SE461178B - Maetcell foer paramagnetisk bestaemning av syreinnehaall i gasblandningar och anvaendning av en saadan maetcell - Google Patents

Description

461 178' 2 konstruktion, och dessutom är det svårt att limma eller på annat sätt sammanfoga komponenterna, på ett sådant sätt att överskott av lim eller bindemedel inte sprider sig till cellen eller till gasledningarna. I den föreliggande uppfinningen löses problemen med en ny konstruktionstyp, i vilken mätcellen består av ett slutet hålrum kring magneten, och i vilken spalten, där den fysikaliska effekten som metoden baseras på äger rum i gradienten från magnetfältet, kommer att föreligga mellan de motsatta polerna av en magnet som bearbetats på ett särskilt sätt. Det slutna utrymmet kring magneten fungerar som en buffertvolym, vilken effektivt förhindrar koppling av magnetomekaniska störningar till mikrofonen, beh dämpar tryckstörningar förorsakade av pumpen. Hela mätcellen visas i fig. 1, och magnetkonstruktionen i detalj i fig. 2.

Mätcellen består av ett lufttätt slutet hålrum 1, en elektro- magnet 2, prov- och referensgasledningar 3 och 4, och en ut- loppsledning 5 för blandad gas. Dessutom penetreras hålrums- väggen av ledningar för magnetström och för givare som mäter magnettemperaturen och flödestätheten.

Elektromagneten består av en spole 6, en spolstomme 7 och mag- netkärnhalvor 8 och 9, vilka pressas samman medelst två plåtar och ll, och skruvar 12 och 13. Gaser leds till magnetgapet via hål 14 och 15 som är borrade i delen 8. Framdelen av delen 8 är bearbetad på ett sådant sätt att U-formiga socklar 16 och 17 formas kring gasinloppshålen. En sockels höjd och det gap som definieras av den är typiskt 0,2 mm. Socklarna leder de inkommande gaserna så att dessa kolliderar på ett sådant sätt att de är väl blandade när de strömmar ut från gapet mellan magnetpolerna till det omgivande utrymmet. Det är inte kri- tiskt huruvida socklarnas ytor tätar mot ytan på den motståen- de delen 9.

Det bästa magnetkärnmaterialet är en blandning av kobolt och järn, med en hög mättnadsflödestäthet på ungefär 2,4 Tesla.

Detta material har också en positivt magnetostriktiv koeffi- cient, vilket innebär att det är möjligt att kompensera dim- a 461 178 mensionsförändringar i magnetgapet p.g.a magnetisk kraft genom lämpligt val av socklarnas dimensioner.

Kraften mellan magnetpolerna är F = (Al BZ)/<2 po) där Al är arean för gapet, och B är den magnetiska flödestät- heten. Då blir trycket mot socklarna Då är spänningen i sockeln E P/E = (A1/2A2> (BZ/2E po) där E är materialets elastícitetskonstant. Å andra sidan är det känt att expansionen vid magnetostriktíon vid mättnads- flödestäthet är Å' = 7 . 10-5. Genom att sätta E.= ä' när kompression p.g.a magnetisk kraft och expansion p.g.a xnagneto- striktion tar ut varandra, erhålles Al/Az = (za yo C/Bz) = 7,32.

Detta erhålles när socklarnas totala yta är 12% av magnetpol- tvärsnittet.

Mätning av syreinnehåll i en gasblandning med mätcellen enligt den föreliggande uppfinningen, fungerar enligt det följande (se fig. 3). En pump 18 suger via en ledning 5 provgas som leds till ledningen 3 och referensgas som leds till ledningen 4 genom mätcellen 1. När gaserna anländer från hålen i magneten till gapet mellan polerna, passerar de en kraftig magnetfältgradient och syremolekylerna i gasen kommer att känna av en kraftverkan p.ga sin paramagnetism. Därvid genereras en tryckskillnad i gasen mellan utrymmena med och utrymmena utan magnetfält, och denna skillnad är proportionell mot produkten av gasens paramagnetiska susceptibilitet och 461 178' 4 kvadraten på magnetfältet. Eftersom de blandade gaserna mellan magnetgapet har samma tryck, kommer det att föreligga en tryckskillnad mellan gaserna som strömmar i inloppsledningarna.

AP = (Ks ~ Kr) :az/z där Ks och Kr är susceptibiliteterna för provgasen respektive referensgasen. Syrets K är åtminstone 150 gånger högre än K för exempelvis gaserna i utandningsgaserna i en sjukhuspatíent, så mätningen är tämligen specifik för syre.

Magnetströmmen hackas typiskt med en frekvens på 100 Hz, och den växelformade tryckskillnadssignalen mäts medelst en differentiell mikrofon 19 mellan ledningarna 3 och 4. Signalen detekteras medelst en detektor som är synkroniserad med magnetkontrollen, och den filtreras och förstärks så mycket som är nödvändigt. För att säkerställa perfekt prestanda hos anordningen, är det dessutom nödvändigt att plötsliga tryckfluktuationer inte stör mätningen. Problemet är konkret exempelvis när syrehalten i utandningsluften från en patient som är kopplad till en respirator skall mätas. I den föreliggande uppfinningen har problemet lösts genom inkoppling av en pneumatisk filterkrets framför mätcellen, avsedd att eliminera tryckvariationer. Metoden baseras på buffertvolymer som är gemensamma för både prov- och referensgasen, så att sidoflöden av gaser sugs genom buffertvolymen. Ett andra ordningens pneumatiskt RC-lågpassfilter som åstadkommits utgående från denna princip visas i fig.4. Det består av ett slutet hålrum 20, en mätcell 1 och ledningar 21-25 med högt flödesmotstånd. Syftet med ledningen 25 är att föra den blandade gasen ut från systemet och leda den förbi det magnetiska fältet i mätcellen, och dess flödesmotstånd är ungefär hälften av motståndet i de andra ledningarna.

Systemets förmåga till tryckfiltrering kan ökas genom inkopp- ling av ännu ett filtersteg 26 framför systemet, såsom visas i fig. 5. I princip kan ännu fler steg ínkopplas, i praktiken kommer till sist de dominerande störningarna att vara de som s 461 178 är kopplade direkt akustiskt till mikrofonen, vilka inte kan elimineras genom pneumatisk filtrering.

Vad som krävs av den pneumatiska filtreringen kan uppskattas genom att man antar en plötslig tryckförändring på 10 mbar i provgasen, vilket är möjligt i samband med en respirator- Tryckskillnadssignalen, som är ekvivalent till,l% ändring av syrehalten, är ungefär 0,3 Pbar. Man kan således säga att pneumatisk filtrering måste ha förmågan att dämpa tryckskíllnader med åtminstone en faktor 10000, så att ändringen inte stör mätningen alltför mycket.

Claims (4)

461 178 PATENTKRAV

1. Mätcell för mätning av syreinnehåll i gasblandningar, k ä n n e t e c k n a d av en elektromagnet i ett slutet hålrum vilken kontrolleras med hackad likström, prov och referensgasledningar som löper in i hålrummet och magnetkärnan, och en gemensam utloppsledning, arrangerad så att gaserna leds till magnetfältet i gapet mellan magnetpolerna genom hål (14, 15) som är borrade i magnetpolen så att socklar (16, 17) i gapet styr gasflödena att kollidera och blandas, och så att den blandade gasen strömmar fritt ut från gapet till det omgivande hålrummet (IL

2. Mätcell enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av hål (14, 15) som mynnar i luftgapet i den slutna magnetkretsen, vilka hål omges av U-formiga socklar (16, 17), så att hålen är belägna i bottnen av socklarna, vilka socklar har sina öppningar mot varandra.

3. Mätcell enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att den består av material med positiv magnetostriktiv koef- ficient, och att den är försedd med socklar (16, 17) med sådana dimensioner att deformationen av luftgapets höjd som förorsakas av magnetisk kraft och av magnetostriktion tar ut varandra.

4. Användning av en anordning som innehåller en mätcell enligt något eller några av de föregående kraven, en mikrofon, en pump och kombinationen av flödesmotstånd och slutna volymer, varvid en del av ett provfläde av ett referensflöde pumpas genom varsin buffertvolym direkt till mätcellen i och för eliminering av tryckskillnader, i syfte att mäta partialtryck av syre eller i syfte att mäta syrehalten i en gasblandning. å: