DE69927652T2

DE69927652T2 - Dosiervorrichtung für nicht-gasförmiges fliessfähiges Material

Info

Publication number: DE69927652T2
Application number: DE69927652T
Authority: DE
Inventors: Sten Wallin; Tom Pessala; Pär Emtell
Original assignee: Maquet Critical Care AB
Current assignee: Maquet Critical Care AB
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: SE9803048D0; EP0987525A3; EP0987525B1; JP4067715B2; JP2000084084A; US6374825B1; DE69927652D1; EP0987525A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgabevorrichtung für ein nichtgasförmiges fließfähiges Material und insbesondere eine entsprechende Abgabevorrichtung, die in der Lage ist, durch ein Messen des Materialflusses dosierte Materialmengen abzugeben.
Abgabevorrichtungen, die die abgegebene Materialmenge durch Messen des von der Vorrichtung kommenden Materialflusses ermitteln, sind bereits bekannt. Ein herkömmliches Verfahren zur Flussmessung besteht darin, den zu beiden Seiten einer Stelle, an der der Fluss gedrosselt wird, beispielsweise einer Öffnung der Abgabevorrichtung, während des Fließens des Materials auftretenden Druckunterschied zu messen.
Eine bekannte Abgabevorrichtung, die nach diesem Verfahren arbeitet, ist in der US 4922852 beschrieben und umfasst einen Behälter für ein unter Druck stehendes Fluid, mit dem eine Abgabedüse verbunden ist. Ein Druckmesswertgeber ist dazu vorgesehen, den Fluidfluss durch Messung des Druckabfalls an der Düse während des Materialflusses zu messen. Zudem ist auch ein Ventil vorgesehen, das sich in Abhängigkeit von dem ermittelten Fluss steuern lässt, um eine bestimmte Fluidmenge durch die Düse abzugeben. Um sehr kleine Flussraten, beispielsweise im Bereich von 0,005 – 20 ml/min, oder Fluktuationen im Fluss zu messen, muss ein sehr empfindlicher Druckmesswertgeber bereitgestellt werde, was kostenaufwendig und schwierig ist. Zudem muss der Druckmesswertgeber sehr stabil sein, da eine Drift im Grundlinienausgabesignal mit der Zeit zu ungenauen Flussablesungen führen kann. Oft ist eine häufige Kalibrierung des Druckmesswertgebers nötig, um diesem Problem entgegenzuwirken, was zeitaufwendig ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Abgabevorrichtung vorzusehen, bei der die bei herkömmlichen Abgabevorrichtungen auftretenden, mit der Durchführung einer Druckmessung zur der Gewinnung von Flussinformationen verbundenen Probleme verringert werden.
Dies wird durch eine Abgabevorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung erzielt, welche in Anspruch 1 beschrieben und gekennzeichnet ist. Durch Verwendung der Änderungsgeschwindigkeit der Druckdifferenz oberhalb und unterhalb des im Behälter befindlichen Materials werden nur nacheinander durchgeführte Druckmessungen, die innerhalb relativ kurzer Zeitspannen erfolgen, benötigt. Hierdurch wird die Wirkung verringert, die eine etwaige Drucksensor-Grundliniendrift auf die Bestimmung des Materialflusses haben könnte. Zudem muss der Sensor nur in einem kleinen Druckbereich linear ansprechen.
Da die Flussbestimmung vom durch das Material oberhalb des Sensors ausgeübten Druck abhängt, können außerdem die Abmessungen des Behälters auf einfache Weise (d.h. durch Herstellung eines relativ langen und dünnen Behälters) so angepasst werden, dass kleine Veränderungen in der Materialmenge im Behälter große Druckveränderungen an dem am Boden des Behälters befindlichen Sensor bewirken.
Vorzugsweise wird der Behälter so bemessen, dass in ihm bei vollständiger Befüllung oberhalb des Materials ein materialfreier Raum vorhanden ist und die Durchflussöffnung, durch die das Material vom Inneren des Behälters nach außen gelangt, ist in seinem Boden vorgesehen. Indem der Sensor die Druckdifferenz zwischen dem materialfreien Raum und einer Stelle nahe der Öffnung misst, lässt sich für im wesentlichen das gesamte Material der Materialfluss ermitteln.
Bei dem Drucksensor kann es sich einfach um einen Differentialdrucksensor handeln, wodurch man schnell und direkt eine Ausgabe erhält, die die Druckdifferenz zwischen den Messstellen innerhalb des Behälters anzeigt. Stattdessen kann der Drucksensor auch zwei einzelne Einheiten umfassen, die so angeordnet sind, das eine den Druck oberhalb und die andere den Druck unterhalb des Materials im Behälter misst. Im letzteren Fall müsste am Druckmesser zur Bestimmung des Unterschieds zwischen den beiden Drücken ein Abgleich erfolgen.
Die Abgabevorrichtung kann besonders nutzbringend als Teil eines Abgabesystems für ein flüssiges Anästhetikum eingesetzt werden, wobei sie üblicherweise dazu verwendet wird, abgemessene Mengen einer Flüssigkeit mit geringen Flussraten abzugeben.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Anästhesiemittel-Abgabesystem vorgesehen, das eine Abgabevorrichtung für ein nicht-gasförmiges Anästhetikum umfasst, welche eine Öffnung zur Verbindung mit einem Trägergasvorrat zur Zuführung einer abgemessenen Menge an Anästhetikum in ein Beatmungsgas aufweist, und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Abgabevorrichtung eine Einheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist, wobei das Messgerät der Vorrichtung so ausgelegt ist, dass es ein Ausgangssignal liefert, welches die Flussrate des Anästhetikums aus dem Behälter angibt. Dieses Ausgangssignal kann in sinnvoller Weise bei der Steuerung eines Ventils zum Einsatz kommen, das zur Regulierung der Flussrate des Anästhetikums in das Trägergas dient und wirkungsmäßig mit dem Messgerät verbunden ist, um die Flussrate in Abhängigkeit vom Ausgangsignal des Messgerätes zu regulieren.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für jeden Aspekt der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gemäß den beigefügten Figuren allein beispielhaft beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Abgabevorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Teil eines Abgabesystems für ein Anästhetikum gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist eine Abgabevorrichtung 1 in ihrer Betriebsposition dargestellt, wobei die Vorrichtung einen Behälter 2 mit einer Öffnung 3 umfasst. In dieser Position befindet sich die Öffnung 3 im Boden eines Materialaufnahmebereichs 18 des Behälters 2 unterhalb einer Menge an Anästhesiemittelflüssigkeit 4, die aus dem Behälter 2 abgegeben werden soll. Die maximale Menge an Flüssigkeit 4, die im Behälter 2 enthalten sein kann, ist so gewählt, das ein Abschnitt 5 des Behälters 2 in der Betriebsposition des Behälters einen flüssigkeitsfreien Raum oberhalb der Oberfläche der Flüssigkeit 4 bildet.
Die Abgabevorrichtung 1 kann zudem einen Durchflussmesser 6 umfassen, der einen Druckdifferentialmesswertgeber 7 und eine Berechnungseinheit 8 enthält (die einen zugehörigen Mikroprozessor umfassen kann, welcher unter Einsatz herkömmlicher Techniken programmiert wurde). Ein erstes Informationseingabemittel des Messwertgebers 7 steht nahe der Öffnung 3 über ein Kapillarelement 9 mit der Innenseite des Behälters 2 in Druckverbindung. Ein zweites Kapillarelement 10 erstreckt sich durch den von der Flüssigkeit 4 eingenommenen Bereich des Behälters 2 hindurch, wobei ein offenes Ende des Kapillarelementes im Bereich 5 des Behälters 2 endet, bei dem es sich um den flüssigkeitsfreien Raum handelt. Das entgegengesetzte Ende des Kapillarelementes 10 ist mit einem zweiten Informationseingabemittel des Differentialdruckmesswertgeber 7 verbunden, um eine Druckverbindung zwischen dem flüssigkeitsfreien Raum des Abschnitts 5 und dem Messwertgeber 7 herzustellen. Der so gestaltete Druckmesswertgeber 7 ist in der Lage, die Druckdifferenz ΔP zwischen Stellen oberhalb und unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit 4 zu messen, und liefert ein der gemessenen Differenz proportionales elektrisches Ausgangssignal an die Berechnungseinheit 8.
Alternativ hierzu kann der Differentialdruckmesswertgeber 7 durch zwei Drucksensoren 19, 20 ersetzt werden, von denen einer oberhalb und der andere unterhalb des Materials 4 angeordnet ist, wie dies in 1 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Die Ausgangsignale von den Sensoren 19, 20 können dann der Berechnungseinheit 8 zugeführt werden, die bei dieser Alternative so ausgelegt ist, dass sie die Druckdifferenz zwischen den Bereichen oberhalb und unterhalb der Oberfläche des Materials 4 aus den Messergebnissen von den beiden Sensoren 19, 20 bestimmen kann.
Wenn der Behälter 2 eine Querschnittsfläche A aufweist und eine Flüssigkeit mit der Dichte ρ enthält, so lässt sich leicht zeigen, dass die Strömungsrate Φ durch die Gleichung: Φ=(A/(ρ × g))×((ΔP1-ΔP2)/Δt) (1)berechnet wird, wobei

g: die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft;
ΔP1: die gemessene Druckdifferenz zu einem Zeitpunkt t1;
ΔP2: die gemessene Druckdifferenz zu einem späteren Zeitpunkt t2; und
Δt: die Zeitdifferenz t2 – t1 darstellt.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Differentialdruckmesswertgeber 7 so eingesetzt werden, das er die Druckdifferenz ΔP kontinuierlich misst und ein Ausgangssignal liefert. In diesem Fall kann die Berechnungseinheit 8 ein Speichermittel 11 umfassen, das dazu dient, das Ausgangssignal vom Messwertgeber 7 periodisch zu empfangen und zu speichern. Die innerhalb der Berechnungseinheit 8 vorhandene Datenverarbeitungseinheit 12 ist so ausgelegt, dass sie auf das Speichermittel 11 zugreifen kann, um gespeicherte Druckdifferenzwerte ΔP abzurufen und sodann ihre Änderungsgeschwindigkeit zu berechnen und so mit Hilfe der oben genannten Gleichung (1) die Strömungsrate φ auf der Grundlage des bekannten Zeitintervalls Δt zwischen der Speicherung der beiden Werte im Speicher 11 zu berechnen. Ein elektrisches Signal, das die so berechnete Strömungsrate Φ anzeigt, kann sodann vom Strömungsmesser 6 ausgegeben und außerhalb der Abgabeeinheit 1 beispielsweise zum Betrieb einer Anzeige und zur Breitstellung einer visuellen Angabe des berechneten Durchflusses Φ eingesetzt werden; stattdessen kann das Signal auch zur Bereitstellung von Steuerinformationen an weitere Ausrüstungsbestandteile dienen.
Natürlich ist dem Fachmann auf diesem Gebiet klar, dass zwar beim genannten Ausführungsbeispiel das Messgerät 6 zur Messung des aus dem Behälter 2 kommenden Flusses eingesetzt wird, dass jedoch im Bereich der vorliegenden Er findung nicht-erfinderische Abänderungen möglich sind, die eine Messung des Flusses in den Behälter 2 erlauben.
Ein System, das die Abgabevorrichtung nach 1 enthält, ist in 2 gezeigt und stellt ein Abgabesystem 13 für ein Anästhetikum dar. Eine Quelle für Trägergas 14 ist mit einer Zulieferleitung 15 verbunden, die sich ihrerseits an eine Beatmungsleitung eines (nicht dargestellten) Patientenbeatmungssystems anschließen lässt. Ein Anästhesiemittelflüssigkeitsbehälter 2 steht über ein Ventil 16 in Flüssigkeitsverbindung mit Gas in der Zulieferleitung 15, wobei das Ventil so arbeitet, dass der Anästhesiemittelfluss aus dem Behälter 2 in Abhängigkeit von durch eine Steuereinheit 17 gelieferten Steuersignalen automatisch variiert werden kann. Der Durchflussmesser 6 bestimmt die Flussrate vom Behälter 2 und gibt ein den ermittelten Wert anzeigendes Signal an die Steuereinheit 17 aus, die das Signal sodann verarbeitet, um das Ventil 16 in Abhängigkeit vom ermittelten Durchflusswert zu betreiben und so eine gewünschte Konzentration des Anästhetikums im Trägergas zu erhalten.

Claims

Abgabevorrichtung (1) für ein nicht-gasförmiges fließfähiges Material (4), umfassend einen Behälter (2) für das fließfähige Material mit einer in demselben vorgesehenen Öffnung (3),durch die das Material von innerhalb nach außerhalb des Behälters (2) übertragen werden kann, sowie einen Durchflussmesse (6) zum Messen des Flusses des Materials während der Übertragung, dadurch gekennzeichnet, das der Durchflussmesser (6) einen Sensor (7, 19, 20) umfast, der dazu geeignet ist, zu einer Vielzahl von Zeitpunkten während der Übertragung einen Druckunterschied zwischen zwei vertikal versetzten Stellen innerhalb des Behälters (2) zu ermitteln, von denen sich eine über und eine unter der Oberfläche des Materials (4) befindet, wobei der Durchflussmesser (6) dazu geeignet ist, ein Signal auszugeben, das anhand einer Berechnung der Änderungsgeschwindigkeit der ermittelten Druckdifferenz den Fluss anzeigt.
Abgabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (2) aus einem Materialaufnahmeabschnitt (18) und einem materialfreien Abschnitt (5) aufgebaut ist, die miteinander in Gasverbindung stehen, um bei Gebrauch den materialfreien Abschnitt (5) über der Oberseite des Materials (4) und die Öffnung (3) nahe dem unteren Teil des Materials (4) vorzusehen, und dass der Sensor (7) dazu geeignet ist, den Druckunterschied zwischen einer Stelle, die sich nahe der Öffnung (3) befindet, und einer Stelle innerhalb des materialfreien Abschnitts (5) zu ermitteln.
Abgabevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor einen Differentialdruckmesswertgeber (7) umfasst, der so gestaltet ist, das er sich in Druckverbindung mit den Stellen innerhalb des Behälters befindet.
Abgabevorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zwei Drucksensorelemente (19, 20) umfasst, die so angeordnet sind, dass sie den Druck an einer jeweils anderen Stelle messen, und dass der Durchflussmesser (6) ferner dazu geeignet ist, den Unterschied zwischen den gemessenen Drücken zu ermitteln.
Betäubungsmittelabgabesystem (13), umfassend eine Abgabevorrichtung (1) für nichtgasförmige Anästhetika, die eine Öffnung (3) hat, die an eine Zufuhr von Trägergas (14) angeschlossen werden kann, um an ein Atemgas eine abgemessene Menge an Anästhetikum abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabevorrichtung eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist, wobei der Durchflussmesser (6) dazu geeignet ist, als Ausgangssignal eine Anzeige des Flusses an Anästhetikum aus dem Behälter (2) vorzusehen.
Betäubungsmittelabgabesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein automatisches Flusssteuerventil (16, 17) vorgesehen ist, das so angeordnet ist, dass es den Fluss an Anästhetikum in das Trägergas reguliert, und so betriebsfähig mit dem Durchflussmesser (6) verbunden ist, das es den Fluss abhängig von dessen Ausgangssignal automatisch reguliert.