WO2012146330A1 - Messkopf für eine vorrichtung zum messen der konzentration wenigstens eines gases in einer gasprobe - Google Patents

Messkopf für eine vorrichtung zum messen der konzentration wenigstens eines gases in einer gasprobe Download PDF

Info

Publication number
WO2012146330A1
WO2012146330A1 PCT/EP2012/000755 EP2012000755W WO2012146330A1 WO 2012146330 A1 WO2012146330 A1 WO 2012146330A1 EP 2012000755 W EP2012000755 W EP 2012000755W WO 2012146330 A1 WO2012146330 A1 WO 2012146330A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal body
measuring
gas
plate
measuring element
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/000755
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias HEISE
Alfred Kelm
Hartmut Stark
Günter Steinert
Peter Dreyer
Original Assignee
Drager Medical Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Drager Medical Gmbh filed Critical Drager Medical Gmbh
Priority to BR112013023781-3A priority Critical patent/BR112013023781B1/pt
Priority to CN201280020184.7A priority patent/CN103547913B/zh
Priority to US14/113,647 priority patent/US9360441B2/en
Publication of WO2012146330A1 publication Critical patent/WO2012146330A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component

Definitions

  • Measuring head for a device for measuring the concentration of at least one
  • the invention relates to a measuring head for a device for measuring the concentration of at least one gas in a gas sample.
  • the thermal conductivity of paramagnetic gases changes under the influence of magnetic fields.
  • the molecules of a paramagnetic gas have a permanent magnetic moment that is aligned in an external magnetic field. This not only leads to a change in the susceptibility and thus to an increase in the magnetic flux, but the orientation of the molecules also limits the possibility of transferring heat energy to adjacent molecules via collisions. This leads to a slight change in the thermal conductivity of the gas. This effect also occurs in a mixture of paramagnetic and other gases. Since the change in the thermal conductivity of a gas mixture depends on the concentration of a paramagnetic gas contained therein, by determining the change in the thermal conductivity of the gas mixture to the proportion, i. H. the concentration of the paramagnetic gas are closed.
  • the paramagnetic gases include in particular oxygen and nitrogen oxides.
  • paramagnetic gas in particular oxygen, goes out of the
  • a modulatable magnetic field source having an air gap
  • a modulation source for outputting a modulation signal to the magnetic field source
  • an at least partially disposed within the air gap heated by a power source to a working temperature measuring element for emitting a heat flow measurement signal and by a with the measuring element connected filter device for separating Variations in the heat flow measurement signal due to the modulation of the magnetic field, wherein the changing amplitude of the variations due to the gas-specific change in the thermal conductivity is a measure of the proportion of the paramagnetic gas in the gas sample.
  • the measurement of the concentration of the paramagnetic gas, in particular oxygen, takes place in the air gap of the electrically modulatable with a measuring gas cuvette
  • a corresponding measuring gas cuvette is known, for example, from DE 102 51 130 A1.
  • the measuring gas cuvette described there can be arranged, for example, in a measuring head described in DE 102 41 244 C1.
  • a measuring element is mounted on a bottom plate and a channel plate is for the gas flow in the region of
  • the measuring gas cuvette is sealed at the top by a cover plate with at least two holes for the gas inlet and outlet. The gas guidance takes place in the
  • Measuring element is applied.
  • the measuring element is spaced from the bottom plate by spacers and also has a distance from the cover plate.
  • gas which has passed horizontally past the measuring element can diffuse into the regions above and below the measuring element. Due to pressure fluctuations or rapid changes in the flow velocity of the gas flowing through the sample gas cuvette, it can lead to the formation of vortices, which are also due to the gas guide also horizontal, d. H. aligned parallel to the bottom plate, so that a uniform fumigation of the
  • Measuring element is made difficult by diffusion and it can lead to signal fluctuations. The signal-to-noise ratio is thus impaired.
  • the invention has for its object to provide an improved with respect to the measurement signal quality measuring head for a device for measuring the concentration of at least one gas in a gas sample.
  • the measuring head according to the invention for a device for measuring the
  • Concentration of at least one gas, in particular oxygen, in a gas sample comprises a plate having on one side a measuring element
  • Measuring element arranged a first metal body and below the
  • Measuring element is disposed under the second side of the plate, a second metal body, wherein the metal body serve during operation of the measuring head as magnetic poles.
  • the gas guide in each metal body a channel and an opening formed in the plate, so that the gas sample during operation of the measuring head by one of the metal body and through the opening at one of the opening facing side of the measuring element flow past and can escape through the other metal body again.
  • the direction of the gas flow past the measuring element can be adjusted so that the gas flow is carried out substantially perpendicular to the arranged on the plate planar measuring element.
  • essentially perpendicular is to be understood as meaning that the flow vector describing the gas flow can be inclined between -6 ° and + 6 °, at least in the area of the opening in the plate, relative to the surface normal of the plate.
  • the metal body can be attached to the plate, for example by means of adhesive.
  • the plate and the metal body are so indirectly or connected directly to each other so that the metal body gas-tight surround the measuring element and at least the part of the plate covered by the measuring element, so that gas can only pass through the channels to the measuring element.
  • Disturbing effects which can occur due to overflow of the measuring element with gas, can be largely avoided by the measuring element is positioned on the plate relative to the gas guide so that gas passes predominantly by diffusion to the measuring element.
  • the measuring element partially covers the opening in the plate.
  • the measuring element comprises a membrane applied to a support frame, on which the measuring point is arranged, wherein the support frame at least on one of the opening in the plate side facing a cutout with a reduced height has or is interrupted.
  • the gas sample can reach the measuring point on the side of the membrane facing the carrier frame, even if the carrier frame rests directly on a surface, in particular on the plate or on the first metal body.
  • spacers as used for example in DE 102 51 130 A1 in the assembly of the measuring element can therefore be dispensed with.
  • the gap width between the magnetic poles is reduced and the magnetic flux density at the measuring location is increased. This causes an improvement of the signal-to-noise ratio.
  • the membrane-carrying side of the measuring element is mounted directly on the plate, the first Metallores abuts on the side facing away from the membrane of the
  • Support frame to the measuring element and the second metal body adjacent to the plate.
  • a particularly small air gap and thus a particularly high flux density of the magnetic field can be achieved. It can then gas even on both sides of the membrane to the measuring point
  • Metal body directly touch the plate. Since the measuring element partially covers the opening of the plate, there is a gap between the membrane and the second metal body in the thickness of the plate, and since the carrier frame on the side facing away from the plate of the measuring element has a section with reduced height or is interrupted first metal body and
  • Measuring element an access to the measuring point available.
  • first metal body and / or the second metal body are composed of an inner part and an outer part at least partially surrounding the inner part.
  • the multi-part structure of the first and / or second metal body allows on the one hand that the channel formed in the first metal body and / or the channel formed in the second metal body advantageously by
  • a curved gas guide can be achieved in a precise manner. For example, this can be done by a gas inlet and / or a gas outlet laterally to the metal bodies, while on the from the
  • each coil can be arranged, by means of which the magnetic field is generated.
  • the multi-part design of the metal body allows the outer part of the first metal body and the outer part of the second metal body advantageously consist of a non-magnetic material.
  • the outer parts are designed so that on the one hand the inner parts are well and gastight and on the other hand,
  • At least two pins protrude from at least one side of the plate, and the first metal body and / or the second metal body each have at least two bores into which protruding pins are inserted on the respectively adjacent side of the plate.
  • the metal bodies can be positioned very accurately relative to the plate and thus relative to the measuring element mounted on the plate.
  • the distance between the gas flow passing through the opening and the measuring element can be made so small that the time required for the gas to diffuse to the measuring element is so small that changes in the gas concentration can be detected quickly.
  • the distance is such that changes in the
  • Milliseconds can be recorded.
  • At least the metal body via which the gas supply takes place, is to be positioned by means of pins.
  • the metal body lying downstream of the opening in the plate can in principle be positioned with a lower accuracy, so that pins are not compulsory there are required, but also this metal body is preferably positioned by means of at least two pins.
  • At least one of the pins is arranged in a hole in the plate in such a way that it protrudes on both sides of the plate.
  • the number of pins used to position both metal body may be as small as possible.
  • the measuring head according to the invention is used in a device for measuring the concentration of at least one gas, in particular oxygen, in a gas sample in a medical ventilation system.
  • the concentration of the oxygen used for ventilation with a high time resolution and as accurately as possible, i. can be determined with a good signal-to-noise ratio.
  • Measuring head according to the invention.
  • the concentration of any paramagnetic gas in a gas sample can be determined with the measuring head according to the invention.
  • Oxygen-mixed gas can be determined simultaneously.
  • gas mixtures containing oxygen and helium can be used.
  • both the concentration of the oxygen and the helium concentration can be determined with the measuring head according to the invention. The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:
  • 1 shows a measuring element with two measuring points for use in one
  • FIG. 2 shows a measuring head according to the invention with a measuring element according to FIG.
  • Fig. 1 shows schematically a measuring element 1, which is used in the measuring head 9 shown schematically in Figure 2.
  • the measuring element 1 comprises a support frame 4, on which an anesthetic-resistant membrane 3
  • the measuring element 1 has two juxtaposed measuring points 2a, 2b, each with a
  • Heating means 7a, 7b and a heat conduction measuring unit 8a, 8b are provided.
  • either the membrane 3a, 3b can be partially removed, for example by etching, or the support frame 4 is partially thinly etched on one side, referred to as the front, so that it has a reduced height and forms cutouts 5a, 5b, which are separated by a web 6.
  • cutouts 5a, 5b is a gas access from the front possible.
  • the support frame 4 can be removed at the front in the region of the measuring points 2a, 2b, in order to also allow the gas from the front.
  • Measuring methods and measuring devices for measuring the concentration of a gas in a gas sample with such a measuring element are described in DE 10 2010 014 883, to which reference is expressly made at this point.
  • a measuring element with one measuring point or more than two measuring points can also be used.
  • a measuring point is preferably arranged centrally on the measuring element 1, so that the sides of the carrier frame 4 which remain in the region of the measuring point in the case of removal of the carrier frame 4 have the widest possible width and thus are particularly stable.
  • Fig. 2 shows schematically a section through a measuring head 9 for a
  • the measuring element 1 is attached to the membrane 3 bearing side on the circuit board 11. In this case, the measuring element 1 with a in the circuit board eleventh
  • the front of the measuring element 1 and thus the cutouts 5a, 5b point in the direction of the opening 8.
  • the attachment of the measuring element 1 to the circuit board 11 is made by contacting the measuring element 1 with the electrical leads 10.
  • the electrical leads 10 into the area the opening 18 and thus guided in the region of the measuring element 1 arranged there.
  • the course of the electrical lines 10 on or in the circuit board 11 is off
  • a first metal body 12, 13 Adjacent to the side facing away from the membrane 3 of the measuring element 1, a first metal body 12, 13 is arranged.
  • the first metal body 12, 13 consists of an outer part 13 and an inner part 12 arranged in the outer part 13 in a corresponding recess.
  • the inner part 12 is fastened in the outer part 13, for example by gluing, in such a way that over the connecting points between the inner part 12 and outer part 13 no gas can escape or enter.
  • a second metal body 14, 15 Adjacent to the underside of the circuit board 11, a second metal body 14, 15 is arranged, which consists of an outer part 15 and a therein in a
  • the inner part 14 is fixed, for example, by gluing in the outer part 5 so that on the connection points between the inner part 14 and the outer part 15 no gas can escape or enter.
  • a channel 16 is formed, which opens from the top of the circuit board 11 ago in the opening 18.
  • a channel 17 is formed, which opens from the bottom of the circuit board 11 ago in the opening 18.
  • a gas sample can be guided past the measuring element 1 substantially perpendicularly through the opening 18.
  • substantially perpendicular means that, ideally, the gas flow is perpendicular to the surface normal of the plate 11 and thus to the surface normal of the planar measuring element 1 mounted thereon. In this way, signal fluctuations are largely avoided by the vortex, which can arise due to pressure fluctuations or rapid change in the flow velocity, since the vertebrae are also aligned perpendicular to the opening 18 and measuring element 1.
  • an ideal vertical gas flow can be deviated by plus or minus 6 °.
  • the gas does not flow directly over the measuring element 1, but it passes substantially by diffusion both to the inner part 12 and the inner part 14 facing side of the membrane 3a, 3b. Namely, an air gap is formed between the inner part 12 and the membrane 3a, 3b, in the
  • Cutouts 5a, 5b can diffuse gas to the measuring points 2a, 2b. Furthermore, between the applied on the support frame 4 side of the measuring element. 1 and the inner part 14, an air gap formed, which is determined by the thickness of the printed circuit board 11. In this air gap, gas can diffuse to the top of the membrane 3a, 3b.
  • the inner part 12 touches the support frame 4 and the inner part 14 touches the underside of the printed circuit board 11. Due to the fact that the first metal body 12, 13 and the second metal body 14, 15, for example, by gluing to each of the circuit board 11 side facing gas-tight with the Printed circuit board 11 are connected, in addition by the height of the splice a small air gap between the measuring element 1 and inner part 12 and printed circuit board 11 and inner part 14 is formed. However, this air gap is compared to the thickness of the
  • Measuring element 1 and the thickness of the circuit board 11 negligible, i. Also in this case, the inner part 12 and thus the first metal body 12, 13 adjacent to the measuring element 1 while the inner part 14 and thus the second metal body 14, 15 adjacent to the circuit board 11.
  • the air gap between the inner parts 12 and 14 results essentially from the sum of the thickness of the measuring element 1 and the thickness of the printed circuit board 11. In this way, a particularly compact measuring head 9 with the smallest possible air gap between the through the first metal body 12, 13th and the second metal body 14, 15 formed magnetic poles are produced.
  • Typical thicknesses of printed circuit boards 11 and measuring elements 1 are in each case in the
  • the channels 16, 17 are executed curved in Fig. 2. This is particularly advantageous in that the first metal body 12, 13 and the second Metallgroper 14, 15 were each made of an outer part 13, 15 and an inner part 12, 14 were made. It was in each case in the inner parts 12, 14 and the
  • Outer parts 13, 15 formed a recess, so that when joining the parts facing the recesses and the channels 16, 17 form.
  • the inner parts 12, 14 are made of a magnetisable metal, so that when arranging the measuring head 9 between two coils, the inner parts 12, 14 can be magnetized and thus in the region of the measuring element 1, a magnetic field can be established.
  • the outer parts 13, 15 are made of a non-magnetizable material.
  • the outer parts 13, 15 made of aluminum or a
  • Induction currents in the electrical lines 10 are avoided or have a negligible effect on the quality of the measuring signal, since the magnetic field through the substantially the size of the measuring element. 1
  • Metal body 14, 15 relative to the opening 18 and the measuring element 1 are precisely located so that on the one hand, the gas passes mainly by diffusion to the measuring points 2a, 2b and on the other hand, the distance between the
  • Opening 18 facing side of the measuring element 1 and lying in front of the opening 18 edge of the channels 16, 17 is selected so that a change in the gas concentration can be detected for example with a time resolution less than or equal to 500 milliseconds.
  • the gas guide can also be vertical through the inner part 12 and / or the inner part 14. Since in operation adjacent to the inner part 12, 14 and outer part 13, 15 each coils for
  • Metal body 14, 15 also be made in one piece. In this case are
  • first Metallköper 12, 13 and the second metal body 14, 15 made entirely of a ferromagnetic material. Although 10 currents are induced in this case in the electrical lines, but these can in principle by forming corresponding conductor loops on the
  • Circuit board 11 can be compensated.
  • a spacer 21 made of a non-magnetic material is arranged around the measuring element 1 on the circuit board 11. The thickness of the
  • Spacer 21 corresponds substantially to the thickness of the measuring element 1 and the contour of the spacer 21 is substantially the contour of the underside of the outer part 13 is modeled. As a result, the outer part 13 is after the
  • the spacer 21 may be attached to the circuit board 11, for example by gluing.
  • the measuring head 9 is arranged for operation between two coils for generating a magnetic field, so that the internal parts 12 and 14 are magnetized and a magnetic field is generated in the region of the measuring points 2a, 2b.
  • the way in which the magnetic field generated by the coils is to be varied and in a soft manner from the measured signals measured in the measuring element 1 to the concentration of a gas, in particular of oxygen in a gas sample, is not the subject of this application and the person skilled in the art known.
  • Corresponding devices and methods are known to the person skilled in the art, for example from DE 100 37 380 A1 and DE 10 2010 014 883.
  • the measuring head 9 shown in Fig. 2 can also be provided with a measuring element 1 with a measuring point or more than two measuring points become.
  • the measuring head 9 can also be constructed with a larger air gap, for example by the second metal body 14, 15
  • the opening 18 is formed only in the region of the channels 16, 17, so that the opening is not overlapped with the measuring element 1, and by the measuring element 1 with the of the membrane.
  • the spacer 21 is designed to be 100 ⁇ m to 300 ⁇ m higher than the measuring element 1, so that a corresponding air gap is formed between the measuring element 1 and inner part 12. True, this is

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

Bei einem Messkopf (9) für eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration wenigstens eines Gases, insbesondere von Sauerstoff, in einer Gasprobe, ist ein Messelement (1) im Bereich einer Öffnung auf einer Leiterplatte (11) angeordnet. Zur Gasführung ist in zwei Metallkörpern, die das Messelement (1 ) umgeben und als Magnetpole dienen, je ein Kanal (16, 17) ausgebildet, sodass die Gasprobe beim Betrieb des Messkopfes (9) zunächst durch einen der Metallkörper (12, 13) und anschließend durch die Öffnung (18) an einer der Öffnung zugewandten Seite des Messelements (1) im Wesentlichen senkrecht vorbeiströmt und durch den anderen Metallkörper (14, 15) wieder austritt.

Description

BESCHREIBUNG
Messkopf für eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration wenigstens eines
Gases in einer Gasprobe
Die Erfindung betrifft einen Messkopf für eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration wenigstens eines Gases in einer Gasprobe.
Es ist bekannt, dass sich die Wärmeleitfähigkeit paramagnetischer Gase unter dem Einfluss magnetischer Felder ändert. Die Moleküle eines paramagnetischen Gases besitzen ein permanentes magnetisches Moment, das in einem externen Magnetfeld ausgerichtet wird. Dadurch kommt es nicht nur zu einer Änderung der Suszeptibilität und somit zu einer Erhöhung des magnetischen Flusses, sondern durch die Ausrichtung der Moleküle wird auch die Möglichkeit eingeschränkt, über Stöße Wärmeenergie an benachbarte Moleküle zu übertragen. Dies führt dazu, dass sich in geringem Maße die Wärmeleitfähigkeit des Gases ändert. Dieser Effekt tritt auch in einer Mischung aus paramagnetischen und anderen Gasen zutage. Da die Änderung der Wärmeleitfähigkeit eines Gasgemisches von der Konzentration eines darin enthaltenen paramagnetischen Gases abhängt, kann durch Ermitteln der Änderung der Wärmeleitfähigkeit des Gasgemisches auf den Anteil, d. h. die Konzentration des paramagnetischen Gases geschlossen werden. Zu den paramagnetischen Gasen zählen insbesondere Sauerstoff und Stickoxide.
Eine bekannte Vorrichtung zum Messen der Konzentration eines
paramagnetischen Gases, wie insbesondere Sauerstoff, geht aus der
DE 100 37 380 A1 hervor und ist gekennzeichnet durch eine modulierbaren Magnetfeldquelle mit einem Luftspalt, eine Modulationsquelle zur Abgabe eines Modulationssignals an die Magnetfeldquelle, ein zumindest teilweise innerhalb des Luftspaltes angeordnetes, durch eine Stromquelle auf eine Arbeitstemperatur aufgeheiztes Messelement zur Abgabe eines Wärmeflussmesssignals und durch eine mit dem Messelement verbundene Filtereinrichtung zum Abtrennen von Schwankungen aus dem Wärmeflussmesssignal aufgrund der Modulation des Magnetfeldes, wobei die sich ändernde Amplitude der Schwankungen aufgrund der gasspezifischen Änderung der Wärmeleitfähigkeit ein Maß für den Anteil des paramagnetischen Gases in der Gasprobe ist. Die Messung der Konzentration des paramagnetischen Gases, insbesondere Sauerstoff, erfolgt in dem mit einer Messgasküvette bestückten Luftspalt des elektrisch modulierbaren
Magnetsystems. Eine entsprechende Messgasküvette ist beispielsweise aus der DE 102 51 130 A1 bekannt. Die dort beschriebene Messgasküvette kann beispielsweise in einen in der DE 102 41 244 C1 beschriebenen Messkopf angeordnet sein.
Bei der bekannten Messgasküvette ist ein Messelement auf einer Bodenplatte befestigt und eine Kanalplatte ist für die Gasführung im Bereich des
Messelements und um das Messelement herum ausgeschnitten. Abgedichtet wird die Messgasküvette nach oben hin durch eine Deckplatte mit mindestens zwei Bohrungen für den Gasein- und -auslass. Die Gasführung erfolgt in der
Kanalplatte parallel zur Bodenplatte auf der das im Wesentlichen plane
Messelement aufgebracht ist. Das Messelement ist gegenüber der Bodenplatte durch Abstandshalter beanstandet und weist auch einen Abstand zur Deckplatte auf. Auf diese Weise kann horizontal am Messelement vorbeigeleitetes Gas in die Bereiche oberhalb und unterhalb des Messelementes diffundieren. Aufgrund von Druckschwankungen oder schnellen Wechseln der Flussgeschwindigkeit des durch die Messgasküvette strömenden Gases, kann es zur Bildung von Wirbeln kommen, die bedingt durch die Gasführung ebenfalls horizontal, d. h. parallel zur Bodenplatte ausgerichtet sind, sodass eine gleichmäßige Begasung des
Messelements durch Diffusion erschwert wird und es zu Signalschwankungen kommen kann. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis wird somit beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bezüglich der Messsignalqualität verbesserten Messkopf für eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration wenigstens eines Gases in einer Gasprobe anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit dem Messkopf gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße Messkopf für eine Vorrichtung zum Messen der
Konzentration wenigstens eines Gases, insbesondere von Sauerstoff, in einer Gasprobe, umfasst eine Platte, die auf einer Seite ein Messelement mit
wenigstens einer Messstelle zur Erfassung der Änderung der Wärmeleitfähigkeit der Gasprobe und elektrische Leitungen trägt. Weiterhin ist oberhalb des
Messelements ein erster Metallkörper angeordnet und unterhalb des
Messelements ist unter der zweiten Seite der Platte ein zweiter Metallkörper angeordnet, wobei die Metallkörper beim Betrieb des Messkopfes als Magnetpole dienen. Erfindungsgemäß sind zur Gasführung in jedem Metallkörper ein Kanal und in der Platte eine Öffnung ausgebildet, sodass die Gasprobe beim Betrieb des Messkopfes durch einen der Metallkörper und durch die Öffnung an einer der Öffnung zugewandten Seite des Messelements vorbeiströmen und durch den anderen Metallkörper wieder austreten kann.
Dadurch, dass die dem Messelement zugeführte Gasprobe zunächst den oberhalb des Messelements befindlichen ersten Metallkörper und nachfolgend die Öffnung in der Platte passiert, bevor das Gas wieder aus dem zweiten Metallkörper austritt, kann die Richtung des Gasflusses am Messelement vorbei so eingestellt werden, dass der Gasfluss im Wesentlichen senkrecht zu dem auf der Platte angeordneten planen Messelement erfolgt. Im Wesentlichen senkrecht ist dabei so zu verstehen, dass der den Gasfluss beschreibende Strömungsvektor zumindest im Bereich der Öffnung in der Platte gegenüber der Flächennormale der Platte zwischen -6° und +6° geneigt sein kann. Durch diese Ausrichtung des Gasflusses sind Wirbel, die durch Druckschwankungen oder schnelle Wechsel der Flussgeschwindigkeit entstehen können, ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur Flächennormale und somit zum Messelement ausgerichtet. Die eingangs beschriebenen
Signalschwankungen können somit durch diese Gasführung gegenüber einer horizontalen Gasführung verringert werden.
Die Metallkörper können beispielsweise mittels Klebstoff an der Platte befestigt werden. Grundsätzlich sind die Platte und die Metallkörper derart mittelbar oder unmittelbar miteinander verbunden, dass die Metallkörper das Messelement und zumindest den vom Messelement bedeckten Teil der Platte gasdicht umschließen, sodass Gas nur über die Kanäle zum Messelement gelangen kann.
Störeffekte, die durch Überströmen des Messelements mit Gas auftreten können, können überwiegend vermieden werden, indem das Messelement auf der Platte relativ zur Gasführung so positioniert wird, dass Gas vorwiegend mittels Diffusion zum Messelement gelangt.
In vorteilhafter Weise bedeckt das Messelement die Öffnung in der Platte teilweise.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass das durch die Öffnung strömende Gas selbst dann zum Messelement und somit zu der Messstelle diffundieren kann, wenn der zweite Metallkörper unmittelbar an die Platte angrenzt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Messelement eine auf einem Trägerrahmen aufgebrachte Membran umfasst, auf der die Messstelle angeordnet ist, wobei der Trägerrahmen zumindest auf einer der Öffnung in der Platte zugewandten Seite einen Ausschnitt mit einer verringerten Höhe aufweist oder unterbrochen ist.
Durch diese Ausgestaltung des Trägerrahmens kann die Gasprobe auch dann auf der dem Trägerrahmen zugewandten Seite der Membran an die Messstelle gelangen, wenn der Trägerrahmen direkt an einer Fläche, insbesondere an der Platte oder an dem ersten Metallkörper anliegt. Auf Abstandshalter, wie sie beispielsweise in der DE 102 51 130 A1 bei der Montage des Messelements verwendet werden, kann deshalb verzichtet werden. Durch den Verzicht auf Abstandshalter ist die Spaltbreite zwischen den Magnetpolen verringert und die magnetische Flussdichte am Messort vergrößert. Dies bewirkt eine Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die die Membran tragende Seite des Messelements unmittelbar auf der Platte befestigt, der erste Metallkörper grenzt auf der von der Membran abgewandten Seite des
Trägerrahmens an das Messelement an und der zweite Metallkörper grenzt an die Platte an.
Das Wort„angrenzen" ist derart zu verstehen, dass sich erster Metallkörper und Messelement sowie zweiter Metallkörper und Platte unmittelbar berühren oder dazwischen allenfalls ein geringfügiger Luftspalt ausgebildet ist, der beispielsweise durch Fertigungstoleranzen, insbesondere beispielsweise bei einem Befestigen der Metallkörper an der Platte mittels Klebstoffes entstehen kann.
Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung kann ein besonderes geringer Luftspalt und somit eine besonders hohe Flussdichte des Magnetfelds erreicht werden. Es kann nämlich selbst dann Gas auf beiden Seiten der Membran zur Messstelle
diffundieren, wenn der erste Metallkörper das Messelement und der zweite
Metallkörper die Platte unmittelbar berühren. Da das Messelement die Öffnung der Platte teilweise bedeckt, ist zwischen Membran und zweitem Metallkörper ein Spalt in der Dicke der Platte, und da der Trägerrahmen auf der von der Platte abgewandten Seite des Messelementes einen Ausschnitt mit verringerte Höhe aufweist oder unterbrochen ist, ist auch zwischen erstem Metallkörper und
Messelement ein Zugang zur Messstelle vorhanden.
Es ist von Vorteil, wenn der erste Metallkörper und/oder der zweite Metallkörper aus einem Innenteil und einem das Innenteil zumindest teilweise umgebenden Außenteil zusammengesetzt sind.
Der mehrteilige Aufbau des ersten und/oder zweiten Metallkörpers ermöglicht einerseits, dass der im ersten Metallkörper ausgebildete Kanal und/oder der im zweiten Metallkörper ausgebildete Kanal vorteilhafter Weise durch
gegenüberliegende Aussparungen im jeweiligen Innenteil und Außenteil gebildet werden können. Dadurch lässt sich in präziser Weise auch eine gekrümmte Gasführung erreichen. Beispielsweise kann dadurch ein Gaseinlass und/oder ein Gasauslass seitlich an den Metallkörpern erfolgen, während auf den vom
Messelement abgewandten Seiten der Metallkörper jeweils Spulen angeordnet werden können, mittels derer das Magnetfeld erzeugt wird. Alternativ oder zusätzlich ermöglicht die mehrteilige Ausführung der Metallkörper, dass das Außenteil des ersten Metallkörpers und das Außenteil des zweiten Metallkörpers vorteilhafter Weise aus einem nichtmagnetischen Material bestehen.
Dadurch können die ferromagnetischen Innenteile der Metallkörper so
dimensioniert werden, dass ihre Ausdehnung im Wesentlichen der Fläche des Messelementes entspricht. Dies hat den Vorteil, dass das Magnetfeld im
Wesentlichen auf das Messelement gerichtet ist und in den auf der Platte befindlichen elektrischen Leitungen im Idealfall kein Strom induziert wird oder ein induzierter Strom derart gering ist, dass das Messsignal nicht oder nur
vernachlässigbar gestört wird. Die Außenteile werden so ausgelegt, dass sie zum einen die Innenteile gut und gasdicht aufnehmen und zum anderen gut,
beispielsweise mittels eines Klebstoffes, an der Platte befestigbar sind.
Vorteilhafterweise stehen aus wenigstens einer Seite der Platte wenigstens zwei Stifte heraus und der erste Metallkörper und/oder der zweite Metallkörper weisen jeweils wenigstens zwei Bohrungen auf, in die auf der jeweils angrenzenden Seite der Platte herausstehende Stifte eingesteckt sind.
Auf diese Weise können die Metallkörper relativ zur Platte und somit relativ zu dem auf der Platte befestigten Messelement sehr genau positioniert werden.
Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Gasfluss die Öffnung in der Platte so passiert, dass Überströmungen des Messelements vermieden werden.
Weiterhin kann gleichzeitig der Abstand zwischen dem durch die Öffnung tretenden Gasstrom und dem Messelement so gering ausgeführt werden, dass die Zeit, die das Gas benötigt, um bis zum Messelement zu diffundieren, so klein ist, dass Änderungen in der Gaskonzentration schnell erfasst werden können.
Insbesondere wird der Abstand so bemessen, dass Änderungen der
Gaskonzentration mit einer Zeitauflösung von kleiner oder gleich 500
Millisekunden erfasst werden können. Zumindest der Metallkörper über den die Gaszufuhr erfolgt, ist mittels Stiften zu positionieren. Der in Strömungsrichtung hinter der Öffnung in der Platte liegende Metallkörper kann grundsätzlich mit einer geringeren Genauigkeit positioniert werden, sodass dort Stifte nicht zwingend erforderlich sind, bevorzugt wird aber auch dieser Metallkörper mittels wenigstens zweier Stifte positioniert.
Besonders günstig ist es, wenn wenigstens einer der Stifte derart in einem Loch in der Platte angeordnet ist, dass er auf beiden Seiten der Platte heraussteht.
Auf diese Weise kann die Anzahl der zur Positionierung beider Metallkörper verwendeten Stifte möglichst gering sein.
Bevorzugt wird der erfindungsgemäße Messkopf in einer Vorrichtung zum Messen der Konzentration wenigstens eines Gases, insbesondere von Sauerstoff, in einer Gasprobe in einem medizinischen Beatmungssystem verwendet.
Für den ordnungsgemäßen Betrieb von Beatmungssystemen, beispielsweise Anästhesiesystemen und Beatmungssystemen in der Intensivmedizin, muss insbesondere die Konzentration des für die Beatmung verwendeten Sauerstoffs mit einer hohen Zeitauflösung und möglichst genau, d.h. mit einem guten Signal- zu-Rausch-Verhältnis bestimmen werden können. Dies ermöglicht der
erfindungsgemäße Messkopf.
Grundsätzlich kann mit dem erfindungsgemäßen Messkopf die Konzentration eines beliebigen paramagnetischen Gases in einer Gasprobe bestimmt werden.
Werden auf dem Messelement zwei Messstellen angeordnet, wie dies in der DE 10 2010 014 883 beschrieben ist, können zum einen Nichtlinearitäten kompensiert werden und zum anderen auch die Konzentration eines dem
Sauerstoff beigemischten Gases gleichzeitig ermittelt werden. Beispielsweise können bei Langzeitbeatmungsgeräten in der Intensivmedizin Gasgemische eingesetzt werden, die Sauerstoff und Helium enthalten. Durch die Verwendung von zwei Messstellen können mit dem erfindungsgemäßen Messkopf sowohl die Konzentration des Sauerstoffs als auch die Heliumkonzentration ermittelt werden. Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Messelement mit zwei Messstellen zum Verwenden in einem
erfindungsgemäßen Messkopf und
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Messkopf mit einem Messelement gemäß
Fig.1.
Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche Gegenstände.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Messelement 1 , das in dem in Fig.2 schematisch dargestellten Messkopf 9 verwendet wird. Das Messelement 1 umfasst einen Trägerrahmen 4, auf dem eine anästhesiemittelbeständige Membran 3
vorzugsweise aus Siliziumnitrid aufgebracht ist. Das Messelement 1 weist zwei nebeneinander angeordnete Messstellen 2a, 2b auf, die jeweils mit einer
Heizeinrichtung 7a, 7b und einer Wärmeleitungsmesseinheit 8a, 8b versehen sind. Um den Zutritt der zu analysierenden Gasprobe zu beiden Seiten der Messstelle 2a, 2b zu ermöglichen, kann entweder die Membran 3a, 3b beispielsweise durch Ätzen teilweise entfernt werden, oder der Trägerrahmen 4 wird an einer Seite, im Folgenden Vorderseite genannt, teilweise dünn geätzt, sodass er eine verringerte Höhe aufweist und Ausschnitte 5a, 5b bildet, die durch einen Steg 6 getrennt sind. Durch die Ausschnitte 5a, 5b ist ein Gaszutritt von der Vorderseite möglich.
Alternativ kann der Trägerrahmen 4 an der Vorderseite im Bereich der Messstellen 2a, 2b entfernt werden, um ebenfalls den Gaszutritt von der Vorderseite zu ermöglichen.
Ein Messelement der in der Fig. 1 gezeigten Art sowie entsprechende
Messverfahren und Messvorrichtungen zum Messen der Konzentration eines Gases in einer Gasprobe mit einem derartigen Messelement sind in der DE 10 2010 014 883 beschrieben, auf die an dieser Stelle explizit verwiesen wird.
Selbstverständlich kann in dem Messkopf 9 gemäß Fig. 2 auch ein Messelement mit einer Messstelle oder mehr als zwei Messstellen verwendet werden. Wird nur eine Messstelle verwendet, ist diese vorzugsweise mittig auf dem Messelement 1 angeordnet, sodass die im Fall des Entfernens des Trägerrahmens 4 im Bereich der Messstelle stehenbleibende Seiten des Trägerrahmens 4 eine möglichst große Breite aufweisen und somit besonders stabil sind. Bei zwei und mehr Messstellen erfolgt vorzugsweise an der Vorderseite des Trägerrahmens 4 ein Verringern der Höhe wie in Fig. 2 für zwei Messstellen 2a, 2b dargestellt, sodass entsprechende Ausschnitte gebildet werden. Beim Entfernen, d.h. durch ein Unterbrechen des Trägerrahmens 4, bleiben nämlich an der Vorderseite zwischen den Messstellen Stege ähnlich Steg 6 stehen, die aber jeweils nur an einer Schmalseite mit dem Trägerrahmen 4 verbunden sind und deshalb insbesondere bei der Montage des Messelements 1 brechen könnten.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Messkopf 9 für eine
Vorrichtung zum Messen der Konzentration wenigstens eines Gases,
insbesondere von Sauerstoff, in einer Gasprobe.
Auf einer Leiterplatte 11 sind elektrische Leitungen 10 aufgebracht, von denen der Übersichtlichkeit halber nur zwei mit einem Bezugszeichen versehen wurden. Das Messelement 1 ist mit der die Membran 3 tragende Seite auf der Leiterplatte 11 befestigt. Dabei ist das Messelement 1 mit einer in der Leiterplatte 11
ausgebildeten Öffnung 18 teilweise überlappend angeordnet. Die Vorderseite des Messelements 1 und somit die Ausschnitte 5a, 5b zeigen in Richtung der Öffnung 8. Die Befestigung des Messelementes 1 an der Leiterplatte 11 erfolgt durch Kontaktierung des Messelements 1 mit den elektrischen Leitungen 10. Hierzu sind die elektrischen Leitungen 10 bis in den Bereich der Öffnung 18 und somit in den Bereich des dort angeordneten Messelements 1 geführt. Der Verlauf der elektrischen Leitungen 10 auf bzw. in der Leiterplatte 11 ist aus
Übersichtlichkeitsgründen in Fig. 2 nicht dargestellt.
Angrenzend an die von der Membran 3 abgewandte Seite des Messelements 1 ist ein erster Metallkörper 12, 13 angeordnet. Der erste Metallkörper 12, 13 besteht aus einem Außenteil 13 und einem in dem Außenteil 13 in einer entsprechenden Ausnehmung angeordneten Innenteil 12. Das Innenteil 12 ist in dem Außenteil 13 beispielweise durch Verkleben derart befestigt, dass über die Verbindungsstellen zwischen Innenteil 12 und Außenteil 13 kein Gas aus- oder eintreten kann.
Angrenzend an die Unterseite der Leiterplatte 11 ist ein zweiter Metallkörper 14, 15 angeordnet, der aus einem Außenteil 15 und einem darin in einer
entsprechenden Aussparung angeordneten Innenteil 14 gebildet ist. Auch das Innenteil 14 ist beispielsweise durch Verkleben in dem Außenteil 5 so befestigt, dass über die Verbindungsstellen zwischen Innenteil 14 und Außenteil 15 kein Gas aus- oder eintreten kann.
In dem ersten Metallkörper 12, 13 ist ein Kanal 16 ausgebildet, der von der Oberseite der Leiterplatte 11 her in die Öffnung 18 mündet. Im zweiten
Metallkörper 14, 15 ist ein Kanal 17 ausgebildet, der von der Unterseite der Leiterplatte 11 her in die Öffnung 18 mündet. Durch die Kanäle 16, 17 kann eine Gasprobe im Wesentlichen senkrecht durch die Öffnung 18 hindurch an dem Messelement 1 vorbeigeleitet werden. Im Wesentlichen senkrecht bedeutet, dass idealer Weise der Gasstrom senkrecht zur Flächennormale der Platte 11 und somit zur Flächennormale des darauf befestigten planen Messelements 1 erfolgt. Auf diese Weise werden Signalschwankungen weitestgehend vermieden, die durch Wirbel, die aufgrund von Druckschwankungen oder schnelle Wechsel der Flussgeschwindigkeit entstehen können, da die Wirbel ebenfalls senkrecht zu Öffnung 18 und Messelement 1 ausgerichtet sind. Von einem idealen senkrechten Gasstrom kann jedöch um plus oder minus 6° abgewichen werden. Die
Signalschwankungen sind in diesem Fall vernachlässigbar. Darüber hinaus lässt sich durch eine Aufweitung des Gasstroms um einige Grad im Bereich der Öffnung eine Strömungsberuhigung erreichen. Eine entsprechende Aufweitung erfolgt beim Messkopf 9 gemäß Figur 2 dadurch, dass der Durchmesser der Kanäle 16, 17 zur Öffnung 18 hin zunimmt.
Das Gas strömt nicht unmittelbar über das Messelement 1 , sondern es gelangt im Wesentlichen durch Diffusion sowohl an die dem Innenteil 12 als auch die dem Innenteil 14 zugewandte Seite der Membran 3a, 3b. Zwischen dem Innenteil 12 und der Membran 3a, 3b ist nämlich ein Luftspalt ausgebildet, der im
Wesentlichen der Höhe des Trägerrahmens 4 entspricht, und durch die
Ausschnitte 5a, 5b kann Gas zu den Messstellen 2a, 2b diffundieren. Weiterhin ist zwischen der auf dem Trägerrahmen 4 aufgebrachten Seite des Messelements 1 und dem Innenteil 14 ein Luftspalt ausgebildet, der durch die Dicke der Leiterplatte 11 bestimmt wird. In diesem Luftspalt kann Gas bis zur Oberseite der Membran 3a, 3b diffundieren.
Im Idealfall berührt das Innenteil 12 den Trägerrahmen 4 und das Innenteil 14 berührt die Unterseite der Leiterplatte 11. Dadurch, dass der erste Metallkörper 12, 13 und der zweite Metallkörper 14, 15 beispielsweise durch Verkleben an der jeweils der Leiterplatte 11 zugewandten Seite gasdicht mit der Leiterplatte 11 verbunden werden, kann durch die Höhe der Klebestelle zusätzlich ein geringer Luftspalt zwischen Messelement 1 und Innenteil 12 sowie Leiterplatte 11 und Innenteil 14 entsteht. Dieser Luftspalt ist jedoch im Vergleich zur Dicke des
Messelements 1 und der Dicke der Leiterplatte 11 vernachlässigbar, d.h. auch in diesem Fall grenzt das Innenteil 12 und somit der erste Metallkörper 12, 13 an das Messelement 1 an während das Innenteil 14 und somit der zweite Metallkörper 14, 15 an die Leiterplatte 11 angrenzt.
Der Luftspalt zwischen den Innenteilen 12 und 14 ergibt sich im Wesentlichen aus der Summe der Dicke des Messelements 1 und der Dicke der Leiterplatte 11. Auf diese Weise kann ein besonders kompakter Messkopf 9 mit einem möglichst kleinen Luftspalt zwischen den durch den ersten Metallkörper 12, 13 und den zweiten Metallkörper 14, 15 gebildeten Magnetpolen hergestellt werden. Typische Dicken von Leiterplatten 11 und Messelementen 1 liegen jeweils in der
Größenordnung von 300 bis 400 μιη, so dass ein Luftspalt von weniger als 1mm erreicht werden kann.
Die Kanäle 16, 17 sind in Fig. 2 gekrümmt ausgeführt. Dies ist besonders vorteilhaft dadurch möglich, dass der erste Metallkörper 12, 13 und der zweite Metallköper 14, 15 jeweils aus einem Außenteil 13, 15 und einem Innenteil 12, 14 gefertigt wurden. Dabei wurde jeweils in den Innenteilen 12, 14 und den
Außenteilen 13, 15 eine Aussparung ausgebildet, sodass beim Ineinanderfügen der Teile die Aussparungen gegenüberliegen und die Kanäle 16, 17 bilden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind die Innenteile 12, 14 aus einem magnetisierbaren Metall gefertigt, sodass beim Anordnen des Messkopfes 9 zwischen zwei Spulen die Innenteile 12, 14 magnetisiert werden können und somit im Bereich des Messelements 1 ein magnetisches Feld aufgebaut werden kann. Die Außenteile 13, 15 sind aus einem nichtmagnetisierbaren Material gefertigt. Beispielsweise werden die Außenteile 13, 15 aus Aluminium oder einen
keramischen Material wie Aluminiumoxid (AI2O3) gefertigt. Diese Materialien sind nicht nur anästhesiemittelbeständig sondern dadurch, dass sie nicht magnetisch sind, wird beim Betrieb des Messkopfes 9 zwischen den Außenteilen 13, 15 kein oder ein vernachlässigbares magnetisches Feld ausgebildet. Störende
Induktionsströme in den elektrischen Leitungen 10 werden vermieden oder haben eine vernachlässigbare Auswirkung auf die Qualität des Messsignals, da das Magnetfeld durch die im Wesentlichen der Größe des Messelements 1
entsprechenden Ausdehnung von Innenteil 12 und Innenteil 14 überwiegend auf das Messelement 1 gerichtet ist.
Eine präzise Positionierung der Metallkörper 12, 13 und 14, 15 auf der Leiterplatte 1 wird durch Stifte 19, 20 gewährleistet, die durch Löcher in der Leiterplatte 11 gesteckt und in den Löchern beispielsweise fest eingepresst und/oder verklebt sind. Auf diese Weise können der erste Metallkörper 12, 13 und der zweite
Metallkörper 14, 15 relativ zur Öffnung 18 und zum Messelement 1 derart präzise lokalisiert werden, dass einerseits das Gas überwiegend durch Diffusion zu den Messstellen 2a, 2b gelangt und andererseits der Abstand zwischen der zur
Öffnung 18 zeigenden Seite des Messelements 1 und der vor der Öffnung 18 liegenden Kante der Kanäle 16, 17 so gewählt wird, dass eine Änderung in der Gaskonzentration beispielsweise mit einer Zeitauflösung kleiner oder gleich 500 Millisekunden erfasst werden kann.
Selbstverständlich kann in einer nicht dargestellten Variante die Gasführung auch senkrecht durch das Innenteil 12 und/oder das Innenteil 14 erfolgen. Da im Betrieb angrenzend am Innenteil 12, 14 und Außenteil 13, 15 jeweils Spulen zum
Erzeugen des Magnetfeldes angeordnet sind, ist in diesem Fall eine Zuführung und Ableitung des Gases durch die Spulen erforderlich, die bei der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführung der Kanäle 16, 17 vermieden werden kann. Selbstverständlich können der erste Metallkörper 12, 13 und der zweite
Metallkörper 14, 15 auch einstückig ausgeführt sein. In diesem Fall sind
selbstverständlich der erste Metallköper 12, 13 und der zweite Metallkörper 14, 15 vollständig aus einem ferromagnetischen Material gefertigt. Zwar werden in diesem Fall in den elektrischen Leitungen 10 Ströme induziert, diese können aber grundsätzlich durch das Ausbilden entsprechender Leiterschleifen auf der
Leiterplatte 11 kompensiert werden.
Um die Montage des ersten Metallkörpers 12, 13 auf dem Messelement 1 und die Befestigung des ersten Metallkörpers 12, 13 an der Leiterplatte 11 zu erleichtern, ist auf der Leiterplatte 11 ein Abstandsstück 21 aus einem nichtmagnetischen Material um das Messelement 1 herum angeordnet. Die Dicke des
Abstandsstücks 21 entspricht im Wesentlichen der Dicke des Messelements 1 und die Kontur des Abstandsstücks 21 ist im Wesentlichen der Kontur der Unterseite des Außenteils 13 nachgebildet. Dadurch liegt das Außenteil 13 nach dem
Aufstecken auf die Stifte 19, 20 flach und ohne verkippen zu können an dem Abstandsstücks 21 und dem Messelement 1 an und kann mit dem Abstandsstück 21 und/oder an seinem äußeren Rand mit der Leiterplatte 11 beispielsweise durch Verkleben gasdicht verbunden werden. Das Abstandsstück 21 kann auf der Leiterplatte 11 beispielsweise durch Verkleben befestigt sein.
Wie bereits ausgeführt, wird der Messkopf 9 zum Betrieb zwischen zwei Spulen zum Erzeugen eines Magnetfeldes angeordnet, sodass die Innenteile 12 und 14 magnetisiert werden und im Bereich der Messstellen 2a, 2b ein Magnetfeld erzeugt wird. In welcher Weise das durch die Spulen erzeugte Magnetfeld zu variieren ist und auf weiche Art und Weise aus den in dem Messelement 1 gemessenen Messsignalen auf die Konzentration eines Gases, insbesondere von Sauerstoff in einer Gasprobe geschlossen werden kann, ist nicht Gegenstand dieser Anmeldung und dem Fachmann bekannt. Entsprechende Vorrichtungen und Verfahren sind dem Fachmann beispielsweise aus der DE 100 37 380 A1 sowie der DE 10 2010 014 883 bekannt.
Selbstverständlich kann der in Fig. 2 dargestellte Messkopf 9 auch mit einem Messelement 1 mit einer Messstelle oder mehr als zwei Messstellen versehen werden. Weiterhin kann der Messkopf 9 auch mit einem größeren Luftspalt konstruiert werden, indem beispielsweise der zweite Metallkörper 14, 15
unmittelbar an die Leiterplatte 1 1 angrenzt, die Öffnung 18 lediglich im Bereich der Kanäle 16, 17 ausgebildet ist, sodass die Öffnung nicht mit dem Messelement 1 überlappt, und indem das Messelement 1 mit der von der Membran 3
abgewandten Seite des Trägerrahmens 4 unmittelbar auf der Leiterplatte 1 1 befestigt ist. Damit in diesem Fall Gas auch von oben auf die Membran 3 diffundieren kann, ist beispielsweise das Abstandsstück 21 um 100 pm bis 300 pm höher ausgebildet als das Messelement 1 , sodass zwischen Messelement 1 und Innenteil 12 ein entsprechender Luftspalt entsteht. Zwar wird bei dieser
alternativen Konfiguration durch den vergrößerten Luftspalt der magnetische Fluss zwischen Innenteil 12 und Innenteil 14 verringert und somit das Signal-zu-Rausch- Verhältnis verschlechtert, kann aber noch ausreichen, um verwertbare
Messergebnisse zu erzielen.
BEZUGSZEICHENLISTE Messelement
Messstelle(n)
Membran(en)
Trägerrahmen
Ausschnitt(e)
Steg
Heizeinrichtung(e)
Wärmeleitungsmesseinheit(en)
Messkopf
elektrische Leitungen
Leiterplatte
Innenteil des ersten Metallkörpers
Außenteil des ersten Metallkörpers
Innenteil des zweiten Metallkörpers
Außenteil des zweiten Metallkörpers
Kanal im ersten Metallkörper
Kanal im zweiten Metallkörper
Öffnung in der Leiterplatte
Stift
Stift
Abstandsstück

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Messkopf (9) für eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration
wenigstens eines Gases, insbesondere von Sauerstoff, in einer Gasprobe, umfassend folgende Merkmale:
a) eine Platte (1 1 ) trägt auf einer Seite ein Messelement (1 ) mit wenigstens einer Messstelle (2a, 2b) zur Erfassung der Änderung der
Wärmeleitfähigkeit der Gasprobe und elektrische Leitungen (10) b) oberhalb des Messelements (1 ) ist ein erster Metallkörper (12, 13)
angeordnet und unterhalb des Messelements (1 ) ist unter der zweiten Seite der Platte (1 1 ) ein zweiter Metallkörper (14, 15) angeordnet, wobei die Metallkörper beim Betrieb des Messkopfes (9) als Magnetpole dienen,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Gasführung in jedem Metallkörper ein Kanal (16, 17) und in der Platte (1 1 ) eine Öffnung (18) ausgebildet sind, sodass die Gasprobe beim Betrieb des Messkopfes (9) durch einen der Metallkörper (12, 13) und durch die Öffnung (18) an einer der Öffnung zugewandten Seite des Messelements (1 ) vorbei strömen und durch den anderen Metallkörper (14, 15) wieder austreten kann.
Messkopf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Messelement (1 ) die Öffnung in der Platte (1 1 ) teilweise bedeckt.
Messkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (1 ) eine auf einem Trägerrahmen (4) aufgebrachte Membran (3) umfasst, auf der die Messstelle (2a, 2b) angeordnet ist, wobei der Trägerrahmen (4) zumindest auf einer der Öffnung (18) in der Platte (1 1 ) zugewandten Seite einen Ausschnitt (5a, 5b) mit einer verringerten Höhe aufweist oder unterbrochen ist.
Messkopf nach Anspruch 3 rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - die die Membran (3) tragende Seite des Messelements (1 ) unmittelbar auf der Platte (11 ) befestigt ist,
- der erste Metallkörper (12, 13) auf der von der Membran abgewandten Seite des Trägerrahmens (4) an das Messelement (1 ) angrenzt,
- und der zweite Metallkörper (14, 15) an die Platte (1 1 ) angrenzt.
Messkopf nach einem der Ansprüche 1 , 2, 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Metallkörper (12, 13) und/oder der zweite Metallkörper (14, 15) aus einem Innenteil (12, 14) und einem das Innenteil (12, 14) zumindest teilweise umgebenden Außenteil (13, 15)
zusammengesetzt sind.
Messkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (13) des ersten Metallkörpers und das Außenteil (15) des zweiten
Metallkörpers aus einem nichtmagnetischen Material bestehen.
Messkopf nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der im ersten Metallkörper (12, 13) ausgebildete Kanal (16) und/oder der im zweiten Metallkörper (14, 15) ausgebildete Kanal (17) durch
gegenüberliegende Aussparungen im jeweiligen Innenteil (12, 14) und Außenteil (13, 15) gebildet werden.
Messkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass aus wenigstens einer Seite der Platte (1 1 ) wenigstens zwei Stifte (19, 20) herausstehen und der erste Metallkörper (12, 13) und/oder der zweite Metallkörper (13, 14) jeweils wenigstens zwei Bohrungen aufweisen, in die auf der jeweils angrenzenden Seite der Platte (1 1 ) herausstehende Stifte (19, 20) eingesteckt sind.
Messkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Stifte (19, 20) derart in einem Loch in der Platte (1 1 ) angeordnet ist, dass er auf beiden Seiten der Platte (1 1 ) heraussteht.
10. Verwendung eines Messkopfes (9) gemäß einem der vorstehenden
Ansprüche in einer Vorrichtung zum Messen der Konzentration wenigstens eines Gases, insbesondere von Sauerstoff, in einer Gasprobe in einem medizinischen Beatmungssystem.
PCT/EP2012/000755 2011-04-27 2012-02-21 Messkopf für eine vorrichtung zum messen der konzentration wenigstens eines gases in einer gasprobe WO2012146330A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR112013023781-3A BR112013023781B1 (pt) 2011-04-27 2012-02-21 cabeça de medição para um dispositivo para medição da concentração de ao menos um gás em uma amostra de gás
CN201280020184.7A CN103547913B (zh) 2011-04-27 2012-02-21 用于对气体样品中的至少一种气体的浓度测量的装置的测量头
US14/113,647 US9360441B2 (en) 2011-04-27 2012-02-21 Measuring head for a device for measuring the concentration of at least one gas in a gas sample

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011018670A DE102011018670B4 (de) 2011-04-27 2011-04-27 Messkopf über eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration wenigstens eines Gases in einer Gasprobe
DE102011018670.0 2011-04-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012146330A1 true WO2012146330A1 (de) 2012-11-01

Family

ID=45876656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/000755 WO2012146330A1 (de) 2011-04-27 2012-02-21 Messkopf für eine vorrichtung zum messen der konzentration wenigstens eines gases in einer gasprobe

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9360441B2 (de)
CN (1) CN103547913B (de)
BR (1) BR112013023781B1 (de)
DE (1) DE102011018670B4 (de)
WO (1) WO2012146330A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014203516A1 (de) * 2014-02-27 2015-08-27 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Wälzlager mit einer integrierten Winkelmesseinrichtung
TWI484171B (zh) * 2014-03-04 2015-05-11 Univ Nat Changhua Education A method for the determination of fluid concentration by magnetic catalysis
DE102014017619B4 (de) 2014-11-28 2023-03-23 Drägerwerk AG & Co. KGaA Sensormodul für atembare Gasgemische, Beatmungsgerät, Therapiegerät und Verfahren zur Messung mehrerer Gase eines atembaren Gasgemisches
DE102018006868B4 (de) * 2018-08-30 2020-03-19 Diehl Metering Gmbh Messeinrichtung zur Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit eines Fluids
DE102021111431A1 (de) 2020-06-29 2021-12-30 Dräger Safety AG & Co. KGaA Überwachungssystem
DE102021126106A1 (de) 2021-10-08 2023-04-13 Drägerwerk AG & Co. KGaA Messsystem zur Bestimmung von Gaskonzentrationen

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3866461A (en) * 1970-04-11 1975-02-18 Hartmann & Braun Ag Para-magnetic gas analyzer
DE10037380A1 (de) 1999-10-30 2001-05-17 Draeger Medizintech Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Messen der Konzentration eines paramagnetischen Gases
DE10241244C1 (de) 2002-09-06 2003-08-21 Draeger Medical Ag Messkopf für eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines paramagnetischen Gases
DE10251130A1 (de) 2002-11-02 2004-05-19 Dräger Medical AG & Co. KGaA Messgasküvette für eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines paramagnetischen Gases
DE102010014883A1 (de) 2010-04-14 2011-10-20 Dräger Medical GmbH Vorrichtung zum Messen der physikalischen Eigenschaften von Gasen

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL81406C (de) * 1949-12-22
US2903883A (en) * 1955-02-21 1959-09-15 Onera (Off Nat Aerospatiale) Devices for measuring the relative amount of a paramagnetic gas in a gaseous mixture
US3888110A (en) * 1964-09-18 1975-06-10 Anthony John Clark Apparatus for the determination of the thermal conductivity of gases
CN2110874U (zh) 1992-02-18 1992-07-22 中国石油化工总公司 一种氧化锆测氧传感器
GB2355806B (en) * 1999-10-30 2001-12-12 Draeger Medizintech Gmbh Device and method for measuring the concentration of a paramagnetic gas
DE10053314B4 (de) * 2000-10-27 2012-02-09 Abb Research Ltd. Vorrichtung zum Messen der Sauertoffkonzentration in Gasen

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3866461A (en) * 1970-04-11 1975-02-18 Hartmann & Braun Ag Para-magnetic gas analyzer
DE10037380A1 (de) 1999-10-30 2001-05-17 Draeger Medizintech Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Messen der Konzentration eines paramagnetischen Gases
DE10241244C1 (de) 2002-09-06 2003-08-21 Draeger Medical Ag Messkopf für eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines paramagnetischen Gases
DE10251130A1 (de) 2002-11-02 2004-05-19 Dräger Medical AG & Co. KGaA Messgasküvette für eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines paramagnetischen Gases
DE102010014883A1 (de) 2010-04-14 2011-10-20 Dräger Medical GmbH Vorrichtung zum Messen der physikalischen Eigenschaften von Gasen

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011018670B4 (de) 2012-12-06
BR112013023781B1 (pt) 2020-10-27
BR112013023781A2 (pt) 2016-12-06
US20140041438A1 (en) 2014-02-13
US9360441B2 (en) 2016-06-07
DE102011018670A1 (de) 2012-10-31
CN103547913B (zh) 2016-05-04
CN103547913A (zh) 2014-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011018670B4 (de) Messkopf über eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration wenigstens eines Gases in einer Gasprobe
DE102011106410B3 (de) Atemalkoholgehaltmessgerät
DE102005028572B4 (de) Stromsensoranordung mit einem Magnetkern
DE112013006710B4 (de) Magnetischer Kernflusssensor
DE19513459A1 (de) Ionenmobilitätsspektrometer mit flexiblen gedruckten Leiterplatten und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102011107703A1 (de) Integrierter Stromsensor
DE102010014883A1 (de) Vorrichtung zum Messen der physikalischen Eigenschaften von Gasen
WO2016034544A1 (de) Kühlplatte
DE10003584A1 (de) Verfahren zur Bestimmung der Stromdichteverteilung in Brennstoffzellenstocks durch Messung des den Stock umgebenen magnetischen Feldes
EP0100429A2 (de) Messumformer
DE4223862A1 (de) Magneteinrichtung mit einem ein magnetisches streufeld erzeugenden jochkoerper
DE102012014266A1 (de) Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
DE3248184C2 (de) Röngtenstrahlungsdetektor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2747619A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum untersuchen eines gasfoermigen fluids
DE19542899A1 (de) Wechselstromsensor auf der Basis einer Parallelplattengeometrie und mit einem Shunt zur Selbstspeisung
DE102022111704A1 (de) Ionenmobilitätsanalysator
DE3435455A1 (de) Vorrichtung mit zwei hallgeneratoren zur messung der gradienten magnetischer felder
DE3517145A1 (de) Analysegeraet zur messung des sauerstoffgehaltes von gasen
DE10251130B4 (de) Messgasküvette für eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines paramagnetischen Gases
EP0359922A1 (de) Vorrichtung zur Messung eines magnetischen Feldes
DE10241244C1 (de) Messkopf für eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines paramagnetischen Gases
DE3932572C2 (de)
DE4201216C1 (en) Oxygen@ sensor for gas mixt. - measures difference in flow speed in two stream channels etched into wafer substrate by two thermo anemometers
DE4320607C2 (de) Anordnung zur Spurengasanalyse
DE10053314B4 (de) Vorrichtung zum Messen der Sauertoffkonzentration in Gasen

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201280020184.7

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12710127

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14113647

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112013023781

Country of ref document: BR

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12710127

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112013023781

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20130917