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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines
Volumenstroms, insbesondere einen Atemvolumenstromsensor, mit einem Strömungskanal
und mit einem innerhalb des Strömungskanals
angeordneten Sensorelement.
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Eine
Vorrichtung zur Messung eines Atemgas-Volumenstroms ist heute praktisch
in allen Beatmungsgeräten
vorhanden. Als ein besonders empfindliches Verfahren zur Messung
des Volumenstroms hat sich die sogenannte Hitzdraht-Anemometrie
erwiesen. Ein dünner,
beheizter sogenannter Hitzdraht, dessen Widerstand temperaturabhängig ist,
wird dabei im Strömungsweg
des Gases angeordnet. Durch die Strömung wird der Hitzdraht abhängig von
der Stärke
der Strömung
gekühlt,
so dass der Widerstand des Drahtes bei einem definierten, durch den
Draht fließenden
Strom ein Maß für den Volumenstrom
des Gases ist, mit dem dieses an dem Draht vorbeiströmt. Hitzdraht-Anemometer
werden deshalb bevorzugt eingesetzt, weil sie selbst nur einen geringen
Druckverlust innerhalb des Strömungskanals
verursachen. Allerdings haben sie den Nachteil, dass das Signal,
das die Information über
den Volumenstrom beinhaltet, nur sehr klein ist.
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Zur
analogen Auswertung eines solchen schwachen elektrischen Messsignals
wird häufig eine
Wheatstonesche Brückenschaltung
verwendet. Dabei ist das Messelement in Form des Hitzdrahtes ein
Element der Brückenschaltung,
wobei sich dieses Messelement jedoch häufig nicht in direkter Nähe zu den übrigen Elementen
der Brückenschaltung
befindet. Daher ist in diesen Fällen
eine Kabelverbindung erforderlich. Die Kabelverbindung muss allerdings qualitativ
hochwertig ausgeführt
werden, um die damit verbundenen Widerstände so gering wie möglich und
möglichst
reproduzierbar zu halten.
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Neben
den Problemen hinsichtlich der Kabelverbindung ist die Ankopplung
der Kabel an den Sensor (Hitzdraht) selbst eine Quelle zusätzlicher Fehlermöglichkeiten.
Denn in der Brückenschaltung wirken
sich geringste zusätzliche
Widerstände,
die z.B. durch Schweiß-
und Lötwiderstände sowie
Kabel- und Steckerwiderstände
verursacht sein können, direkt
im Ausgangssignal aus. Auf der anderen Seite ist bei Schweiß- oder
Lötvorgängen eine
hohe Reproduzierbarkeit nur schwierig zu erreichen. Damit stellen
gerade diese Widerstände
ein großes
Problem dar, wenn es darum geht, die Widerstandsänderung des Hitzdrahtes exakt
zu bestimmen.
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Außerdem wird
das Messsignal eines Hitzdraht-Anemometers neben dem Volumenstrom
sowohl von der absoluten Temperatur des vorbeiströmenden Gases
als auch von dessen Zusammensetzung beeinflusst.
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Dazu
ist es bekannt, bei der Messung des Atemgas-Volumenstromes den Widerstand des Hitzdrahtes
und den eines Temperaturkompensationsdrahtes mit einer gemeinsamen
Brückenschaltung auszuwerten.
Dabei ist sowohl der Hitzdraht Teil der Brückenschaltung als auch ein
zweiter unbeheizter Draht (Temperaturkompensationsdraht), dessen
Widerstand ein Maß für die absolute
Temperatur des Gases ist.
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Wenn
neben dem Absolutwert des Volumenstroms auch die Strömungsrichtung
des Gases bestimmt werden soll, ist es erforderlich, auch das Signal
eines zweiten Hitzdrahtes auszuwerten, wobei dieser im Unterschied
zum ersten Hitzdraht so im Schatten eines Strömungswiderstandes angeordnet ist,
dass der zweite Hitzdraht mit einem stark reduzierten Volumenstrom
beaufschlagt wird, wenn die Strömung
in einer ersten Richtung verläuft,
während diese
Reduzierung bei umgekehrter Strömungsrichtung
nicht auftritt. Dadurch kann aus der gemessene Abküh lung des
zweiten Hitzdrahtes im Vergleich zum ersten Hitzdraht auf die Strömungsrichtung
geschlossen werden.
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Somit
ergibt sich insbesondere für
den Fall, dass auch die Strömungsrichtung
des Gases gemessen werden soll, eine hohe Zahl von Verbindungen zwischen
Messelektronik einerseits und im Strömungskanal angeordneten Sensoren
andererseits, die alle mit den oben erwähnten Problemen der undefinierten
Kontaktwiderstände
behaftet sind, so dass die gesamte Messung des Volumenstromes und
der Strömungsrichtung
des Gases erhebliche Fehlerquellen beinhaltet. Dieses Problem ist
nicht auf die Verwendung von Hitzdraht-Anemometern beschränkt, sondern
tritt auch im Fall anderer elektrisch empfindlicher Sensoren zur
Volumenstrommessung in einem Strömungskanal
auf.
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Daher
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung
zur Messung eines Volumenstroms bereitzustellen, bei der das Sensorsignal,
das durch im Strömungskanal
angeordnete Sensorelemente erzeugt wird, bei der Übertragung
zu einer Auswertungseinheit möglichst
frei von Verfälschungen
bleibt.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
dass ein innerer Schaltkreis vorgesehen ist, der innerhalb des Strömungskanals
angeordnet ist und das Sensorelement umfasst, dass ein äußerer Schaltkreis
vorgesehen ist, der außerhalb
des Strömungskanals
angeordnet ist und dass der äußere Schaltkreis
zur berührungslosen
induktiven Kopplung mit dem inneren Schaltkreis zu dessen Energieversorgung
und Auslese aufgebaut ist.
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Die
erfindungsgemäße Lösung mit
der induktiven Kopplung zwischen dem inneren Schaltkreis und dem äußeren Schaltkreis
ist mit dem Vorteil verbunden, dass keine direkten elektrischen
Kontakte wie beispielsweise Steck- oder Lötverbindungen mehr erforderlich
sind. Somit können
auch keine Kontaktwiderstände
auftreten, die sich unter Umständen
noch bei einer Bewegung der Kabel oder bei einer Temperaturänderung
der Kontaktstellen verändern.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann über den äußeren Schaltkreis
verbunden mit einem äußeren elektromagnetischen
Feld induktiv eine elektrische Leistung in den inneren Schaltkreis
eingekoppelt werden und somit ein dort in bevorzugter Weise vorhandener
Hitzdraht mit temperaturabhängigem
Widerstand aufgeheizt werden. Dieser kann dadurch eine über der
Gastemperatur liegende Temperatur annehmen. Ändert sich der Volumenstrom des
Gases, das an dem als Hitzdraht ausgebildeten Sensorelement vorbeiströmt, wird
der Hitzdraht anders gekühlt
und es verändert
sich dessen Widerstand. In der Folge ändert sich die Resonanzfrequenz
des einen elektrischen Schwingkreis bildenden inneren Schaltkreises.
Diese Verstimmung der Resonanzfrequenz kann durch eine Betriebselektronik
ausgelesen werden und anschließend
regelungstechnisch dadurch ausgeglichen werden, dass die eingekoppelte
elektrische Leistung erhöht
oder reduziert wird. Diese Leistungsveränderung wiederum, die beispielsweise
mittels einer Strommessung im äußeren Schaltkreis
messbar ist, stellt ein Maß dafür dar, wie
stark die Änderung
der Temperaturabfuhr im inneren Schaltkreis ist, und ist damit ein
Maß für den Volumenstrom.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist der innere Schaltkreis ein erstes induktives
Element und ein erstes kapazitives Element auf. Dann kann durch
die Dimensionierung der Induktivität und der Kapazität die Resonanzfrequenz
des inneren Schaltkreises an die Betriebselektronik sowie an die
verwendeten Volumenströme
angepasst werden.
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Das
kapazitive Element kann dabei in weiter bevorzugter weise veränderlich
und insbesondere als Feuchtefühler
ausgeführt sein.
Dadurch kann neben dem Volumenstrom des Gases auch dessen Feuchte über den äußeren Schaltkreis
bestimmt werden.
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Soll
auch der Einfluss der absoluten Gastemperatur bei der Messung des
Volumenstroms berücksichtigt
werden, ist es weiter bevorzugt, dass im Strömungskanal ein innerer Temperaturmesskreis
mit einem Temperatursensorelement vorgesehen ist. Dabei ist in einer
ersten Alternative der innere Temperaturmesskreis zur berührungslosen,
induktiven Kopplung mit dem äußeren Schaltkreis
aufgebaut, was mit dem Vorteil verbunden ist, dass zur Auslese des
inneren Schaltkreises und des Temperaturmesskreises nur ein gemeinsamer
Schaltkreis erforderlich ist. In einer zweiten Alternative kann
aber auch ein äußerer Temperaturmesskreis
vorgesehen sein, der zur berührungslosen,
induktiven Kopplung mit dem inneren Temperaturmesskreis aufgebaut
ist. In diesem Fall kann die Absoluttemperatur des Gases unabhängig von
dem Volumenstrom gemessen werden. In beiden Alternativen werden
bei der Bestimmung der absoluten Temperatur des Gases Kontakte mit
möglicherweise
variierenden Widerständen
vermieden.
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Um
auch bei dem inneren Temperaturmesskreis die Resonanzfrequenz entsprechend
den Einsatzbedingungen anpassen zu können, weist dieser in bevorzugter
Weise ein zweites induktives Element und ein zweites kapazitives
Element auf. Das zweite kapazitive Element kann dabei in besonders
bevorzugter Weise ebenfalls als Feuchtefühler ausgeführt sein. Dadurch kann neben
der Temperatur des Gases auch dessen Feuchte von außen bestimmt
werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist ein Hitzelement im Strömungskanal
angeordnet. Zwischen dem Hitzelement und dem inneren Schaltkreis
ist ein Strömungswiderstand
vorgesehen und der Strömungswiderstand
ist derart im Strömungskanal
angeordnet, dass sich das Hitzelement und der Strömungswider stand
im selben Bereich des Querschnitts des Strömungskanals befinden. Dadurch
befindet sich das Hitzelement für
den Fall „im Schatten" des Strömungswiderstands,
dass das Gas von dem inneren Schaltkreis kommend an dem Strömungswiderstand
vorbei zum Hitzelement strömt. Der
am Hitzelement auftreffende Volumenstrom ist dann reduziert und
die Bestimmung der Strömungsrichtung
kann in der oben beschriebenen Weise erfolgen.
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In
besonders bevorzugter Weise kann dazu der Strömungswiderstand als Vorsprung
in der Wandung des Strömungskanals
ausgebildet sein, was mit einer einfachen Konstruktion verbunden
ist und einen geringen Druckverlust durch den Strömungswiderstand
zur Folge hat. Andererseits kann der Strömungswiderstand auch in der
Mitte des Strömungskanals
angeordnet sein, was zwar einen komplizierteren Aufbau bedingt,
aber mit einer genaueren Messung verbunden ist, da in der Kanalmitte
auf Grund der dort vorhandenen größeren Strömungsgeschwindigkeit ein größerer Effekt
erreicht wird.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, wenn der äußere Schaltkreis
lösbar
mit dem Strömungskanal
verbunden ist, was ohne Weiteres eine Trennung von Strömungskanal
mit dem inneren Schaltkreis sowie äußerem Schaltkreis mit Betriebselektronik
ermöglicht. Verbunden
mit der induktiven Kopplung wird auf diese Weise verhindert, dass
bei der Reinigung bestimmte Bauteile unnötig Belastungen ausgesetzt werden.
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Ferner
kann dann der Strömungskanal
als Beatmungstubus ausgebildet sein und der äußere Schaltkreis in einem Abstand
von dem Strömungskanal
angeordnet werden. Dies ermöglicht,
den Tubus in den Körper
eines Patienten einzuführen,
während die
Betriebselektronik mit dem äußeren Schaltkreis außerhalb
des Körpers
angebracht wird. Auf diese Weise werden insbesondere Totvolumina
in dem Beatmungssystem vermieden, die sonst für die Bestimmung des in- und
exspiratorischen Volumenstromes er forderlich wären. Diese Totvolumina ergeben
sich dadurch, dass die Sensorelemente sonst in einem extra dafür vorgesehenen
Tubusteil außerhalb
des Körpers
des Patienten vorgesehen sein müssten.
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Hierbei
kann in besonders bevorzugter Weise neben dem ersten inneren Schaltkreis
ein zweiter innerer Schaltkreis vorgesehen sein, der beabstandet
zu dem ersten inneren Schaltkreis in dem Beatmungstubus angeordnet
ist. Dadurch wird die Messung der Strömungsrichtung über die
Messung der Zeitdifferenz ermöglicht,
mit der eine Veränderung der
Temperatur an den beiden Schaltkreisen auftritt.
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer lediglich
bevorzugte Ausführungsbeispiele
zeigenden Zeichnung erläutert.
In der Zeichnung zeigt
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Messung eines Volumenstromes,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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4 ein
viertes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
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5 das
vierte Ausführungsbeispiel
in vergrößerter Darstellung.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Messung eines Volumenstromes dargestellt, wobei es sich im insoweit
bevorzugten Ausführungsbei spiel
um einen Atemvolumenstromsensor handelt. Die Vorrichtung umfasst
einen Strömungskanal 1,
durch den eine Strömung 2 eines
Gases hindurch geht, dessen Volumenstrom V bestimmt werden soll.
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Der
Strömungskanal 1 weist
in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel
einen kreisförmigen Querschnitt
auf und im Inneren des Strömungskanals 1 ist
ein innerer Schaltkreis 3 angeordnet. Der innere Schaltkreis 3 umfasst
ein erstes induktives Element 4, ein erstes kapazitives
Element 5 und ein Sensorelement 6. Dabei ist das
Sensorelement 6 in bevorzugter Weise als ein Hitzdraht
für die
Hitzdraht-Anemometrie ausgebildet und hat einen temperaturabhängigen Widerstand.
Das erste induktive Element 4, das erste kapazitive Element 5 und
das Sensorelement 6 bilden zusammen einen elektrischen
Schwingkreis, dessen Resonanzfrequenz sich in bekannter Weise aus
der Kapazität
C, der Induktivität
L und dem Ohmschen Widerstand Ω im
Schaltkreis ergibt. Durch geeignete Dimensionierung der Induktivität L und
der Kapazität
C kann die Resonanzfrequenz des Schwingkreises angepasst werden
und dabei so gewählt
werden, dass eine hohe Empfindlichkeit der Resonanzfrequenz auf Änderungen
des Widerstandes Ω des
Sensorelements 6 gegeben ist.
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Um
den Strömungskanal 1 herum
ist im Bereich des inneren Schaltkreises 3 ein äußerer Schaltkreis 7 angeordnet,
wobei dieser über
Zuleitungen 8 mit einer Betriebselektronik 9 verbunden
ist. In einer der Zuleitungen 8 ist außerdem ein Strommesswiderstand 10 vorgesehen.
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Der äußere Schaltkreis 7 ist
in der Weise zur berührungslosen,
induktiven Kopplung mit dem inneren Schaltkreis 3 aufgebaut,
dass ein im Bereich des äußeren Schaltkreises 7 von
diesem erzeugtes elektromagnetisches Feld derart auf den inneren
Schaltkreis 3 wirkt, dass vom äußeren Schaltkreis 7 eine elektrische
Leistung induktiv auf den inneren Schaltkreis 3 ü bertragen
werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht somit
lediglich eine induktive Verbindung zwischen dem äußeren Schaltkreis 7 und
dem inneren Schaltkreis 3, so dass ggf. lösbare Verbindungen,
die mit nicht-reproduzierbaren Kontaktwiderständen verbunden wären, bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nicht vorgesehen sind.
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Im
insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist im Strömungskanal 1 im
Bereich des äußeren Schaltkreises 7 außerdem ein
Temperaturmesskreis 11 vorgesehen, der ein Temperatursensorelement 14 umfasst,
das in bevorzugter Weise als Widerstandsdraht ausgebildet ist. Der
Temperaturmesskreis 11 weist außerdem ein zweites induktives Element 12 und
ein zweites kapazitives Element 13 auf. Dabei können die
Elemente 12, 13 des Temperaturmesskreises 11 in ähnlicher
Weise wie die des inneren Schaltkreises 3 dimensioniert
werden, um eine gewünschte
Resonanzfrequenz des durch diese Elemente gebildeten Schwingkreises
zu erhalten. Die Dimensionierung (Resonanzfrequenz, Güte, Impedanz)
des Temperaturmesskreises 11 kann soweit von der des inneren
Schaltkreises 3 abweichen, dass eine von dem äußeren Schaltkreis 7 abgegebene elektrische
Leistung nicht auch von dem Temperaturmesskreis 11 aufgenommen
wird.
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Sowohl
das erste kapazitive Element 5 als auch das zweite kapazitive
Element 13 können
in der Weise veränderlich
ausgeführt
sein, dass deren Kapazität
von der Feuchte des Gases abhängt,
so dass die kapazitiven Elemente 5, 13 als Feuchtefühler dienen
können.
Somit kann neben dem Volumenstrom und der Absoluttemperatur wenn
erforderlich auch die Gasfeuchte über die Betriebselektronik 9 ermittelt werden.
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In
diesem insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel
befinden sich sowohl der innere Schaltkreis 3 als auch
der Temperaturmesskreis 11 im Bereich des äußeren Schaltkreises 7.
Damit ist der innere Temperaturmesskreis 11 zur berührungslosen,
induk tiven Kopplung mit dem äußeren Schaltkreis 7 aufgebaut
und beide sich im Inneren des Strömungskanals 1 befindenden
Schaltkreise 3, 11 können über die gemeinsame Betriebselektronik 9 ausgewertet werden.
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Bei
der Messung des Volumenstroms V, mit dem das Gas durch den Strömungskanal 1 strömt, arbeitet
die erfindungsgemäße Vorrichtung
bevorzugt im sogenannten Konstante-Temperatur-Anemometer-Mode. Dazu wird der in dem
inneren Schaltkreis 3 vorgesehene Hitzdraht mit elektrischer
Leistung in einer Höhe
versorgt, dass der Hitzdraht einen mit der gewünschten Temperatur korrespondierenden
Widerstand hat. Dass der Hitzdraht diesen gewünschten Widerstand hat, kann
in der Betriebselektronik 9 darüber festgestellt werden, dass
der durch den inneren Schaltkreis 3 gebildete Schwingkreis eine
entsprechende Resonanzfrequenz hat. Die für das Aufheizen erforderliche
elektrische Leistung wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung über die
induktive Kopplung zwischen dem inneren Schaltkreis 3 und
dem äußeren Schaltkreis 7 eingestrahlt,
ohne dass eine direkte elektrische Verbindung mit lösbaren Kontakten
erforderlich wäre.
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Ändert sich
der Volumenstrom V im Strömungskanal 1,
wird der Hitzdraht weniger oder stärker gekühlt und der Widerstand des
Hitzdrahtes verändert
sich, so dass sich auch die Resonanzfrequenz oder Güte des Schwingkreises
und damit die Ankopplung an den äußeren Schaltkreis 7 verändert. Um
wieder die für
die gewünschte
Temperatur erforderliche Resonanzfrequenz zu erhalten, wird die über den äußeren Schaltkreis 7 eingestrahlte
elektrische Leistung erhöht
oder abgesenkt, um den angepassten Kopplungsgrad wieder einzuregeln,
wobei die dann eingestrahlte Leistung ein Maß für den veränderten Volumenstrom V ist.
Die eingestrahlte Leistung wird dabei über den am Strommesswiderstand 10 auftretenden
Spannungsabfall bestimmt.
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Bei
der Bestimmung des Volumenstroms V wird auch die absolute Temperatur
des durch den Strömungskanal 1 strömenden Gases
berücksichtigt, indem
das Signal des Temperaturmesskreises 11 mit ausgewertet
wird. Der Temperaturmesskreis 11 ist ebenfalls ein Schwingkreis,
so dass dessen Resonanzfrequenz ein Maß für die Temperatur des Gases ist.
Im in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel wird die Resonanzfrequenz
des Temperaturmesskreises 11 ebenfalls über die mit dem äußeren Schaltkreis 7 verbundene
Betriebselektronik 9 bestimmt, so dass in diesem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
lediglich eine einzige Auswertungselektronik erforderlich ist. Das
zweite induktive Element 12 und das zweite kapazitive Element 13 sind
dabei so dimensioniert, dass durch den Temperaturmesskreis 11 keine
Heizenergie in die Strömung 2 eingebracht wird.
Es ändert
sich lediglich der Widerstand des Temperatursensorelements 14 als
Funktion der Gastemperatur. Dies wird über die Kopplung und deren Änderung
im äußeren Schaltkreis 7 – wie für den inneren
Schaltkreis 3 bereits beschrieben – von der Betriebselektronik 9 mit
ausgewertet. Dieses Signal wird dann als zusätzliche Größe in die Regelung des inneren
Schaltkreises 3 einbezogen, um den im inneren Schaltkreis 3 vorhandenen
Hitzdraht auf einer konstanten Übertemperatur
relativ zur Gastemperatur zu halten.
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Alternativ
ist es auch denkbar, dass statt nur eines äußeren Schaltkreises 7 zusätzlich noch
ein weiterer äußerer Temperaturmesskreis
vorgesehen ist, über
den die absolute Temperatur des durch den Strömungskanal 1 strömenden Gases
bestimmt wird. Damit ist dann eine von dem inneren Schaltkreis 3 unabhängige Bestimmung
der Absoluttemperatur möglich,
welche aber auch genutzt werden kann, um über die Regelung eine bestimmte Übertemperatur relativ
zur Gastemperatur einzustellen.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wobei im Vergleich zum ersten Ausfüh rungsbeispiel gleiche Bauteile
mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel
sind im Strömungskanal 1 neben
dem inneren Schaltkreis 3 zusätzlich ein Strömungshindernis 15 und
ein Hitzelement 16 vorgesehen. Das Hitzelement 16 und
der Strömungswiderstand 15 sind
jeweils im selben Bereich des Querschnitts des Strömungskanals 1 angeordnet,
so dass sich das Hitzelement 16 „im Schatten" des Strömungshindernisses 15 befindet.
Denn die Strömung 2 strömt, wie
im dargestellten Fall, von dem inneren Schaltkreis 3 kommend
an dem Strömungswiderstand 15 vorbei
zum Hitzelement 16, so dass das Hitzelement 16 durch
den Strömungswiderstand 15 abgeschattet
wird und der Volumenstrom, mit dem das Hitzelement 16 beaufschlagt
wird, reduziert ist.
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Durch
das Hitzelement 16 ist es möglich, neben dem Absolutwert
des Volumenstroms V der Strömung 2 auch
deren Richtung zu bestimmen. Verläuft die Strömung 2 in der Richtung,
die durch den in 2 dargestellten Pfeil gezeigt
ist, ist der damit verbundene Abkühlungseffekt am Hitzelement 16 geringer
als am inneren Schaltkreis 3. Verläuft die Strömung 2 in umgekehrter
Richtung, ist der an dem inneren Schaltkreis 3 und dem
Hitzelement 16 gemessene Abkühlungseffekt ähnlich.
Somit kann mit Hilfe des Hitzelements 16 auch die Strömungsrichtung
der Strömung 2 bestimmt
werden. Im in 2 gezeigten und in soweit bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist der Strömungswiderstand 15 als
ein Vorsprung ausgebildet, der an der Wandung des Strömungskanals 1 ausgebildet
ist. Eine solche Ausgestaltung lässt sich
zum einen leicht herstellen und hat zum anderen den Vorteil, dass
der Strömungswiderstand 15 nur
einen geringen Druckverlust innerhalb des Strömungskanals 1 verursacht.
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Alternativ
dazu können,
wie im dritten in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
gezeigt, der Strömungswiderstand 15' und das Hitzelement 16' zentral im
Querschnitt des Strömungskanals 1 angeordnet
sein. Weiter bevorzugt ist das im inneren Schalt kreis 3 vorgesehene
Sensorelement als ein zentraler Steg 17 ausgebildet, der
parallel zu dem ebenfalls zentral im Strömungskanal 1 vorgesehenen Strömungswiderstand 15' angeordnet
ist.
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In
diesem dritten Ausführungsbeispiel
erfolgt die Bestimmung der Strömungsrichtung
des Gases in dem Strömungskanal 1 über das
zentral im Strömungskanal 1 angeordnete
Hitzelement 16'.
Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass der Einfluss des Strömungswiderstandes
auf das Hitzelement 16' auf Grund
der in der Mitte des Strömungskanals 1 herrschenden
größeren Strömungsgeschwindigkeit
größer ist,
hat aber den Nachteil, dass der dadurch im Strömungskanal 1 verursachte
Druckverlust ebenfalls größer ist.
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In
den bisher dargestellten Ausführungsbeispielen
kann in weiter bevorzugter Weise der äußere Schaltkreis 7 zusammen
mit der Betriebselektronik 9 lösbar mit dem Strömungskanal 1 verbunden
sein, so dass eine Trennung dieser beiden Elemente bei der Reinigung
der Vorrichtung ohne Weiteres möglich
ist. Dadurch kann vermieden werden, dass Schäden an dem äußeren Schaltkreis 7 oder
der Betriebselektronik 9 durch Reinigungsmittel verursacht
werden.
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In
den 4 und 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei ist der Strömungskanal
als Beatmungstubus 18 für
einen Patienten 19 ausgeführt. Des Weiteren ist der äußere Schaltkreis 7 so
ausgebildet, dass er in einem Abstand von dem als Beatmungstubus 18 ausgebildeten
Strömungskanal
angeordnet werden kann. Dadurch kann der im Beatmungstubus 18 angeordnete
Teil des Atemluft-Volumenstromsensors
im Körper
des Patienten 19 angebracht sein. Der Beatmungstubus 18 weist
einen Tubuskonnektor 20 auf, über den der Beatmungstubus 18 mit
einem Beatmungsgerät
(nicht dargestellt) verbunden werden kann. Des Weiteren ist in dem Beatmungstubus 18 ein
innerer Schaltkreis 3 sowie zusätzlich ein zweiter innerer
Schaltkreis 21 vorgesehen. Mit dem zweiten inneren Schaltkreis 21 kann
zusammen mit dem ersten inneren Schaltkreis 3 die Strömungsrichtung
des Gases in dem Beatmungstubus 18 in der Weise bestimmt
werden, dass die Zeitdifferenz bestimmt wird, mit der eine Veränderung
des Volumenstromes an den beiden Schaltkreisen 3, 21 auftritt, wobei
das Vorzeichen der Zeitdifferenz die Strömungsrichtung angibt.
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Zusätzlich ist
in 5 das elektromagnetische Feld 22 dargestellt,
mit dessen Hilfe zum einen die elektrische Leistung in die Schaltkreise 3, 21 eingestrahlt
wird und zum anderen deren jeweilige Resonanzfrequenz in Abhängigkeit
von dem jeweiligen Volumenstrom über
die Leistungseinstrahlung eingestellt wird.
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Mit
Hilfe der in den Ausführungsbeispielen dargestellten
erfindungsgemäßen Vorrichtungen
wird das Problem der veränderlichen
Kontaktwiderstände zwischen
Betriebselektronik 9 einerseits und in der Strömung angeordneten
Schaltkreisen 3, 11 und 21 andererseits
vermieden, da diese durch ein elektromagnetisches Feld induktiv
mit der Betriebselektronik 9 gekoppelt sind. Außerdem ist
es mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
möglich,
dass die inneren Schaltkreise 3, 11, und 21 im
Körper
des Patienten angeordnet sind.