DK158858B - Apparat til bestemmelse af koncentrationen af en paramagnetisk gas ved maaling af gastrykket under paatrykning af et ac-magnetfelt - Google Patents

Description

DK 158858 B

Opfindelsen angår et apparat til bestemmelse af koncentrationen af en paramagnetisk gas ved måling af gastrykket under påtrykning af et AC-magnetfelt, hvilket apparat omfatter en elektromagnet med et næsten sluttet ferromagnetisk kredsløb og 5 et luftgab, idet der i luftgabet er indrettet et målekammer med tilgangs- og afgangsledninger for en analysegas og en gas af en kendt magnetisk susceptibi1itet, hvorhos der er indrettet organer for måling af de differentielle gastryk i de respektive ledninger ved tilførsel af en vekselstrøm til elek-10 tromagneten.

I de kendte apparater af denne art kræves der et ret kraftigt AC-magnetfelt for at få et acceptabelt målesignal. Magnetfeltet genereres enten ved hjælp af en elektromagnet eller meka-15 nisk ved hjælp af en reluktansmodulator (US patentskrift nr. 3.240.051) eller ved hjælp af et roterende magnetsystem. Et mekanisk system kan kun arbejde ved en forholdsvis lav målefrekvens, eksempelvis 10 Hz, og er derfor følsomt overfor støj og vibrationer. Med en elektromagnet kan man komme op på høje-20 re frekvenser,· eksempelvis 100-200 Hz. I dette tilfælde kræves der imidlertid en forholdsvis høj elektrisk effekt.

Ifølge opfindelsen er det anvist, hvorledes effektforbruget vil kunne reduceres betydeligt, og dette formål er ifølge op-25 findelsen opnået ved, at AC-magnetfeltet i luftgabet er overlejret af et 0C-magnetfelt tilvejebragt ved hjælp af en perma nent magnet.

Måleresultatets amplitude afhænger af produktet af AC-feltet 30 og DC-feltet, og hvis OC-feltet er tilstrækkeligt stort, kan AC-feltet og derigennem den tilførte effekt reduceres tilsvarende. Derved bliver det også lettere at frafiltrere visse uønskede signaler. 1

Hvis man ønsker at anvende et ferromagnetisk kredsløb be stående af ferrit, kan det magnetiske DC-kredsløb udgøres af et lokalt kredsløb, idet man derved undgår at mætte ferrit- 2

DK 158858 B

kernen. Det lokale magnetiske kredsløb kan f.eks. tilvejebringes ved hjælp af to ringformede permanent magneter, der omgiver målekammeret og holdes adskilt af en skive af blødt jern.

5 Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et apparat til måling af den magnetiske suscepti-bilitet af en gas, 10 fig. 2 en illustration af, hvorledes AC-magnetfeltet kan overlejres af et DC-felt fra en permanent magnet, fig. 3 en illustration af en elektromagnet, hvor AC-magnetfel-15 tet overlejres af et lokalt DC-magnetfelt og fig. 4 et paramagnetisk målesudstyr i kombination med et fotoakustisk måleudstyr.

20 Ifølge opfindelsen er der tilvejebragt et apparat til overvågning af sammensætningen af anæstesigasser, som ind- og udåndes af en patient under bedøvelse. De gasser, der ønskes målt, er 02/ N2O, CO2 samt en bedøvelsesgas, såsom halothan, enfluran eller isofluran. Alle gasser med undtagelse af ilt kan måles 25 fotoakustisk. Iltindholdet vil derimod kunne overvåges ved hjælp af et apparatur, der udnytter iltens særlige paramagne-tiske egenskaber. Iltens magnetiske susceptibi 1 itet er meget stor, ca. 200 gange større end ¾ksempe^vis susceptibi1 i teten af N2O. En måling af anæstes i gassens susceptibi1itet giver derfor 30 stort set iltkoncentrat ionen. Måleprincippet er vist i fig. 1. Anæstesigassen og en referencegas ledes hver for sig via akustiske filtre 1, 2 ind i et målekammer 3. Målekammeret befinder sig inde i et magnetfelt. For en paramagnetisk gas vil trykket inde i magnetfeltet være større end uden for. Trykdif-35 ferensen er B2

DK 158858 B

3

P = P X

2Po hvor p er iltens massefylde 5 X er dens specifikke magnetiske susceptibi1 itet MO = 4 π · 10“7 Vs/AM og B er det magnetiske B-felt.

Med et AC-magnetfelt i målekammeret 3 fås et akustisk diffe-10 renssignal imellem to mikrofoner 4, 5, der er sluttet til henholdsvis anæstesigasledningen og referencegasledningen. Differenssignalet er 4PRMS = APX-^S hvor 15- 2U0 Δρ er differensen imellem anæstesigassens og referencegassens i 1 tkoncentrat i on .

20 Der kræves imidlertid et relativt kraftigt AC-magnetfelt for at få et acceptabelt målesignal. Eksempelvis giver et B-felt på 0,35 T et målesignal på 50 dB med 21% ilt. AC-feltet genereres ved hjælp af en elektromagnet. Med en elektromagnet kan man komme op på en målefrekvens på ca. 100-200 Hz. Der kræves 25 imidlertid en forholdsvis stor elektrisk effekt, og apparaturet bliver forholdsvis stort.

Effektforbruget kan imidlertid reduceres væsentligt ved at overlejre AC-feltet med en DC-felt fra en permanent magnet.

30

Fig. 2 viser en elektromagnet uden permanent magnet og en elektromagnet med permanent magnet. Uden permanent magnet fås et signal ved frekvensen 2 ω, med en effekt, der er proportio- nal med _L_, hvor Bj er amplituden af AC-magnetfeltet i luft-2 35 gabet.

DK 158858B

4

Til en magnetkreds med permanent magnet fås en effekt, der er proportional med 2 Bgbg, hvor bo er amplituden af AC-magnet-feltet i luftgabet, og Bg er DC-magnetfeltet.

5 Hvis * 2 Bgbg fås samme målesignal i de to tilfælde. Dette 2 er ensbetydende med, at den tilfarte effekt vil kunne reduceres med en faktor **0. Hvis der f.eks. ønskes et målesignal på b0 10 50 dB ved et iltindhold på 21%, kræves der, at B^ = 0,35 T.

Samme signal vil kunne opnås med f.eks. Bg = 0,6 T og bg = 0,05 T i systemet med permanentmagnet. Den tilførte elektriske effekt vil derved kunne reduceres med en faktor på

Bg _ 0,6 _ 22.

15 bg 0,05 DC-feltet må imidlertid ikke være så kraftigt, at det bløde jern mættes. Endvidere er der grænser for, hvor højt man kan gå op i frekvens med almindeligt blødt jern.

20

Hvis man skal højere op i frekvens, må der anvendes en kerne af ferrit. Dette materiale har imidlertid en lille mætningsinduktion, og for at undgå at ferritten mættes, anvendes der et lokalt DC-kredsløb. Derved føres der ikke DC-flux igennem fer-25 ritten.

Fig. 3 viser et magnetsystem med et sådant lokalt magnetisk kredsløb. Det lokale magnetiske kredsløb tilvejebringes ved hjælp af to ringformede permanente magneter 7, der omgiver må-30 lekammeret, og som holdes adskilt af en skive 8 af blødt jern.

Den ydre ferrit 9 skærmer effektivt for spredningsfeltet fra luftgabet. Da ferritten 9 kun bærer AC-felt, vil det spredningsfelt, der trods alt er tilbage, være rent AC. Sprednings-feltet påvirker mikrofonernes 4, 5 membran, som er af nikkel 35 og giver anledning til, at der opstår et falsk signal ved en frekvens på 2 ω, altså det dobbelte af målefrekvensen.

Claims (4)

1. Apparat til bestemmelse af koncentrationen af en paramag- netisk gas ved måling af gastrykket under påtrykning af et AC-magnetfelt, hvilket apparat omfatter en elektromagnet med et næsten sluttet ferromagnetisk kredsløb (9) og et luftgab, idet der i luftgabet er indrettet et målekammer (14) med tilgangs-35 og afgangsledninger for en analysegas og en gas af en kendt magnetisk susceptibi1 itet, hvorhos der er indrettet organer (12, 13) for måling af de differentielle gastryk i de respek- DK 158858 B tive ledninger ved tilførsel af en vekselstrøm til elektromagneten, kendetegnet ved, at AC-magnetfeltet i luftgabet overlejres af et OC-magnetfelt tilvejebragt ved hjælp af en permanent magnet (7). 5

2. Paramagnetisk gasanalysator ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det magnetiske DC-kredsløb er et lokalt kredsløb.

3. Paramagnetisk gasanalysator ifølge krav 2, kende tegnet ved, at det lokale magnetiske kredsløb tilvejebringes ved hjælp af to ringformede permanente magneter, der omgiver målekammeret (14), og som holdes adskilt af en skive (8) af blødt jern. 15

4. Paramagnetisk gasanalysator ifølge krav 1-3 anvendt i forbindelse med en fotoakustisk gasanalysator. 20 25 30 1