DD239876A1 - Sauerstoffsensor - Google Patents
Sauerstoffsensor Download PDFInfo
- Publication number
- DD239876A1 DD239876A1 DD27913485A DD27913485A DD239876A1 DD 239876 A1 DD239876 A1 DD 239876A1 DD 27913485 A DD27913485 A DD 27913485A DD 27913485 A DD27913485 A DD 27913485A DD 239876 A1 DD239876 A1 DD 239876A1
- Authority
- DD
- German Democratic Republic
- Prior art keywords
- oxygen
- acoustic wave
- surface acoustic
- oxygen sensor
- item
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Sauerstoffsensor zur kontinuierlichen Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in Gasgemischen, vorzugsweise in Atemgasen. Der Sauerstoffsensor findet Anwendung zur Atemgasanalyse, in der Patientenueberwachung bei der Narkose- und Therapiebeatmung, in der Lungenfunktionsdiagnostik und der Sport- und Arbeitsmedizin. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, einen Sauerstoffsensor zu entwickeln, der keinerlei bewegliche Elemente enthaelt, dessen mechanischer Aufbau keine besonderen Anforderungen stellt, der keine Vergleichsgase benoetigt und der durch die Nutzung der paramagnetischen Eigenschaften des Sauerstoffs selektiv wirkt. Erfindungsgemaess besitzt der Magnetkreis einen Luftspalt mit nichthomogenem Magnetfeld, in dem das mikroakustische Oberflaechenwellen-Sensorelement derart angeordnet ist, dass der Feldgradient senkrecht auf die Ausbreitungsflaeche der akustischen Oberflaechenwelle gerichtet ist und dass der Luftspalt und das Oberflaechenwellen-Sensorelement in einer Messkuevette angeordnet sind.
Description
Hierzu 2 Seiten Zeichnungen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Sauerstoffsensor, bestehend aus einem mikroakustischen Oberflächenwellen-Sensorelement und einem Magnetkreis zur kontinuierlichen Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in Gasgemischen, vorzugsweise in Atemgasen.
Der Sauerstoffsensor findet Anwendung zur Atemgasanalyse, in der Patientenüberwachung bei der Narkose- und Therapiebeatmung, in der Lungenfunktionsdiagnostik und der Sport-und Arbeitsmedizin.
Außerdem ist der Sauerstoffsensor auch in anderen Bereichen, wie z. B. der Prozeßanalyse und der Prozeßsteuerung einsetzbar.
Charakteristik der bekannton technischen Lösungen
Zur direkten Messung der Sauerstoffkonzentration in Gasen sind Verfahren bekannt, die die paramagnetischen Eigenschaften des Sauerstoffs nutzen. Praktische Bedeutung haben dabei das thermomagnetische und das thermodynamische Verfahren gewonnen. ,
Das thermomagnetische Verfahren beruht im wesentlichen darauf, daß durch Erwärmung des paramagnetischen Meßgases eine Suszeptibilitätsdifferenz erzeugt wird, die zu einer Gasströmung führt, indem die in ihrer Suszeptibilität verminderten Gasmolekühle, die auf Grund der Kraftwirkung in einem starken Magnetfeld sich zunächst unter den Magnetpolen sammeln, anschließend durch dienoch nicht erwärmten Gasmoleküle verdrängt werden. Realisierte Sensoren nach diesem Verfahren sind z. B. die Ringkammer, die zur Verbesserung der Eigenschaften zahlreiche Modifikationen erfahren hat (VDI-Bericht Nr. 199,1974). Nachteile dieses Verfahrens sind, abhängig von der jeweiligen Realisierungsform:
— die große Einstellzeit von 10...2Os
— die Abhängigkeit der Messung von der spezifischen Wärme, der Zähigkeit des Gasgemisches bzw. der Wärmeleitfähigkeit
— die Lageabhängigkeit des Meßsystems
— die konstante Beströmung, die keine direkte Messung im Atemstrom erlaubt.
Ein Teil dieser Nachteile wird durch die Verwendung eines Hilfsgases als Vergleichsgas beseitigt. Allerdings resultiert daraus dann die Bereitstellung dieses Gases.
Das elektrodynamische Verfahren nutzt die Tatsache, daß in einem inhomogenen Magnetfeld Kräfte auf paramagnetische Sauerstoffmoleküle ausgeübt werden, die diese in Richtung der höheren Feldstärke bewegen. Befinden sich in diesem Magnetfeld Elemente, die dieses Verhalten nicht aufweisen, so werden sie aus diesem verdrängt. Eine Realisierung nach diesem Verfahren stellt die magnetische Drehwaage dar (VDI-Bericht Nr. 199,1974).
Nachteile dieses Systems sind die zu große Einstellzeit von etwa 1 s und die Kompliziertheit des mechanischen Systems. Das Meßsystem reagiert weiterhin störanfällig auf verunreinigte Gase und auf unterschiedliche Gasströme. Letzterer Aspekt erfordert ein Abpumpen des Meßgases aus der Meßstrecke.
Weiterhin ist ein als magneto-mechanisches Resonatorprinzip bezeichnetes Verfahren bekannt, welches die sauerstoffabhängige Feldnachgiebigkeit im Luftspalt eines Magnetkreises nutzt, basierend auf den paramagnetischen Eigenschaften des Sauerstoffs (DD-WP 145427). Nachteilig hat sich hierbei insbesondere die Schwingbewegung des als Anker ausgebildeten beweglichen Schenkels des Magnetkreises gezeigt.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Sauerstoffsensor zu entwickeln, der keinerlei bewegliche Elemente enthält, dessen mechanischer Aufbau keine besonderen Anforderungen stellt, der den Anforderungen der kontinuierlichen Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in Gasgemischen entspricht und der keine Vergleichsgase benötigt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein nicht selektives Sensorelement für Gase durch die Nutzung der paramagnetischen Eigenschaften des Sauerstoffes als selektiv wirkenden Sauerstoffsensor zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Magnetkreis einen Luftspalt mit nichthomogenem Magnetfeld besitzt, in dem das mikroakustische Oberflächenwellen-Sensorelement derart angeordnet ist, daß der Feldgradient senkrecht auf die Ausbreitungsfläche der akustischen Oberflächenwelle gerichtet ist und daß der Luftspalt und das Oberflächen-Sensorelement in einer Meßküvette angeordnet sind. Das mikroakustische Oberflächenwellen-Sensorelement kann auch direkt im Luftspalt angeordnet sein.
Bevorzugt ist der Magnetkreis als Weicheisenkreis ausgebildet, wobei die Erregung impulsförmig ist. Da das mikroakustische Oberflächenwellen-Sensorelement frequenzbestimmendes Element des Sinusoszillators ist, kann die Zeit zwischen Erregung des Magnetkreises und dem Maximalwert der Veränderung der Oszillatorfrequenz oder die Anstiegzeit der Frequenzantwortfunktion oder die maximale Frequenzänderung eine sauerstoffproportionale Abbildungsgröße sein. Weiterhin ist es zweckmäßig, daß das frequenzbestimmende Element eines Referenzoszillators im magnetfeldfreien Raum der Meßküvette angeordnet ist und daß der Referenzoszillator hermetisch verschlossen und mit einem definierten Gas gefüllt ist.
Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:
Der Sauerstoffsensor besteht aus einem mikroakustischen Oberflächenwellen-Sensorelement 1, einem Luftspalt 2, welche in einer Meßküvette 3 angeordnet sind und einem Magnetkreis 4, welcher als Weicheisenkreis ausgebildet mit einer Magnetspule 5 realisiert ist. Der Magnetkreis 4 besitzt den Luftspalt 2 mit nichthomogenen Magnetfeld, indem das mikroakustische Oberflächenwellen-Sensorelement 1 derart angeordnet ist, daß ein Feldgradient 6 grad 0 == f(t) senkrecht auf die Ausbreitungsfläche der akustischen Oberflächenwelle gerichtet ist und daß der Luftspalt 2 und das Oberflächenwellen-Sensorelement 1 in einer meßgasführenden Meßküvette 3 angeordnet sind.
Die paramagnetischen Eigenschaften des Sauerstoffs bewirken, daß in Abhängigkeit vom Feldgradienten 6, der absoluten Feldstärke, der Sauerstoffkonzentration im Gasgemisch und der Zeit, auf der Oberfläche des mikroakustischen Oberflächenwellen-Sensorelementes 1 eine durch die Sauerstoffkonzentration bestimmte Gaszusammensetzung eingestellt ist.
Nach Figur 2 ist das mikroakustische Oberflächenwellen-Sensorelement 1 direkt im inhomogenen Luftspalt 2 angeordnet. Hierbei wirkt eine durch den Feldgradienten 6 bedingte Kraft auf die Sauerstoffmoleküle und damit auf die Oberfläche des Oberflächenweilen-Sensorelementes 1.
In Figur 3 ist die Beschaltung des Oberflächenwellen-Sensorelementes 1 als Sinusoszillator dargestellt, welches aus einem Referenzoszillators 7 und einem Mischer 8 besteht. Zur Generierung einer niederfrequenten, gut auswertbaren Meßgröße wird mittels des Referenzoszillators 7 im Mischer 8 eine Differenzfrequenz Af = f2 - f-i 9 gebildet. Die Testfrequenz f2 kann auch aus einer separat angeordneten Schaltung resultieren oder durch ein mikroakustisches Bauelement mit gleicher Beschaltung und Anordnung in der Küvette aber außerhalb des wirksamen Gradienten des Magnetfeldes (nicht gezeichnet) realisiert werden. Die durch die Sauerstoffkonzentration bestimmte Gaszusammensetzung kann dabei als selektive Frequenz bzw. Frequenzänderung erfaßt werden. Die sauerstoff proportionale Abbildungsgröße kann die Zeit zwischen Erregung des Magnetkreises 4 und dem Maximalwert der Veränderung der Oszillatorfrequenz oder die Anstiegszeit der Frequenzantwortfunktion oder die maximale Frequenzänderung sein.
Das frequenzbestimmende Element des Referenzoszillators 7 ist im magnetfeldfreien Raum der Meßküvette 3 angeordnet. Der Referenzoszillator 7 ist hermetisch verschlossen und mit einem definierten Gas gefüllt.
Die erfindungsgemäße Lösung realisiert eine kontinuierliche Messung, indem das Magnetfeld zyklisch unterbrochen wird, so daß die magnetfeldbedingte Gasinhomogenität im magnetfeldfreien Raum beseitigt werden kann. Weiterhin wird die Pause zwischen zwei Erregungsimpulsen des Magnetfeldes zur Nullinienkorrektur verwendet.
Claims (8)
- Erfindungsanspruch:1. Sauerstoffsensor, bestehend aus einem mikroakustischen Oberflächenwellen-Sensorelement und einem Magnetkreis, gekennzeichnet dadurch, daß der Magnetkreis (4) einen Luftspalt (2) mit nichthomogenem Magnetfeld besitzt, in dem das mikroakustische Oberflächenwellen-Sensorelement (1) derart angeordnet ist, daß der Feldgradient (6) senkrecht auf die Ausbreitungsfläche der akustischen Oberflächenwelle gerichtet ist und daß der Luftspalt (2) und das Oberflächenwellen-Sensorelement (1) in einer Meßküvette (3) angeordnet sind.
- 2. Sauerstoffsensor nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das mikroakustische Oberflächenwellen-Sensorelement (1) direkt im inhomogenen Luftspalt (2) angeordnet ist.
- 3. Sauerstoffsensor nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Magnetkreis (4) als Weicheisenkreis ausgebildet ist und daß die Erregung impulsförmig ist. '
- 4. Sauerstoffsensor nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das mikroakustische Oberflächenwellen-Sensorelement (1) frequenzbestimmendes Element des Sinusoszillators ist und daß die sauerstoffproportionale Abbildungsgröße die Zeit zwischen Erregung des Magnetkreises (4) und dem Maximalwert der Veränderung der Oszillatorfrequenz ist.
- 5. Sauerstoffsensor nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Anstiegszeit der Frequenzantwortfunktion eine sauerstoffproportionale Abbildungsgröße ist.
- 6. Sauerstoffsensor nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die maximale Frequenzänderung eine sauerstoffproportionale Abbildungsgröße ist.
- 7. Sauerstoffsensor nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß das frequenzbestimmende Element eines Referenzoszillators (7) im magnetfeldfreien Raum der Meßküvette (3) angeordnet ist.
- 8. Sauerstoffsensor nach Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Referenzoszillator (7) hermetisch verschlossen und mit einem definierten Gas gefüllt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD27913485A DD239876A1 (de) | 1985-07-30 | 1985-07-30 | Sauerstoffsensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD27913485A DD239876A1 (de) | 1985-07-30 | 1985-07-30 | Sauerstoffsensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DD239876A1 true DD239876A1 (de) | 1986-10-08 |
Family
ID=5570068
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DD27913485A DD239876A1 (de) | 1985-07-30 | 1985-07-30 | Sauerstoffsensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DD (1) | DD239876A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4201216C1 (en) * | 1992-01-18 | 1993-02-25 | Gms Gesellschaft Fuer Mikrotechnik Und Sensorik Mbh, 7742 St Georgen, De | Oxygen@ sensor for gas mixt. - measures difference in flow speed in two stream channels etched into wafer substrate by two thermo anemometers |
DE102006004051A1 (de) * | 2006-01-28 | 2007-08-09 | Atlas Elektronik Gmbh | Messgerät zum Messen des Sauerstoffanteils in der Atemluft |
-
1985
- 1985-07-30 DD DD27913485A patent/DD239876A1/de not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4201216C1 (en) * | 1992-01-18 | 1993-02-25 | Gms Gesellschaft Fuer Mikrotechnik Und Sensorik Mbh, 7742 St Georgen, De | Oxygen@ sensor for gas mixt. - measures difference in flow speed in two stream channels etched into wafer substrate by two thermo anemometers |
DE102006004051A1 (de) * | 2006-01-28 | 2007-08-09 | Atlas Elektronik Gmbh | Messgerät zum Messen des Sauerstoffanteils in der Atemluft |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0456787B1 (de) | Selektive gasdetektion durch feldseparation und schallgeschwindigkeitsmessung: sauerstoff-detektion | |
DE2632710C3 (de) | Anordnung zur optischen Messung von Stoffkonzentrationen | |
DE2915367C2 (de) | ||
DE102010014883A1 (de) | Vorrichtung zum Messen der physikalischen Eigenschaften von Gasen | |
DE3524303C2 (de) | Phantom für die Homogenisierung des Hauptmagnetfeldes eines mit Shimspulen ausgestatteten Kernspin-Tomographiegerätes | |
DE102010023129A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit magnetischer oder ferromagnetischer Partikel und deren Verwendung | |
DE1648924B2 (de) | Vorrichtung zur Analyse von Gasen auf Komponenten mit paramagnetischer Suszeptibilität | |
DE4024834C2 (de) | ||
EP0180117A2 (de) | Verfahren zum Nachweis eines Stoffes oder zum Nachweis zumindest einer Komponente eines Stoffgemisches sowie Schwingkondensator zur Durchführung des Verfahrens | |
DD239876A1 (de) | Sauerstoffsensor | |
DE69117767T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des anteils an paramagnetischen bestandsteilen in gasgemischen | |
DE19521362B4 (de) | Messzelle für einen Wasserdampfsensor | |
DE10037380B4 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Messen der Konzentration eines paramagnetischen Gases | |
DE4306183C1 (de) | Gerät zur Bestimmung paramagnetischer Eigenschaften von Stoffen mit einer magnetischen Signalkompensationsvorrichtung | |
DE2144770C2 (de) | Einrichtung zum Bestimmen physikalischer Eigenschaften von gasförmigen, flüssigen oder pulverförmigen Stoffen | |
DE19615061A1 (de) | Verfahren zur Messung der Schadstoffausbreitung im Grundwasser und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens | |
DE2115963C3 (de) | Forttaufend registrierendes mechanisches Relaxationsspektrometer | |
DE19815256C1 (de) | Verfahren zur Überwachung einer Gasdosiervorrichtung | |
DE2531849C3 (de) | Einrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffanteils eines Gasgemisches | |
DE4446346A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren von Volumenänderungen von Elektrolyten in lebenden Körperteilen und Anwendung | |
DE1648973C3 (de) | Vorrichtung zur Messung des Trockenraumgewichtes eines Bodens und Verfahren zu ihrer Einstellung | |
DE19932549A1 (de) | Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der relativen Feuchte | |
EP0177629A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Konzentrationsunterschiedes an paramagnetischen Bestandteilen von Gasen | |
DD145427A1 (de) | Verfahren und rezeptor zur erfassung der sauerstoffkonzentration | |
DE102013011160A1 (de) | Anordnung und Verfahren zur Bestimmung der Konzentration eines paramagnetischen Gases |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |