DE2811859A1

DE2811859A1 - Druckwandler

Info

Publication number: DE2811859A1
Application number: DE19782811859
Authority: DE
Inventors: Gandino Gandini; Bertil Dr Hoek; Kenth Nilsson
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1978-03-17
Filing date: 1978-03-17
Publication date: 1979-09-27
Also published as: IT1110545B; US4261208A; IT7920861A0; FR2420128A1; FR2420128B1; JPS54128385A

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 78 P 5030 BRD

Druckwandler

Die Erfindimg betrifft einen Druckwandler für die Erzeugung eines elektrischen Signals, das einem in einem Flüssigkeitsgefäß zu messenden Flüssigkeitsdruck entspricht, mit einer in einem Außenrohr angeordneten Meßzelle, die teilweise mit einer Flüssigkeit und im übrigen mit einem Gas füllbar ist, bei dem von der Meßzelle eine mit der Flüssigkeit ausfüllbare Leitung wegführt, die an ihrem der Meßzelle abgewandten Ende offen und direkt mit der Flüssigkeit im Flüssigkeitsgefäß verbindbar ist und in dem Mittel zur Erzeugung einer elektrischen Größe, die dem Gasvolumen in der Meßzelle entspricht, angeordnet sind, sowie mit einem vom Außenrohr umschlossenen Innenrohr.

Ein Druckwandler· dieser Art, der ein Miniaturdruckwandler ist,, ist durch die DE-OS 24 47 529 bekannt. Bei diesem Druckwandler ragt eine dünne Kapillare axial in die Meßzelle hinein und verbindet das Innenrohr, das zur Zufuhr der Übertragungsflüssigkeit dient, mit der mit

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dieser Flüssigkeit ausfüllbaren. Leitung, die direkt mit dem Flüssigkeitsgefäß, z.B. einem Blutgefäß, verbindbar ist. Wenn der Druckwandler mit Ubertragungsflüssigkeit, z.B. Kochsalzlösung, gefüllt wird, strömt diese Flüssigkeit über das Innenrohr durch die Kapillare und in die Leitung hinein, die direkt mit dem Flüssigkeitsgefäß verbindbar ist. Beim Füllen des Druckwandlers mit der Ubertragungsflüssigkeit soll ein Meniskus zwischen dieserFlüssigkeit und dem Gasvolumen am Ende der Kapillare zwischen der Innenwand des Außenrohrs und der Außenwand der Kapillare gebildet werden. Dieser Meniskus muß eine bestimmte Lage in der Meßzelle haben, damit einwandfreie Meßergebnisse erzielt werden. Wenn die Kapillare, die axial in die im Außenrohr liegende Meßzelle ragen soll, etwas verbogen ist oder nicht exakt axial liegt, können sich verfälschte Meßwerte ergeben. Der Druckwandler ist ferner aufgrund der Kapillare in seinem Aufbau kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckwandler der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Aufbau sehr einfach ist, und bei dem die Lage des Meniskus zuverlässig festgelegt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Außen- und Innenrohr ein Kanal zum Durchtritt der Flüssigkeit freigelassen ist, daß das Innenrohr an seinem dem Meßende des Druckwandlers abgewandten Ende geschlossen ist und daß die Meßzelle vom Innenrohr gebildet ist. Aufgrund der Tatsache, daß die Meßzelle von keiner Kapillaren axial durchragt wird, läßt sich die Lage des Meniskus vom offenen, äußeren Ende der Meßzelle aus leicht festlegen. Aufgrund der Tatsache, daß der Druckwandler aus wenigen Teilen aufgebaut ist, ist er im Aufbau sehr einfach.

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Ein Verfahren zur Füllung des Druckwandlers besteht erfindungsgemäß darin, daß an das dem Meßende abgewandte Ende eine Flüssigkeitspumpe angeschlossen und die Meßzelle mit einem Gas gefüllt wird, das aus mindestens zwei Komponenten besteht und daß mindestens eine der Komponenten in der Flüssigkeit gut löslich ist. Dadurch ist erreicht, daß abhängig von der Gaszusammensetzung die Lage des Meniskus in der Meßzelle festgelegt werden kann.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten, zur Blutdruckmessung dienenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Druckwandler und 20

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Druckwandler nach Fig. 1 nach der Linie II-II.

Die Fig. 1 zeigt, daß der Druckwandler, der ein Miniaturdruckwandler ist, ein Außenrohr 1 sowie ein vom Außenrohr umschlossenes Innenrohr 2, das eine Meßzelle bildet, aufweist. Die Meßzelle 2 ist exzentrisch im Außenrohr 1 angeordnet und an dessen Innenwand 3 befestigt. Die Meßzelle 2 ist an ihrem dem Meßende 4 des Außenrohres 1 bzw. des Druckwandlers abgewandten Ende 5 geschlossen. Die Meßzelle 2 endet außerdem im Abstand zum Meßende 4 des Außenrohres 1. Zwischen dem Außenrohr 1 und der Meßzelle 2 ist ein Spalt für eine Flüssigkeitsleitung 6 freigelassen, die an einer Flüssigkeitspumpe 7 mit Kochsalzlösung angeschlossen ist. Die Flüssigkeitspumpe 7 kann ein Behälter sein, in dem

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VPA 78 P 5030 BRD Kochsalzlösung unter einem bestimmten Druck steht. Der Flüssigkeitswiderstand, d.h. der Durchmesser, der Flüssigkeitsleitung 6 ist an den gewünschten Flüssigkeitsfluß angepaßt. In der Meßzelle 2 sind zwei Elektroden 8, 9 aus Platin im Abstand in Rohrlängsrichtung angeordnet, die an einer später näher beschriebenen Schaltungsanordnung zur Messung des jeweiligen Widerstandes zwischen ihnen angeschlossen sind.

In Fig. 2 ist gezeigt, daß die Meßzelle 2 und die Flüssigkeitsleitung 6 in Silikongummi 10 eingebettet sind.

Wenn eine Blutdruckmessung vorgenommen werden soll, muß der Druckwandler mit Kochsalzlösung gefüllt werden, bevor er direkt am Meßbereich, z.B. in einem Blutgefäß, appliziert wird. Es strömt Kochsalzlösung von der Flüssigkeitspumpe 7 über die Flüssigkeitsleitung 6 in den Raum 11 hinein und drückt die im Druckwandler vorhandene Luft in die Atmosphäre hinaus. Aufgrund der kleinen Dimensionen des Druckwandlers strömt die Kochsalzlösung, abhängig vom Druck der Flüssigkeitspumpe, nicht in die Atmosphäre hinaus, sondern füllt den Raum 11 im Außenrohr 1. Aufgrund der Ausbildung und Lage der Meßzelle 2 wird die darin befindliche Luft zunächst nicht entfernt. Es bildet sich genau an dem freien Ende der Meßzelle 2 ein Meniskus 12, wie es die strichpunktierte Linie zeigt.

Um eine Druckmessung vornehmen zu können, muß der Menis kus 12, d.h. die Kochsalzlösung, in die Meßzelle 2 hineingeführt werden, so daß die freien Enden der Elektroden S, 9 in die Kochsalzlösung eintauchen. Der Meniskus 12 muß eine definierte Lage in der Meßzelle 2 ha-

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VPA 78 P 5030 BRD ben. In der Fig. 1 ist der in die Meßzelle 2 geschobene Meniskus mit 13 bezeichnet.

Damit eine genaue Festlegung der Lage des Meniskus möglieh ist, kann, bevor der Druckwandler mit Kochsalzlösung gefüllt wird, die Meßzelle 2 mit einer Gasmischung aus CO^ und Luft gefüllt werden. Wenn danach der Druckwandler mit Kochsalzlösung gefüllt wird, wird sie aufgrund der Auflösung des COp dieser Gasmischung in der Kochsalzlösung in die Meßzelle 2 hineingesaugt, und zwar bis zu einem Niveau, das von der Zusammensetzung der Gasmischung abhängt. Durch diese Zusammensetzung kann also die Lage des Meniskus in der Meßzelle 2 festgelegt werden.

Der Druckwandler wird für eine Blutdruckmessung in ein Blutgefäß eines Patienten hineingeführt, wobei sich das in der Meßzelle 2 eingeschlossene Gasvolumen 14 ändert. Das jeweilige Gasvolumen entspricht dem Druck der Kochsalzlösung und damit dem zu messenden Druck und wird in ein elektrisches Signal über die Elektroden 8, 9 umgewandelt.

Der Widerstand zwischen den Elektroden 8, 9 ist von der Lage des Meniskus 13, der das Luftvolumen 8 begrenzt, abhängig. Dieser Widerstand beeinflußt die Frequenz eines Oszillators 15. Beim Verbinden des Druckwandlers bzw. der Elektroden 8, 9 mit der Sekundärwicklung eines Transformators 16 des Oszillators 15 wird eine vollständige galvanische Isolierung zwischen dem Druckwandler und dem Oszillator 15 erhalten,was aus Sicherheitsgründen wünschenswert ist. Ein Oszillator dieser Art ist z.B. in der Literaturstelle "Operational Amplifiers", Seite 370, McGraw-Hill, New York, 1971, beschrieben. Der Oszillator 15 ist

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über die Verbindung 17 mit einem Gerät 18 zum Umwandeln der Frequenz in eine entsprechende Spannung verbunden. Das Gerät 18 ist seinerseits über die Verbindung 19 mit einem Verstärker 22 zum Verstärken der Signale vom Gerät 18 verbunden. Der Verstärker 22 ist wiederum über die Verbindung 23 mit einem Aufzeichnungsgerät 24 zum Aufzeichnen der Meßergebnisse verbunden.

Die Dimensionen des Druckwandlers können sehr klein gehalten werden. Bei einem Ausführungsbeispiel war der äußere Durchmesser 0,9 mm und die Länge 4 mm.

Zur Bestimmung der Lage des Meniskus in der Meßzelle kann auch z.B. das Meßende 4 des mit Kochsalzlösung gefüllten Druckwandlers an einer Saugdruckquelle 20, z.B. einer Spritze, angeschlossen werden. Der Saugdruck wird durch die Volumenänderung des Raumes vor dem Kolben 21 der Spritze 20 abhängig von der Zurück-Ziehung des Kolbens 21 bestimmt. Ein Teil der Luft wird dadurch die Meßzelle 2 in Form von Luftblasen in der Kochsalzlösung verlassen. Wenn die Spritze von dem Druckwandler abgenommen wird, d.h. wenn der Atmosphärendruck an dem Meßende 4 wieder vorhanden ist, bildet sich in der Meßzelle 2 eine Säule aus Kochsalzlösung, deren Länge von der Menge des aus der Meßzelle 2 abgesaugten Gases abhängt.

Durch Aufwärmen eines mit Kochsalzlösung gefüllten Druckwandlers auf eine bestimmte Temperatur kann eine Luftexpansion in der Meßzelle erzielt werden, so daß ebenfalls Luft in Form von Blasen die Meßzelle 2 verläßt, wobei in der Meßzelle 2 eine gewünschte Länge der Kochsalzlösungssäule beim Zurückkehren zur Ur-Sprungstemperatur gebildet wird.

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Eine weitere Möglichkeit, die Länge der Kochsalzlösungssäule bzw. die Lage des Meniskus zu "bestimmen, ist, daß bei einem mit Luft gefüllten Druckwandler ein Stab dem gewünschten Gasvolumen entsprechend tief in die Meßzelle 2 eingeführt wird. Wenn der Druck-, wandler mit Kochsalzlösung gefüllt ist, wird der Stab wieder aus der Meßzelle 2 herausgezogen und eine entsprechende Kochsalzlösungssäule bildet sich in der Meßzelle 10

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Claims

--*-- VPA 78 P 5030 BRD Patentansprüche

Druckwandler für die Erzeugung eines elektrischen Signals, das einem in einem Flüssigkeitsgefäß zu messenden Flüssigkeitsdruck entspricht, mit einer in einem Außenrohr angeordneten Meßzelle, die teilweise mit einer Flüssigkeit und im übrigen mit einem Gas füllbar ist, bei dem vondsr Meßzelle eine mit der Flüssigkeit ausfüllbare Leitung wegführt, die an ihrem der Meßzelle abgewandten Ende offen und direkt mit der Flüssigkeit im Flüssigkeitsgefäß verbindbar ist und in dem Mittel zur Erzeugung einer elektrischen Größe, die dem Gasvolumen in der Meßzelle entspricht, angeordnet sind, sowie mit einem vom Außenrohr umschlossenen Innenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Außen- (1) und Innenrohr (2) ein Kanal (6) zum Durchtritt der Flüssigkeit freigelassen ist, daß das Innenrohr (2) an seinem dem Meßende (4) des Druckwandlers abgewandten Ende (5) geschlossen ist und daß die Meßzelle vom Innenrohr (2) gebildet ist.
2. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß im Innenrohr (2) zwei Elektroden (8, 9) im Abstand in Rohrlängsrichtung angeordnet sind, die an einer Schaltungsanordnung zur Messung des jeweiligen Widerstands zwischen ihnen angeschlossen ist.
3. Druckwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) exzentrisch im Außenrohr (1) angeordnet ist.
4. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) im Abstand zum Meßende (4) des Außenrohres (1) endet.

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5. Verfahren zur Füllung des Druckwandlers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß an das dem Meßende (4) abgewandte Ende eine Flüssigkeitspumpe (7) angeschlossen und die Luft in der Meßzelle (2) vom Meßende (4) aus teilweise abgesaugt wird.
6. Verfahren zur Füllung des Druckwandlers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an das dem Meßende (4) abgewandte Ende eine Flüssigkeitspumpe (7) angeschlossen und die Meßzelle (2) mit einem Gas gefüllt wird, das aus mindestens zwei Komponenten besteht und daß mindestens eine der Komponenten in der Flüssigkeit gut löslich, ist.
7. Verfahren zur Füllung des Druckwandlers nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas eine Mischung von Luft und CO« ist.
8. Verfahren zur Füllung des Druckwandlers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß an das dem Meßende

(4) abgewandte Ende eine Flüssigkeitspumpe (7) angeschlossen und der Druckwandler zur Expansion der Luft in der Meßzelle (2) erwärmt wird.
9. Verfahren zur Füllung des Druckwandlers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß an das dem Meßende (4) abgewandte Ende eine Flüssigkeitspumpe (7) angeschlossen und in die Meßzelle (2) ein Stab dem gewünschten Gasvolumen entsprechend tief eingeführt und anschließend herausgezogen wird.

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