用于确定气体浓度的测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于确定气体浓度的测量系统(100)，该测量系统用于在包括数据集(203)的情况下使用气体混合物中的热导率和热导率的顺磁效应来确定气体样本的气体混合物中的气体浓度。气体浓度。气体浓度。

【技术实现步骤摘要】
用于确定气体浓度的测量系统


[0001]本专利技术涉及一种用于确定气体混合物中的气体浓度的测量系统。特别 地，本专利技术涉及一种用于测量气体样本中的顺磁性气体的浓度的设备，即 例如呼吸气体中的氧气和其他气体的浓度，即例如待人工呼吸和/或麻醉的 患者的麻醉气体。
[0002]根据本专利技术，测量系统能够检测气体样本的气体混合物中的氧气浓度 和至少一种其他气体的浓度。能够将如下气体认作为其他气体，所述气体 在临床中使用，特别是在麻醉、重症监护医学、急诊医学领域中用于为患 者供应呼吸气体的气体。属于此的例如是：笑气、麻醉气体、如氟烷、地 氟醚、安氟醚、七氟醚、异氟醚、氙气，此外还列举了二氧化碳、痕量气 体还有氩气。

技术介绍

[0003]为了确定气体中的氧气浓度，通常使用顺磁性方法，所述顺磁性方法 基于以下事实：即氧气分子由于其永磁偶极矩而具有顺磁特性，相反大多 数其他气体则具有抗磁性。众所周知：在顺磁性气体中热导率在磁场的影 响下发生变化。这种行为的原因显然是以下事实：顺磁性气体具有永久磁 矩，然而，所述永久磁矩通常、更确切地说由于气体分子的热分子运动而 不向外出现。但是，足够强的外部磁场确保：各个分子的磁偶极矩定向。 一方面，这引起磁化率的变化，这引起磁通量的增加，另一方面在气体中 出现一定的分子排列，由此限制自由度，从而限制经由膨胀将热能转移给 相邻原子的可能性。由此，小程度地改变了气体的热导率。例如从以下文 献已知用于确定尤其呼吸气体中的氧气浓度的永磁测量装置：US6952947BB，US2011094293 AA，US8596109 BB，US9360441 BB，US6895802 BB， US6405578 BB，US6430987 BA，US4808921 A，US4683426 A，US3646803A，US3584499 A，US2944418 A。
[0004]在US6430987B1中描述了用于使用与顺磁性相关的热传导变化来测 量氧气的基本原理。
[0005]在医疗技术中，有时将复杂的新鲜气体混合物用于在麻醉状态下对患 者进行人工呼吸，所述新鲜气体混合物在大多数情况下包含由氧气和氮气 构成的二元基本混合物并且必要时还包括笑气和常见的吸入麻醉剂(例如 地氟醚、七氟醚、异氟醚、安氟醚、氟烷)之一。为了监测患者，通常还 需要：在患者呼气阶段中确定气体浓度。在呼气阶段中，气体混合物除了 上述气体外附加地包含二氧化碳、水蒸气和可能的其他代谢产物，即例如 乙醇、甲烷和丙酮。关于相关的气体浓度，兴趣主要限于氧气、二氧化碳、 笑气和麻醉剂，以及可能其时间动态。而在吸气阶段中，气体混合物通常 不包含显著份额的二氧化碳。通常，为了确定麻醉气体浓度、二氧化碳、 笑气和氧气的浓度，使用多个、独立的且针对相应目标气体优化的其他的 测量装置，所述测量装置具有光学或电化学传感器，其中，以并行方法或 时间上依次地以串联方式将呼吸气体的气体样本输送给所述传感器。随 后，这种测量装置的测量必须在时间动态和在输送气体样本时的条件或差 异方面相互比较或同步，以便在实际存在于患者处的气体体积中的浓度情 况方面或在例如借助于测量装置中的顺磁性求
出的氧气份额和在的二氧 化碳、笑气和麻醉气体的以红外光学方式在另一测量装置中求出的份额的 浓度变化方面映射气体组合物。
[0006]基于现有技术，因此需要成本有效的测量系统，所述测量系统能够检 测氧气和其他气体的浓度，其他气体特别是呼吸气体的普通气体样本中的 气体混合物中的麻醉气体。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术所基于的目的是提供一种测量系统以及一种方法，以确 定在呼吸气体的普通气体样本中的气体混合物中的氧气浓度和其他气体 浓度，尤其是麻醉气体的浓度，从而在组合至少两个测量系统时克服上述 缺点。
[0008]该目的通过独立权利要求的特征来实现。
[0009]该目的通过具有本专利技术的特征的测量系统以及具有本专利技术的特征的 方法来实现。
[0010]本专利技术的其他特征和细节由从属权利要求、说明书和附图中得出。在 此，结合根据本专利技术的测量系统描述的特征和细节显然也适用于根据本发 明的方法并且反之亦然，使得关于本专利技术的各个专利技术方面的公开内容总是 能够相互参考。
[0011]根据本专利技术的第一方面，示出如下实施方式，所述实施方式显示出以 下测量系统，所述测量系统至少具有以下部件：
[0012]测量设备，该测量设备具有测量室中的测量元件，
[0013]具有气体输送装置和气体前引装置，
[0014]具有电磁体和具有线圈，
[0015]计算和控制单元，
[0016]电路装置。
[0017]计算和控制单元构造用于检测测量设备的由测量元件提供的热电压 信号。
[0018]计算和控制单元构造用于将热电压信号分为交流电压信号分量U
X～
和 直流电压信号分量U
X＝
。
[0019]交流电压信号分量U
X～
和直流电压信号分量U
X＝
能够针对不同的气体 和气体混合物将不同的湿度和不同的温度符号作为交流电压信号分量 U
X1～
至U
Xn～
或U
X1F～
至U
XFn～
和直流电压信号分量U
X1＝
至U
Xn＝
或U
X1F＝
至 U
XFn＝
来符号化和/或说明，还有示例性地借助图5针对各四种干燥和潮湿 的气体混合物示意示出，其中，索引“F”表示潮湿的气体混合物。在本 专利申请中，符号U
Y～
、U
YF～
或U
Y＝
、U
YF＝
用于标准化信号。在本专利申 请中，符号U
Z～
、U
ZF～
或U
Z＝
、U
ZF＝
用于压力补偿的标准化的信号。
[0020]计算和控制单元构造用于，将交流电压信号分量U
X～
标准化为标准化 的交流电压信号分量U
Y～
。
[0021]计算和控制单元构造用于，将直流电压信号分量U
X＝
标准化为标准化 的直流电压信号分量U
Z＝
。
[0022]计算和控制单元构造用于，将标准化的交流电压信号分量U
Y～
标准化 为标准化的压力补偿的交流电压信号分量U
Z～
。计算和控制单元构造用于， 基于标准化的交流电压信号分量U
Y～
或基于标准化的压力补偿的交流电压 信号分量U
Z～
确定气体样本的气体混合物中的氧气浓度。
[0023]计算和控制单元构造用于，基于标准化直流电压信号分量U
y＝
确定气 体样本的气体混合物中的其他气体的浓度。
[0024]在一个优选的实施方式中，计算和控制单元能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于确定气体混合物中的气体浓度的测量系统(100)，所述测量系统具有：气体输送装置(385)，所述气体输送装置具有气体前引装置(395)，测量设备(1)，所述测量设备具有在测量室(380)中的测量元件(2)、电磁体(4)和线圈(5)，计算和控制单元(200)，电路装置(100，101，102，103，104，105，106，107，108，109)，其中，所述气体输送装置(385)构造用于将一定量的气体样本的气体混合物输送至所述测量元件(2)，其中，所述测量设备(1)与所述电路装置(100，101，102，103，104，105，106，107，108，109)构造用于加热所述测量元件(2)的薄膜(7)上的加热结构(8)，其中，所述测量设备(1)与所述电磁体(4)、所述线圈(5)和所述电路装置(100，101，102，103，104，105，106，107，108，109)构造用于产生作用于所述测量元件(2)上的磁场(2)，其中，所述电路装置(100，101，102，103，104，105，106，107，108，109)构造用于运行具有所述测量元件(2)和所述电磁体(4)和所述线圈(5)的所述测量设备(1)，其中，所述电路装置(100，101，102，103，104，105，106，107，108，109)构造用于，将具有交流电压信号分量(21)和具有直流电压信号分量(20)的测量值提供给所述计算和控制单元(200)，其中，所述计算和控制单元(200)构造用于包括或补偿环境条件，其中，所述计算和控制单元(200)构造用于以参考值(503，400，502)将所述交流电压信号分量(21)和直流电压信号分量(20)标准化成标准化的交流电压信号分量U
Y～
和标准化的直流电压信号分量U
Y＝
,其中，所述计算和控制单元(200)构造用于基于所述标准化的交流电压信号分量U
Y～
确定所述气体样本的所述气体混合物中的氧气浓度，其中，所述计算和控制单元(200)构造用于基于所述标准化的直流电压信号分量U
Y＝
确定所述气体样本的所述气体混合物中的其他气体的浓度，其中，所述计算和控制单元(200)构造用于提供输出信号(266，267)，所述输出信号指示所述气体样本的所述气体混合物中的确定的所述氧气浓度和确定的其他气体的浓度。2.根据权利要求1所述的测量系统(100)，其中，所述计算和控制单元(200)构造用于，在确定所述气体样本的所述气体混合物中的所述氧气浓度时，和/或在确定所述气体样本的所述气体混合物中的其他气体的浓度时考虑先前在测量试验中求出的数据集(203)，所述数据集代表信号曲线的关联关系，所述信号曲线与所述气体样本的气体混合物中的其他气体和氧气的浓度相关。3.根据权利要求2所述的测量系统(100)，其中，所述数据集(203)以一个或多个数据字段的形式存储，或者以函数或关联规则或函数的形式存储。4.根据权利要求1所述的测量系统(100)，其中，所述计算和控制单元(200)构造用于，将压力传感器(310)的测量值和/或关于所述气体样本的所述气体混合物中的压力水平所提供的信息包括到所述氧气浓度的确定中
和/或所述其他气体浓度的确定中，所述压力传感器指示所述气体样本的所述气体混合物中的压力水平。5.根据权利要求1所述的测量系统(100)，其中，所述测量设备(1)和/或所述计算和控制单元(200)构造用于加热所述测量室(380)和/或所述气体输送装置(385)。6.根据权利要求1所述的测量系统(100)，其中，所述计算和控制单元(200)构造用于，将湿度传感器(320)的测量值或者关于所述气体样本的所述气体混合物中的湿度所提供的信息和/或温度传感器(330，340)的测量值或者关于所述气体样本的所述气体混合物中的温度所提供的信息包括到所述氧气浓度的确定中和/或其他气体浓度的确定中，所述湿度传感器指示所述气体样本的所述气体混合物中的湿度情况，所述温度传感器指示所述气体样本的所述气体混合物中的温度情况。7.根据权利要求6所述的测量系统(100)，其中，所述湿度传感器(320)位于冲洗室(390)中。8.根据权利要求6或7所述的测量系统(100)，其中，所述湿度传感器(320)包括参考温度传感器(340)，其中，所述计算和控制单元(200)构造用于，借助于所述参考温度传感器(340)将所述湿度传感器(320)的测量值标准化。9.根据权利要求7或8所述的测量系统(100)，其中冲洗室(390)在气流(398)中并且在所述测量设备(1)中在所述测量元件(3)处相对于所述测量元件(2)和相对于所述气流(398)布置成，使得所述气体样本的流动的所述气体混合物在对所述测量元件(2)的所述薄膜(7)的表面进行绕流/溢流之后能够流入...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈特穆特，
申请(专利权)人：德尔格制造股份两合公司，
类型：发明
国别省市：