CZ284518B6

CZ284518B6 - Device for monitoring pressure of a liquid medium

Info

Publication number: CZ284518B6
Application number: CZ941791A
Authority: CZ
Inventors: Miroslav Ing. Skála
Original assignee: Skála Brno, Lékařská Technika
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1994-07-26
Publication date: 1998-12-16
Also published as: CZ179194A3

Abstract

The device is intended for monitoring pressure of liquid media, particularly the pressure limits of liquids. The device is composed of at least one receptacle with adjustable working volume, connected to an input pipe (3) fitted with a position monitor (7) with two position sensors (8) and metering unit (10).<IMAGE>

Description

(57) Anotace:(57)

Pro sledování tlaku tekutého média, zejména mezních stavů tlaku kapaliny. Je určeno zařízení, které sestává z alespoň Jedné nádoby s nastavitelným pracovním objemem, napojené na přívodní trubici (3) opatřenou snímačem (7) polohy se dvěma čidly (8) polohy a s vyhodnocovací Jednotkou (10).For monitoring the pressure of the liquid medium, in particular the limit states of the liquid pressure. A device is provided comprising at least one adjustable working volume vessel connected to a supply tube (3) provided with a position sensor (7) with two position sensors (8) and an evaluation unit (10).

CZ 284 518 B6CZ 284 518 B6

Zařízení pro sledování tlaku tekutého médiaDevice for monitoring the pressure of liquid medium

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká zařízení pro sledování tlaku tekutého média, zejména mezních stavů tlaku tekutiny.The present invention relates to a device for monitoring the pressure of a fluid medium, in particular to a fluid pressure limit state.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Zařízení pro měření či sledování tlaku tekutého média, jsou široce používána nejen v ryze technických oborech, ale též v oborech, kde technika je jen jedním z článků celého řetězce dalších oborů, jako je tomu např. v lékařství. Zatímco v technice znamená selhání jednoho uzlu většinou jen technickou závadu, jejíž odstranění je vesměs jen otázkou náhradních dílů a času, v medicíně, v léčebném procesu, může selhání přístrojů, či pozdní informace o skutečném stavu pacienta často znamenat vážné ohrožení jeho zdraví. Tak tomu může být například při infuzích, kdy je třeba sledovat, zda nedošlo k ucpání nebo uvolnění přívodu živin do žil pacienta. Aby ošetřující personál nemusel být bezprostředně přítomen po celou dobu takového léčebného zákroku, používají se různá zařízení sledující tlak tekutiny proudící v trubicích napojených na nemocného.Devices for measuring or monitoring the pressure of a liquid medium are widely used not only in purely technical fields, but also in fields where technology is only one part of the entire chain of other fields, such as in medicine. While in technology a single node failure is usually only a technical defect, the removal of which is largely a matter of spare parts and time, in medicine, in the healing process, equipment failure or late information about the patient's actual condition can often pose a serious threat to his health. This may be the case, for example, in infusions where it is necessary to monitor for blockage or release of nutrients to the patient's veins. In order to prevent the attendant from being immediately present during such a treatment, various devices are used to monitor the pressure of the fluid flowing in the tubes connected to the patient.

Stávající zařízení pro kontrolu tlaku využívaná kvýše uvedeným účelům pracují se speciálními membránami, umístěnými na trubicích, které jsou zpravidla elastické a změnou tlaku uvnitř proudící kapaliny mění svůj rozměr. Na takovouto membránu je připojen tenzometrický snímač, převádějící mechanickou deformaci membrány na ekvivalentní elektrický signál, který je upravován, zpracováván a posléze vyhodnocen. Nastavení komparačních úrovní vyhodnocovacího obvodu určuje současně mezní stavy jednotlivých tlaků. Podle typu převodu mechanické deformace na elektrický signál se rozlišuje celá řada převodníků. K nej užívanějším patří odporové tenzometry, zapojené jako odporové můstky, dále piezo převodníky, využívající skutečnosti, že mechanická deformace piezokrystalu je provázena vznikem elektrického náboje, případně potenciometrické převodníky, kde membrána je přes převodový systém spojena s běžcem potenciometru, jehož nastavení odpovídá vychýlení membrány úměrné velikosti tlaku proudícího média. Další typy zařízení využívají indikace polohy membrány pomocí změny kapacity kondenzátorů, jehož jedním polepem může být membrána. Všechny známé systémy se vyznačují náročnou elektronikou, vyžadující stabilizované napájecí zdroje, zesilovače s nízkou hladinou šumu a pod. Přesnost uvedených metod je závislá jednak na vlastním mechanismu převodníku mechanické deformace na elektrický signál, jednak na přesnosti zpracování získané informace v následných obvodech a komparátoru vyhodnocovacího bloku. S rostoucí složitostí obvodů klesá zpravidla spolehlivost celého zařízení. Výsledek je rovněž výrazně ovlivněn mechanickou vazbou mezi membránou a měřicím systémem. Sebemenší změna polohy membrány se projevuje zkreslením vyhodnocovaného signálu, což nemusí obsluha vždy postřehnout. Stávající systémy jsou dále velmi málo citlivé na pokles tlaku. Důsledkem může být např. selhání signalizace náhodného vytažení jehly v návratové straně exktrakorporálu u dialýzy, čímž hrozí nebezpečí vykrvácení pacienta a pod.Existing pressure control devices used for the above purposes operate with special diaphragms mounted on tubes which are generally elastic and change their dimension by changing the pressure inside the flowing fluid. A strain gauge transducer is connected to such a membrane, converting the mechanical deformation of the membrane into an equivalent electrical signal, which is processed, processed and then evaluated. The setting of comparative levels of the evaluation circuit determines simultaneously limit states of individual pressures. A number of converters are distinguished according to the type of mechanical deformation to electrical signal conversion. The most commonly used are resistance strain gauges connected as resistive bridges, piezo converters, using the fact that mechanical piezocrystal deformation is accompanied by the formation of electric charge, or potentiometric converters, where the membrane is connected via a transmission system potentiometer slider, whose setting corresponds to the deflection the pressure of the flowing medium. Other types of devices utilize diaphragm position indications by varying the capacitance of capacitors, one of which may be a membrane. All known systems are characterized by demanding electronics, requiring stabilized power supplies, low noise amplifiers and the like. The accuracy of these methods depends on the mechanism of the converter of the mechanical deformation to the electrical signal and on the accuracy of the processing of the information obtained in the following circuits and the comparator of the evaluation block. As the complexity of the circuits increases, the reliability of the entire device generally decreases. The result is also strongly influenced by the mechanical coupling between the membrane and the measuring system. The slightest change in the position of the diaphragm is manifested by distortion of the evaluated signal, which the operator does not always notice. Furthermore, existing systems are very insensitive to pressure drop. This may result, for example, in failure of the signaling of the random withdrawal of the needle in the return side of the exctracorporal in dialysis, thereby causing the risk of bleeding the patient and the like.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedenou problematiku řeší a nedostatky známých řešení odstraňuje zařízení pro sledování tlaku tekutiny, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z alespoň jedné nádoby s nastavitelným pracovním objemem, napojené na přívodní trubici opatřenou prostředky pro indikaci polohy hladiny, přičemž přívodní trubice je upravena pro zaústění do hlavního potrubí pro transport tekutého média. Podle předmětného vynálezu je dále nádoba s nastavitelným pracovnímThe aforementioned problem is solved and the drawbacks of the known solutions are eliminated by a fluid pressure monitoring device, which consists of at least one vessel with an adjustable working volume connected to a supply tube equipped with level indicator means, the supply tube being adapted for opening into the main pipe for transporting the liquid medium. According to the present invention, the container is further adjustable

- 1 CZ 284518 B6 objemem napojena na přívodní trubici pomocí připojovací trubice opatřené omezovačem průtoku. Prostředky pro indikaci polohy hladiny mohou být s výhodou tvořeny snímačem polohy s vyhodnocovací jednotkou. Zlepšení funkce se dosáhne tím, že snímač polohy je patřen dvěma čidly polohy.Connected to the supply tube by means of a connection tube provided with a flow restrictor. The means for indicating the level position may advantageously comprise a position sensor with an evaluation unit. Improvement of the function is achieved by the position sensor being provided with two position sensors.

Výhodou předmětného zařízení pro sledování tlaku tekutého média je absence veškerých převodníků, které mohou zkreslit měření, čímž je dosaženo extremní přesnosti vyhodnocení a vysoké citlivosti na změny sledované veličiny. Je to způsobeno tím, že zařízení je založeno na principu snímání polohy hladiny vlastního média uvnitř odbočky z hlavní dopravní cesty. Při konstantní rychlosti proudění je totiž výška hladiny v odbočce z hlavního potrubí pro transport tekutého média přímo úměrná tlaku tohoto média. Nádoby s nastavitelným pracovním objemem slouží jednak pro nastavení hladiny ve snímači, jednak pro nastavení citlivosti zařízení. Zařízení umožňuje nastavit velmi široké rozmezí sledovaných hodnot, jak s ohledem na citlivost, nárůst a/nebo pokles, tak i polohu počátečního bodu, od kterého jsou teprve změny registrovány.The advantage of the present device for monitoring the pressure of the liquid medium is the absence of all transducers which can distort the measurement, thus achieving extreme evaluation accuracy and high sensitivity to changes of the monitored quantity. This is due to the fact that the device is based on the principle of sensing the position of the medium level inside the branch from the main transport route. In fact, at a constant flow rate, the level of the branch in the branch from the main fluid transport line is directly proportional to the pressure of the medium. Containers with adjustable working volume serve both for level adjustment in the sensor and for sensitivity adjustment of the device. The device allows to set a very wide range of monitored values, both with respect to sensitivity, increase and / or decrease, as well as the position of the starting point from which the changes are only registered.

Přehled obrázků na výkresechOverview of the drawings

Vynález bude dále podrobněji objasněn pomocí příkladů jeho praktického provedení, uvedených na přiložených výkresech, na nichž je na obr. 1 nakresleno jeho schematické uspořádání, na obr. 2 je detail možného provedení snímače polohy a na obr. 3 je znázorněno provedení podle obr. 1 doplněné o pomocné trubice a na obr. 4 je zjednodušené provedení.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic view, FIG. 2 shows a detail of a possible embodiment of a position sensor, and FIG. with auxiliary tubes and Fig. 4 is a simplified embodiment.

Příklad provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Jak patrno z výkresu je do hlavního potrubí 1 vřazena odbočka 2 na níž je napojena přívodní trubice 3. Na tuto přívodní trubici 3 jsou pomocí připojovacích trubic 4 napojeny, každá samostatně, dvě nádoby s nastavitelným vnitřním pracovním objemem, první expander 5 a druhý expander 6. Jsou to v podstatě válce opatřené pístem, ale obecně při zachování funkce, může být jejich provedení libovolné. Nastavenou polohu pístu ve válci je třeba zajistit, buď samostatným aretovacím zařízením, nebo omezovačem průtoku v připojovací trubici 4. Pro praktické nasazení je vhodné, jsou-li jak přívodní, tak i připojovací trubice 3, 4 zhotoveny z elastického materiálu a v tom případě funkci omezovače průtoku zcela splňuje obyčejná tlačná svěrka 9. Materiál trubic musí být elastický pouze do té míry, aby umožnil dobrou manipulaci s trubicemi a jejich uzavření svěrkami, nesmí dovolit deformaci tlakem kapaliny, což by negativně ovlivnilo funkci celého zařízení. Na přívodní trubici 3 je umístěn snímač 7 polohy opatřený dvěma čidly polohy 8. Výstupy snímače 7 polohy jsou připojeny na vyhodnocovací jednotku 10. Odbočka 2 může být součástí přívodní trubice 3, případně částí hlavního potrubí 1.As can be seen from the drawing, a branch 2 is connected to the main pipe 1 to which the lance 3 is connected. Two lances with an adjustable internal working volume, the first expander 5 and the second expander 6, are connected to this lance 3 by means of connecting tubes 4. They are basically cylinders provided with a piston, but in general, while maintaining their function, they may be of any design. The set position of the piston in the cylinder must be ensured, either by means of a separate arresting device or by a flow restrictor in the connection tube 4. For practical use, it is suitable if both the supply and connection tubes 3, 4 are made of elastic material and The flow restrictor is fully compliant with an ordinary compression clamp 9. The tube material must only be elastic to the extent that it allows good handling and closing of the tubes, it must not allow deformation by liquid pressure, which would adversely affect the operation of the entire device. A position sensor 7 is provided on the supply tube 3 with two position sensors 8. The outputs of the position sensor 7 are connected to the evaluation unit 10. The branch 2 can be part of the supply tube 3 or part of the main pipe 1.

Činnost předmětného zařízení a práce s ním je následující. Při zaplněném hlavním potrubí 1 kapalným médiem, např. infuzním roztokem, se první i druhý expander 5, 6 otevřou do vnějšího, atmosférického prostředí, např. vytažením pístů ven z válců. Vlivem hydraulického tlaku vystoupí v přívodní trubici 3 hladina kapalného média do určité výše. Pak se nastavením polohy pístu prvního expanderu 5 zvolí citlivost zařízení. Čím větší pracovní objem, tj. pístem uzavřený prostor v prvním expanderu 5, tím je citlivost větší a obráceně. V následném kroku se pohybem pístu druhého expanderu 6 nastaví hladina kapalného média tak, aby ležela mezi oběma čidly 8 polohy a sepnutím svěrky 9, umístěné na propojovací trubici 4 vedoucí k druhému expanderu 6, je provedené nastavení tlakových mezí zajištěno. Při takovéto poloze hladiny kapalného média v přívodní trubici 3 jsou sledována jak překročení homí meze, určující nadměrné zvýšení tlaku v hlavním potrubí 1, tak i pokles tlaku pod dolní mez, signalizující nežádoucí pokles tlaku v hlavním potrubí 1. První situace může nastat např. při proniknutí infuzní jehly do svalstva pacienta, kdy infuzní roztok již neproudí do žíly, druhý stav může být způsoben např. uvolněním infuzní jehly ze žíly pacienta nebo uvolněním přívodu infuzního roztoku do jehly, kdy infuzníOperation and operation of the equipment is as follows. When the main conduit 1 is filled with liquid medium, e.g. an infusion solution, the first and second expander 5, 6 are opened to the external, atmospheric environment, for example by pulling the pistons out of the cylinders. Due to the hydraulic pressure, the liquid medium level rises to a certain level in the lance 3. The sensitivity of the device is then selected by adjusting the piston position of the first expander 5. The greater the working volume, i.e. the piston-enclosed space in the first expander 5, the greater the sensitivity and vice versa. In a subsequent step, by moving the piston of the second expander 6, the level of the liquid medium is adjusted so that it lies between the two position sensors 8 and the clamping of the clamp 9 located on the connecting tube 4 leading to the second expander 6. In such a position of the liquid medium level in the inlet tube 3, both the upper limit determining the excessive pressure increase in the main conduit 1 and the pressure drop below the lower limit indicating undesirable pressure drop in the main conduit 1 are monitored. penetration of the infusion needle into the patient's muscles, when the infusion solution no longer flows into the vein, the second condition may be caused, for example, by releasing the infusion needle from the patient's vein or releasing the infusion solution into the needle,

-2CZ 284518 B6 roztok volně vytéká ven. V obou případech vyhodnocovací jednotka 10 spustí varovný signál, zvukový, světelný nebo kombinovaný a uvede zařízení do bezpečného stavu tak, aby zdraví, či život pacienta nebyl ohrožen.The solution flows freely out. In both cases, the evaluation unit 10 triggers a warning signal, audible, luminous or combined, and puts the device in a safe condition so that the health or life of the patient is not endangered.

Zařízení je možno realizovat ve zjednodušené formě tak, že je použita pouze jediná nádoba s proměnlivým objemem. Pak je přívodní trubice 3 shodná s připojovací trubicí 4. Funkci nádoby s proměnlivým objemem může dokonce zastat sama přívodní trubice 3 a změna objemu bude prováděna změnou polohy tlačné svěrky 9 na přívodní trubici 3. Pro zachování sterility dávkované kapaliny je žádoucí, aby nádoba s proměnlivým objemem byla vůči okolí zcela uzavřená. Zjednodušené provedení je znázorněno na obr. 4.The device can be implemented in a simplified form, using only a single variable volume container. Then the lance 3 coincides with the lance 4. The variable volume vessel may even function as the lance 3 itself, and the volume change will be accomplished by changing the position of the clamp 9 on the lance 3. To maintain the sterility of the dispensed liquid, it is desirable the volume was completely closed to the surroundings. A simplified embodiment is shown in FIG. 4.

Pro potřebu medicínské praxe plně vyhovuje a je tudíž účelné, použít pro funkci nádoby s nastavitelným objemem běžnou injekční stříkačku. Namísto snímače 7 polohy, tak jak je popsán výše, lze pro nejjednodušší aplikace použít jako prostředky pro indikaci polohy hladiny rovněž jednoduché mechanické značky, ať pevné nebo stavitelné, mezi něž se popsaným způsobem, pomocí expanderu, nastaví sledovaná výška hladiny. V tomto případě, je ovšem na obsluze, aby hlídala případný posun hladiny mimo vyznačené meze, ale principielně takovéto řešení nijak neomezuje účinky předmětného vynálezu. Je pochopitelně možné pracovat pouze s jedním čidlem 8 polohy, a sledovat buď nadměrný růst tlaku tekutého média, nebo pouze jeho pokles pod zvolenou mezní hodnotu.For the needs of medical practice it is fully satisfactory and it is therefore expedient to use a conventional syringe for the function of an adjustable volume container. Instead of the position sensor 7 as described above, for the simplest applications, simple mechanical markers, whether fixed or adjustable, between which the level monitored can be adjusted by means of an expander in the manner described, can also be used as level position indicating means. In this case, however, it is up to the operator to monitor for possible level shifting beyond the indicated limits, but in principle such a solution does not limit the effects of the present invention. Of course, it is possible to work with only one position sensor 8 and to observe either an excessive pressure rise of the liquid medium or only a drop thereof below the selected limit value.

Celé zařízení lze, vzhledem k jeho jednoduchosti a provedení jednotlivých komponentů, snadno integrovat do různých přístrojů, např. přístroje pro řízení infuze. V tomto případě může snímač 7 polohy přidržovat přívodní trubice 3 a/nebo hlavní potrubí 1_. Jak ukazuje obr 2, prostředky pro tento účel jsou příkladně tvořeny drážkami v tělese snímače 7 polohy, z nichž první drážka 12 je průběžná a do ní se vkládá hlavní potrubí 1 a druhá drážka 13, z ní kolmo vybíhající, je určena pro uložení přívodní trubice 3. Obě drážky 12, 13 tak spolu vytvářejí držák přívodní trubice 3. Ve stěně druhé drážky 13 jsou v odstupu od sebe umístěna obě čidla 8 polohy. Pro usnadnění vkládání a vyjímání trubic ze snímače 7 polohy mají obě drážky 12, 13 průřez ve tvaru kruhové úseče, jejíž středový úhel je o něco větší než 180°. V medicínské praxi jsou hlavní potrubí 1 i přívodní trubice 3 tvořeny vesměs hadičkami z elastického materiálu, takže je lze mírným tlakem do drážek vložit nebo naopak z drážek vyjmout.Due to its simplicity and individual component design, the entire device can be easily integrated into various devices, eg infusion control devices. In this case, the position sensor 7 can hold the supply pipe 3 and / or the main pipe 7. As shown in FIG. 2, the means for this purpose are, for example, formed by grooves in the position sensor body 7, of which the first groove 12 is continuous and the main pipe 1 is inserted therein and the second groove 13 extending therefrom perpendicularly is intended to receive the supply tube. 3. The two grooves 12, 13 thus form together the holder of the lance 3. In the wall of the second groove 13, the two position sensors 8 are spaced apart. To facilitate the insertion and removal of the tubes from the position sensor 7, the two grooves 12, 13 have a cross-section in the form of a circular segment whose center angle is slightly greater than 180 °. In medical practice, the main pipe 1 and the feed pipe 3 are all made up of hoses of elastic material, so that they can be inserted into or removed from the grooves with a slight pressure.

Aby bylo možno jednoduše provádět změny nastavené citlivosti nebo úrovně hladiny mezi čidly 8 polohy i v případě, kdy jsou písty jednoho, či druhého expanderu 5, 6 v krajní poloze, ajejich přesunem do střední polohy ve válci by se změnilo celé nastavení, je vhodné obě připojovací trubice 4 opatřit pomocnou trubicí 14 s pomocnou svěrkou 15. Takovéto přídavné vybavení předmětného zařízení je uvedeno na obr. 3.In order to be able to easily change the set sensitivity or level level between the position sensors 8 even when the pistons of one or the other expander 5, 6 are in the extreme position, and moving them to the middle position in the cylinder would change the entire setting, to provide the connecting tube 4 with an auxiliary tube 14 with an auxiliary clamp 15. Such additional equipment of the present device is shown in Fig. 3.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Předmětné zařízení pro sledování tlaku tekutého média, je určeno pro hlídání mezních stavů tlaku tekutiny, a to jak dynamického, tak i statického tlaku. Nerozhoduje, zda tekutina v hlídaném potrubí proudí, či nikoliv. Zařízení je určeno pro medicínskou praxi, aleje možno jej použít i pro obdobné účely v kterémkoliv technickém oboru a lze jím sledovat jak změny tlaku kapaliny, tak i jiných tekutin.The present apparatus for monitoring the pressure of a fluid medium is intended to monitor the limit states of the fluid pressure, both dynamic and static pressure. It does not matter whether or not the fluid in the monitored pipe is flowing. The device is intended for medical practice, but it can also be used for similar purposes in any technical field and can monitor both changes in pressure of liquid and other fluids.

Claims

Apparatus for monitoring the pressure of a liquid medium, in particular of a pressure limit state of a liquid, characterized in that it consists of at least one container with an adjustable working volume connected to a supply tube (3) provided with level position indicating means, the supply tube (3) it is adapted to enter into the main conduit (1) for transporting the liquid medium.

Device according to claim 1, characterized in that the vessel with an adjustable working volume is connected to the supply tube (3) by means of a connection tube (4), the supply tube (3) and / or the connection tube (4) having a flow restrictor.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the means for indicating the level position is formed by a position sensor (7) with an evaluation unit (10).

Device according to claim 3, characterized in that the position sensor (7) is provided with two position sensors (8) spaced apart along the supply tube (3).

Device according to claim 1, characterized in that the vessel with an adjustable working volume is formed by a hollow cylinder with a piston.

Device according to claim 2, characterized in that the at least one connection tube (4) is provided with an auxiliary tube (14) with a flow restrictor.

Device according to claim 2, characterized in that the position sensor (7) is provided with means for holding the supply tube (3).