are directly integrated.
  • the use of hoses between the sensors is avoided according to the invention.
  • the gas channel (3) and the sieve (4) are constructed in such a way that a laminar gas flow results regardless of the direction of flow and that a bi-directional gas measurement is thus possible as a special feature.
  • a laminar gas flow results regardless of the direction of flow and that a bi-directional gas measurement is thus possible as a special feature.
  • a DAK button (“DAK” means Direct Access Knob) for direct access to help and measured values is arranged on the front plate of the device next to the gas channel (3), which is connected to a display via the computer and This display allows the immediate display of current measured values or help functions.
  • DAK Direct Access Knob
  • the invention is not restricted to certain sensors or sensor types. Rather, the person skilled in the art can use the known sensor types e.g. Select according to the introduction to the description.
  • Figure 1 shows the device for gas flow measurement.
  • the gas flow 2 flows through the gas channel 3 and through the sieve 4 that is mounted in the middle of the gas channel 3.
  • the screen is easy to replace and, like the other components, is only shown symbolically.
  • the gas channel 3 is designed such that a laminar flow of the gas flowing through results.
  • a large number of sensors 5-10 with different ones are located in the gas channel Measuring tasks and / or different measuring ranges.
  • a microcontroller 11 which is not shown in detail, processes the different measured values in order to be able to determine a flow measurement value which is as exact as possible for the respective application under the respective ambient conditions.
  • the sensor values of the sensors 5-10 are thus read in by the microcontroller 11, which is preferably provided as a module, and converted into an exact gas flow.
  • FIG. 4 shows a preferred overall construction of the device according to the invention.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das exakte Messen von Gasen mit mehreren Sensoren, die über einen Microcontroller so ausgewertet werden, dass unabhängig von den Umweltbedingungen, die auch gemessen werden, hohe Messgenauigkeit gegeben ist.

Description

Gasflussmessgerät
Stationäre und portable Gasfluss- und Druckmessgeräte sind für die Kalibrierung, Produktion und Eichung von Geräten aller Art erforderlich. Die bis jetzt erhältlichen Geräte haben den Nachteil, dass die Gasfluss-
Messungen von den Umwelbedingungen beeinfluss werden und dadurch Fehlkalibrierungen auftreten. Dies ist vor allem bei medizinischen Geräten wie Beatmungs- oder Anästhesiegeräte sehr problematisch. Da die Geräte weltweit eingesetzt werden, entstehen Fehlkalibrationen auch durch falsche Bedienung der Geräte.
Es gab bis jetzt mehrere Bestrebungen für eine exakte Gasmessung. Es sind folgende Messprinzipien bekannt:
Ultraschall 2 kombinierte Ultraschall Sender-Empfänger-Einheiten, die in einem Winkel zur Anströmrichtung angeordnet sind. Diese senden in regelmässigen Abständen einen Ultraschall Impuls und warten auf das Empfangen des Impulses des anderen Senders. Durchqueren Ultraschallwellen in einem bekannten Medium eine definierte Strecke s, so benötigen sie dafür eine von ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit abhängige Zeit t. Die
Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle ist damit abhängig von der Laufzeit des Signals von einem Sender/Empfänger zum anderen.
Volumenzähler mit Messflügeln
Ein Flügelrad wird so in Umdrehung versetzt, dass seine Drehzahl proportional zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit ist.
Wirkdruckverfahren
Das Medium durchströmt eine Düse oder Blende. Dabei wird der Querschnitt eingeengt, was die Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt. Um Wirbelbildung zu vermeiden, werden meist Venturidüsen verwendet. Der Massenfluss berechnet sich dann aus der Drückdifferenz über der Düse. Laminarfluss Elemente
Die Laminarflusselemente beruhen wie die Wirkdruckverfahren darauf, dass aus einer Druckdifferenz der Fluss berechnet werden kann. Im Gegensatz zu diesen ist jedoch der Fluss linear zum gemessenen Differendruck. In der Medizin sind die Laminarflusselemente als Pneumotachographen bekannt.
* Hitzedraht Anemometer
Ein Draht oder eine Fläche wird auf eine Temperatur, die oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, aufgeheizt. Moleküle, die auf diese Fläche treffen und dann wieder weiterfliegen, nehmen dort kinetische Energie auf. Der Wärmeverlust der geheizten Fläche ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der geheizten Fläche und der Umgebung sowie zur Zahl der pro Zeiteinheit auftreffenden Moleküle
Alle diese bekannten Aufbauten sind an ihren Grenzen und die Exaktheit der Messung ist beschränkt. Gerade im medizinischen Bereich sollte jedoch die Genauigkeit weiter getrieben werden. Hier setzt die Aufgabe der Erfindung an. Es soll die Genauigkeit der Gas-Flussmessung verbessert werden.
Dabei sind die Messeigenschaften der einzelnen Verfahren unterschiedlich und in Abhängigkeit vom Anwendungsfall werden die einen oder anderen Messgeräte - gegebenenfalls optimiert - eingesetzt.
Gerade bei Spezialgeräten im Bereich der Medizin, wie z.B. Betmungsgeräten, Narkosegeräten usw. kommen jedoch verschiedenste Anwendungsfälle in einem Gerät vor, so dass bis anhin mit mehreren Messgeräten gemessen werden musste, oder sich mit einem bestimmten Genauigkeitsgrad der Messung - z.B. für Eich- oder Kontrollzwecke - begnügt werden musste.
Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zur exakten Fluss-Messung von Gasen unabhängig den Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Feuchte, Gasart, Sauerstoffkonzentration und des Umgebungsgdruckes. Dabei sollen möglichst wenig Kompromisse eingegangen werden und eine Vielzahl von unterschiedlichsten Anwendungsfälle hochgenau gemessen werden können Weiter soll die Bedienung so einfach wie möglich sein, um Fehlmanipulationen zu vermeiden. Die Messung soll bei jedweden Umweltbedingungen möglichst mit gleichem Genauigkeitsgrad durchgeführt werden können.
Die Lösung dieser Aufgaben sind im portablen Messgerät der Anmelderin „FlowAnalyser" realisiert.
Das erfindungsgemässe Messgerät stellt dabei dar, eine Vorrichtung (1 ) zur Messung von Gasen mit eine Gaskanal (3), mit einem Sieb (4) und mit mehreren unterschiedlichen Sensoren (5), (6), (7), (8), (9), (10), wobei im Gaskanal (3), durch den der zu messende Gasstrom strömt, eine Mehrzahl von Sensoren (5-10) installiert sind, die sowohl feuchte als auch trockene Gase exakt messen können, wobei alle Sensoren mit einem Rechner verbunden sind, der die einzelnen Messwerte der einzelnen Sensoren untereinander vergleicht und ein Programm umfasst, mit dem aus den verschiedenen Messwerten einen konsolidierten Messwert für das tatsächlich durchfliessende Gas angegeben werden kann. Bestimmte Sensoren dienen dabei der Erfassung der Umweltbedingungen.
In der erfindungsgemässen Vorrichtung werden dabei insbesondere die Berechnung des Gasflusses im Rechner, z.B. einem Microcontroller (11 ) die Umwelteinflüsse Feuchte, Absolutdruck, Temperatur und
Sauerstoffkonzentration berücksichtigt, so dass die Messung bei alle Umweltbedingungen immer exakt stimmt.
Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Gaskanal (3) als kompakter Block ausgebildet ist in dem alle Sensoren direkt integriert sind. Die Verwendung von Schläuchen zwischen den Sensoren ist erfindungsgemäss vermieden.
Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Gaskanal (3) und das Sieb (4) so konstruiert, dass unabhängig von der Strömungsrichtung eine laminare Gasströmung resultiert und dass somit als Besonderheit eine bi-direktionale Gasmessung möglich ist. Solches ist z.B. bei Beatmungsgeräten von Vorteil, da damit sowohl das zum Patienten gelieferte Gasgemisch, als auch das vom Patienten zurückgelieferte Gasgemisch gemessen werden kann, was auf den Zustand des Patienten Rückschlüsse erlaubt.
Gemäss einer Weiterentwicklung der Erfindung ist auf der Frontplatte des Gerätes neben dem Gaskanal (3) eine DAK-Taste („DAK" bedeutet Direct Access Knob) für den direkten Zugriff auf Help und Messwerte angeordnet, die über den Rechner mit einem Display verbunden ist und an diesem Display das unverzügliche Darstellen von aktuellen Messwerten oder Help-Funktionen erlaubt.
Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Sensoren oder Sensortypen eingeschränkt. Vielmehr kann der Fachmann aus den bekannten Sensortypen z.B. gemäss Beschreibungseinleitung wählen.
Figurenbeschreibung
Die Figur 1 zeigt die Vorrichtung zur Gasflussmessung. Der Gasfluss 2 strömt durch den Gaskanal 3 und durch das Sieb 4, dass in der Mitte des Gaskanals 3 montiert ist. Das Sieb ist leicht auswechselbar und wie die anderen Bauteile nur symbolisch dargestellt. Der Gaskanal 3 ist so ausgebildet, dass eine laminare Ströhmung des durchströmenden Gases resultiert. In dem Gaskanal befinden sich eine Vielzahl von Sensoren 5-10 mit unterschiedlichen Messaufgaben und/oder unterschiedlichen Messbereichen. Ein nicht im Detail dargestellter Microcontroller 1 1 verarbeitet die unterschiedlichen Messwerte, um für den jeweiligen Anwendungsfall unter den jeweiligen Umgebungsbedingungen einen möglichst exakten Durchflussmesswert bestimmen zu können.
Die Sensorwerte der Sensoren 5 - 10 werden somit durch den bevorzugt als Modul vorgesehene Microcontroller 1 1 eingelesen und in einen exakten Gasfluss umgerechnet.
Fig.4 zeigt einen bevorzugten Gesamtaufbau der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Bezugszeichenliste (zusammen mit der Zeichnung Bestandteil der Offenbarung):
1 Vorrichtung Gasflussmessung
2 Gasfluss
3 Gaskanal
4 Sieb 5 Differenzdruck Sensor
6 Absolutdruck Sensor
7 Relativdruck Sensor
8 Sauerstoff Sensor
9 Feuchte Sensor 10 Temperatur Sensor
1 1 Microcontroller System
12 DAK Taste (Direct Access Knob)

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) zur Messung von Gasen mit eine Gaskanal (3), mit einem Messwiderstand, z.B. einem Sieb (4) und mit Sensoren (5), (6), (7), (8), (9), (10) im Gaskanal, dadurch gekennzeichnet, dass im Gaskanal (3) eine Gruppe von unterschiedlichen Sensoren (5-10) mit unterschiedlichen Messwerten oder Messbereichen so installiert sind, dass sowohl feuchte als auch trockene Gase gemessen werden können, wobei ein Rechner vorgesehen ist, der die unterschiedlichen Messwerte der unterschiedlichen Sensoren (5-10) auswertet, um daraus den tatsächlichen Gasfluss zu errechnen.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zur Berechnung des Gasflusses im Microcontroller (1 1 ) Programmparameter vorgesehen sind, die von einzelnen der
Sensoren Umwelteinflüsse wie insbesondere Feuchte, Absolutdruck, Temperatur und Sauerstoffkonzentration so berücksichtigen, dass die störende Beeinflussung der Umweltbedingungen aus den Messwerten entfällt.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (3) als kompakter Block ausgebildet ist in dem alle Sensoren direkt integriert sind (keine Schläuche).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren von aussen in den Block eingeschraubt und aus diesem entfernbar bzw. austauschbar sind.
5. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (3) und der Messwiderstand bzw. das Sieb (4) so konstruiert sind, dass eine laminare Gasströmung in beiden Flussrichtungen resultiert und somit eine bi-direktionale Gasmessung ohne Messwertbeeinflussung möglich ist.
6. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an einer Frontplatte der Vorrichtung, vorzugsweise neben dem Gaskanal (3) eine DAK-Taste („DAK" bedeutet Direct Access Knob) für den direkten Zugriff auf Help- und Messwerte existiert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
DAK-Taste ein Display bzw. die Lieferung von Istwerten verschiedener - gegebenenfalls wählbarer Parameter - zu einem Display triggert.
PCT/IB2003/004653 2002-11-20 2003-10-22 Gasflussmessgerät WO2004046661A1 (de)

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