189393. lajstromszámú szabadalom • Térfogatáram-nyomás átalakító
1 2 A találmány tárgya olyan térfogatéram-nyomás átalakító, amely az áramló levegő időegységenkét átáramló térfogatára jellemző nyomáskülönböséget állít elő ffelhasználva a már ismert Pitot féle áramlásmérési elvet. Alkalmazási területe minden kis áramiád sebességű levegő áramlási sebességének érzékelése, különösen az orvosi gyakorlatban elterjedt nyílt rendszerű légzésdiagnosztika, ahol légzés közben a tüdőből ki- Ül. a tüdőbe beáramló levegő térfögatáramot, az abból származó aktuális térfogatokat kell időazonosan, jó dinamikával meghatározni, ül. származtatni. A légzésvizsgálatok során igen lényeges a kb. 0-15.10'3 m3Is térfogatáram érzékelése oly módon, hogy a paciens szájához illesztett mérőérzékelőnek minél kisebb legyen a térfogata. Ezen térfogatot a paciens, beteg gázcseréje szempontjából holttérnek nevezzük, mivel egy kilégzést követő belégzés kezdetén ez a gáztérfogat kerül először légzőrendszerbe. Szokásosan a térfogatármmnal összefüggésben lévő keletkező nyomáskülönbséget nyomásifeszültség átalakítóval villamos jellé alakítják a további jelfeldolgozáshoz. Hasonló célú térgofatáram érzékelők, melyek nyomáskülönbséget állítanak elő, elterjedtek mind az iparban, mind az orvosi diagnosztikában. A Pitot-cső alkalmazása előnytelen, mert a két áramiád irányban karakterisztikája lényegesen eltérő nem szimmetrikus. Az elektronika analóg jelfeldolgozásának korszakában igen lényeges volt, hogy a térfogatáram-nyomás átalakító lineáris karakterisztikájú legyen, vagyis a térfogatáramot a továbbiakban V-vel, a nyomást'p-vel jelölve, az átalakítás a Ap = k V egyenlettel legyen leírható, hiszen így a Ap/U vagyis nyomás-feszültség átalakítás után nyert analóg villamos jel egyszerűen jelfeldolgozható. Ilyen lineáris térfogatáram-nyomás átalakító a Fleisch rendszerű mérőfúvóka. A Fleisch cső keresztmetszetén áramló gázt a cső elé helyezett kúppai_vezetik rá a csőre, melynek belsejét az egyenletes áramláselosztás végett több száz azonos kicsiny' keresztmetszetű részre osztották fel. A belül sima falú cső palástját a cső tengelyére merőleges síkban egymástól megfelelő távolságra két helyen körben 8-24 helyen megfúrják, majd a furatokat a palást mentén pneumatikusan zárt gyűrűvel veszik körül. Az így bezárt két gyűrűbe helyezett csonkok között vehető le a térfogatárammal arányos nyomás. Ilymódon az átmérőtől .függően bizonyos térfogatáram határig (V^) az érzékelő Ap= f(V) karakterisztika lineáris. A Fleisch rendszerű átalakítók előnyös tulajdonsága a már említett lineáris átalakjtád karakterisztika, melynek ára az, hogy egy 15.10*3 m3/sec térfogatáramíg lineáris karakterisztikájú Fleisch cső O átmérője legalább mintegy 60 mm kell, hogy legyen, hosszúságának mintegy 70 mm-nek kell lennie. A fenti adatokból látható, hogy a holttér így kb. 150-200 milliméter lesz, Ha a légzésdiagnosztikában a felnőttek rtyugodt légzéd térfogatát vesszük, ami kb. 200-250 ml, látható, hogy ez a holttér nagyon nagy, a hasznos térfogattal azonos értékű. Különböző légzésvizsgálati módszerek tehát csak több Fleisch cső együttes alkalmazásával oldhatók meg, például úgy, hogy a különböző két áramiád irányhoz külön két Fleisch csövet használnak. Másik komoly gond a Fleisch cső konstrukciójában a következő: a csőben áramló gáz küégzéskor a tüdő beli állapotnak megfelelően kb.37 °C hőmérsékletű és 100% relatív nedvességtartalmú, ezért a csövet 37 °C-ra kell fűteni, mert fűtés nélkül az említett kfcsony keresztmetszetnek a lecsapódó pára miatt eldugulnak, aminek következményeként az átalakítási karakterisztika megváltozik. A fűthetőség eleve meghatározza az alapanyagot (fém). Ezen túlmenően energiatakarékossági szempontból az állandó hőmérsékleten tartás nem lényegtelen. További nehézségeket okoz ezen vizsgálati eszköz sterilizálása. A Fleisch cső előbb ismertetett hiányosságainak (lágy holttér fűtési igény) kiküszöbölésére létrehozott, a kereskedelemben E 3009 típusként ismert fóliás térfogatáramlási sebesség - nyomás átalakító lényegesen kisebb holtterű, a 12.10'3m3/s méréshatárig használható típus térfogata kb. 40 milliméter. A négyszög keresztmetszetű cső nyomáselvezető csonkjai között ék alakban felhasított fóliát alkalmaznak, amely még hosszirányban is két szeletre van osztva. Ilymódon az átalakító mint átamlásfüggő aszimmetrikus mérőszáj működik. Tekintettel arra, hogy az á! amiás útjában elzáródható kis keresztmetszetek nincsenek így az átalakítót fűteni kell. A konstrukció egyszerű, olcsón gyártható kis holt•erű, nem igényel fűtést. ^ Egyetlen hiányossága, hogy térfogatáram csúcsokban, valænint az áramlási irányváltozások pillanatában a felhasított 7 db fóliaszelet be rezgése igen jelentésen megnöveli a zajt, elrontja a jei/zajviszonyt. A találmánnyal célunk olyan kis noutertl, olcsón gyártható és üzemeltethető térfogatáram-nyomás átalakító, amely a fent ismertetett hiányosságokat kiküszöböli, 0 és l-5.I0'3m3/s térfogatáramlási sebesség határok között jól kiértékelhető nyomáskülönbséget ad. A fenti célt a találmány révén a Pitot elv továbbfejlesztésével kialakított térfogatáram-nyomás átalakító létreliozásavai értük el, amely előnyösen alkalmazható főleg orvod célú légzésvizsgálathoz. A találmány szerinti térfogatáram-nyomás átalakítónak az áramló közeget befogadó csőben előnyösen L-alakú csöves mérőeleme és az áramiád irányra merőlegesen tekintve tükörképszerűen elrendezett járulékos mérőeieme van. Mindkét mérőelem áramlási irányú szára a cső közelebbi csővége felé irányul, másik száruk nyomásmérőhöz csatlakoztatható módon van kialakítva. Pontos és reprodukálható karakterisztika eléréshez a mérőelemek légzáróan vannak kivezetve a csőből. Az átalakító célszerűen termoplasztikus műanyagból készíthető. Ez olcsó fröccsöntési technológia alkalmazását teszi lehetővé, és az elkészült munkadarabnak kedvező termikus tulajdonságokat (páralecsapódás elkerülésére rossz hővezetést és kis hőkapacitást) biztosít. A találmányt a továbbiakban a rajz alapján ismertetjük részletesebben, amelyen a találmány szerinti térfogatáram-nyomás átalakító példakénti kiviteli alaját tüntettük fel. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti térfogatáram-nyomás átalakítót mutatja oldalról, metszetben, a 2. ábra az 1. ábra szerinti átalakító térfogatáram. nyomás karakterisztikáját ábrázolja. A találmány szerinti térfogatáram-nyomás átalakítónak (Ld, az 1. ábrát) az áramló közeget befogadó 1 189.393 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
