DD249096B3 - Einrichtung zum messen einer mittleren gaskonzentration - Google Patents

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der mittleren Gaskonzentration in einem periodisch sich verändernden Gasstrom, insbesondere der Sauerstoff- bzw. Kohlendioxidkonzentration des Atemgases bei der Atemgasanalyse.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur direkten Messung des Gasstoffwechsels in der medizinischen Diagnostik stehen eine Vielzahl von Einrichtungen und Verfahren zur Verfügung. Dabei besteht die Aufgabe, neben dem Atemgasstrom (Atemzeitvolumen) vor allem im exspiratorischen Gasstrom die im Mittel ausgeatmete Gaskonzentration, vorzugsweise Kohlendioxid- und Sauerstoffkonzentration, genau zu bestimmen. Die Gaskonzentration ändert sich dabei im Verlauf einer Atemperiode erheblich.

Für die momentane Messung ist im wesentlichen folgendes Verfahren bekannt:

Erfassung der Gaskonzentration mit Hilfe einer Meßeinrichtung (Meßsonde), die eine sehr kleine Einstellzeit besitzt und direkt im Atemgasstrom angeordnet ist. Anschließend wird durch eine elektronische Meßwertverarbeitung eine Integration der mit dem momentanen Gasfluß gewichteten Gaskonzentrationsfunktion über die Zeit durchgeführt.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß ein hoher Aufwand an Elektronik und Rechentechnik erforderlich ist, um den Mittelwert der Gaskonzentration zu bestimmen.

Weiterhin ist es bekannt, die mittlere Gaskonzentration in einem Gasprobensammler, dem eine der Atemströmung proportionale kleine Gasprobe (Meßgasstrom) zugeführt wird, mit bekannten Meßeinrichtungen zu messen. Durch eine spezielle Steuerung der Absaugvorrichtung für den Meßgasstrom oder bei einer zwangsweisen Meßgaszuführung, beispielsweise mit einem Pitot-Rohr, muß eine repräsentative Gasprobe gewonnen werden, die alle Anteile der Atemluft im richtigen Verhältnis zueinander enthält (aliquoter Anteil). Andererseits muß im Gasprobensammler stets eine homogene, d. h. durchmischte Gasprobe, was oft nur durch aktive oder passive Durchmischung erzielt wird, vorliegen.

Von Nachteil ist bei diesen Einrichtungen, daß es sich bei universell anwendbaren Meßeinrichtungen, d.h. Meßgeräten, die für einen weiten Variationsbereich der Volumenstromwerte (Atemzeitvolumen) einsetzbar sind, nicht umgehen läßt, daß zum Teil erheblich hohe Einstellzeiten vorliegen. Eine derartige Trägheit der Meßeinrichtung ist bei vielen medizinischen Einsatzvarianten unerwünscht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer universellen Gaskonzentrationsmeßeinrichtung, vorzugswise für die medizinische Anwendung, bei Beseitigung der Mängel der bekannten technischen Lösungen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Messen der mittleren Sauerstoffkonzentration, Kohlendioxidkonzentration oder dgl. in einem Gasstrom mit einer periodisch veränderlichen Gaszusammensetzung, beispielsweise im exspiratorischen Atemgasstrom, zu schaffen. Die Einrichtung soll für einen weeiten Einsatzbereich bei geringem technischen Aufwand geeignet sein sowie schnell und trägheitslos das Meßergebnis liefern. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Gaskonzentrations-Meßeinrichtung (Meßsonde) zur Messung der Gaskonzentration, z. B. Clark-Elektrode bei der Messung der Sauerstoffkonzentration, die in einer Meßkammer angeordnet ist, welche über Leitungen mit dem Gasstrom verbunden ist, dadurch gelöst, daß zur Zuführung des Gases die Meßkammer über mindestens zwei dünne Verzögerungsleitungen verbunden ist. Diese Leitungen sind strömungsdynamisch so ausgelegt, daß

durch jede Verzögerungsleitung der gleiche Teilgasstrom in die Meßkammer eingespeist wird und daß die mittleren Verweilzeiten in jeder dieser Leitungen unterschiedlich sind in einem festen Verhältnis zueinander stehen. Die Verweilzeitdifferenzen zwischen zeitlich benachbarten Verzögerungsleitungen sollen dabei nahezu übereinstimmen. Die Differenz zwischen der kleinsten und der größten Verweilzeit darf nicht wesentlich kleiner als die Dauer einer Gasströmungsperiode sein. Eine Leitung dient der Rückführung des Gases in den Hauptgasstrom. Das Meßkammervolumen und die Dimensionierung der Verzögerungsleitungen soll so gewählt sein, daß in die Meßkammer zu jeder Zeit ein dem Hauptgasstrom repräsentatives, d.h. mit der einer Atemgasperiode entsprechenden mittleren Gaskonzentration behaftetes Gasgemisch eingespeist wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Mündungsstellen der Verzögerungsleitung und der Leitung für die Gasrückführung schwenkbar im Hauptgasstrom angeordnet sind, so daß sich der Anteil des Meßgasstromes am Hauptgasstrom wahlweise einstellen läßt.

Dadurch ist es möglich, die Meßgaseinspeisung in die Meßkammer entsprechend der physiologischen Atem bedingungen auf einen meßtechnisch optimalen Wert einzustellen (Meßgasvolumen pro Atemzug/Meßkammervolumen = 1). Die Verzögerungsleitungen sind zur Realisierung der unterschiedlichen Verweilzeiten in ihrer Länge und/oder im Durchmesser unterschiedlich bemessen oder bestehen bei gleichem Durchmesser aus mehreren zu Bündeln zusammengefaßten Leitungen unterschiedlicher Bündellänge.

Ausführungsbeispiel

In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: eine Einrichtung mit Verzögerungsleitungen unterschiedlicher Länge, Fig.2: eine Einrichtung mit Leitungsbündeln.

In Figur 1 ist in einer Meßkammer 1, die außerhalb des Hauptgaskanals 2 angeordnet ist, die Meßsonde 3 angeordnet.

Verzögerungsleitungen 4,4' und 4" zur Meßgaszuführung und eine Leitung 5 zur Meßgasrückführung verbinden die Meßkammer 1 mit dem Hauptgaskanai 2. Die Verzögerungsleitungen 4 sind unterschiedlich bemessen, haben aber strömungsdynamisch den gleichen Strömungswiderstand. Es sind dünne Rohre mit kreisförmigem Querschnitt. Folgende Dimensionierung erfüllt die Bedingungen:

Verzögerungsleitung 4: 40mm Länge, 1 mm Durchmesser,

Verzögerungsleitung4': 63mm Länge, 1,12mm Durchmesser,

Verzögerungsleitung4": 82mm Länge, 1,20mm Durchmesser.

Die Öffnungen sowohl der Verzögerungsleitungen 4 als auch der Leitung 5 können im Hauptkanal Öffnungen in einem Strömungskörper 6 sein, wobei die Eingangsöffnungen der Verzögerungsleitungen 4 an einem Ort von Überdruck und die Ausgangsöffnung der Leitung 5 an einem Ort von Unterdruck angeordnet sind.

Die Ausführungsform in Fig. 2 unterscheidet sich durch eine andere Ausbildung der Verzögerungsleitungen 4 zur Meßgaszuführung in die Meßkammer 1.

Die Verzögerungsleitungen 4 bestehen jeweils aus mehreren dünnen Rohren gleichen Durchmessers. Um den erfindungsgemäßen Strömungsbedingungen gerecht zu werden, besteht jede Verzögerungsleitung 4 aus einer unterschiedlichen Anzahl einzelner Rohre von jeweils gleicher Länge.

Die Bedingungen erfüllen:

Verzögerungsleitung 4: 1 Rohr mit 0,25mm Durchmesser,

Verzögerungsleitung 4': 5 Rohre mit je 0,25mm Durchmesser je 150mm Länge, Verzögerungsleitung 4": 7 Rohre mit je 0,25mm Durchmesser je 210 mm Länge.

Claims (3)

1. Einrichtung zum Messen der mittleren Gaskonzentration mit einer Meßsonde in einer außerhalb des Hauptgasstromes angeordneten Meßkammer, die mit dem Hauptgaskanal über wenigstens zwei verschiedene dünne Verzögerungsleitungen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitungen (4) strömungsdynamisch so dimensioniert sind, daß durch jede der gleiche Meßgasteilstrom in die Meßkammer (1) eingespeist wird, daß die mittleren Verweilzeiten der Meßgasteilströme in den Verzögerungsleitungen (4) unterschiedlich sind und daß die Differenz zwischen den Verweilzeiten zeitlich benachbarter Verzögerungsleitungen (4) gleich ist und die maximale Differenz der Verweilzeiten größer oder gleich einer Gasströmungsperiode ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitungen (4) zueinander in ihrem Durchmesser und/oder ihrer Länge unterschiedlich sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsstellen der in den Hauptgaskanal (2) mündenden Leitungen gegen die Hauptgaskanalachse schwenkbar ausgeführt sind.