DE2922240A1

DE2922240A1 - Atemmessgeraet

Info

Publication number: DE2922240A1
Application number: DE19792922240
Authority: DE
Inventors: James Edward Laurie Hollis; Garnet Montague Evele Williams
Original assignee: Ferraris Development and Engineering Co Ltd
Current assignee: Ferraris Development and Engineering Co Ltd
Priority date: 1978-05-31
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1979-12-06
Also published as: GB1602630A; US4294262A; JPS5524091A

Description

FERRARIS DEVELOPMENT AND ENGINEERING COMPANY LIMITED Edmonton, London Nl8 JJO, Großbritannien

Atemmeßgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Messung der Atembewegungen (kurz: Atemmeßgerät), mit einem Druck-Spannungs· Meßwertumformer, der eine elektronische Anzeigeeinheit betätigt und umfaßt: einen Läufer mit auf einer Läuferspindel drehfest montierten Flügeln und einen elektrischen Signalerzeuger, der mit dem Läufer nichtmechanisch so gekoppelt ist, daß die Anzeige eine Funktion der Umlaufbewegung der Spindel ist.

Es sind verschiedene Arten einer nichtmechanischen Kopplung vorgeschlagen worden; bisher wird eine optische Kopplungsvorrichtung mit fotoelektrischen Elementen bevorzugt. Ein Nachteil dieser optischen Kopplungsvorrichtung ist die Notwendigkeit, von Zeit zu Zeit Glühlampen auswechseln zu müssen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß es schwierig ist, den Ausgangssignal-Erzeuger von dem den Läufer treibenden Atemstrom zu isolieren.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Atemmeßgeräts, das so aufgebaut ist, daß die genannten Nachteile beseitigt werden.

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Das Atemmeßgerät nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Magnet drehfest auf der Läuferspindel befestigt ist, und daß der elektrische Signalerzeuger einen Magnetfeld-Meßfühler aufweist, der das von dem wenigstens einen Magneten erzeugte Magnetfeld erfaßt, während der Magnet mit der Umlaufbewegung der Läuferspindel am Meßfühler vorbeiläuft, und der aufgrund der Erfassung des Magnetfelds ein Ausgangssignal erzeugt, so daß aus den Ausgangssignalen des Meßfühlers ein die Umlaufbewegung der Läuferspindel repräsentierender Ausgangswert ableitbar ist.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der oder jeder Magnet aus einem magnetischen Seltenerd-Werkstoff, bevorzugt aus Samariumkobalt, besteht.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Magnetfeld-Meßfühler ein Hall-Effekt-Meßfühler ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Läufer drehbar in einer Kammer angeordnet ist, durch die der den Läufer treibende Atemstrom geleitet wird, und daß die Kammer eine Endwand aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff aufweist, die sich zwischen dem Magnetfeld-Meßfühler und dem Läufer erstreckt, so daß der Magnetfeld-Meßfühler physisch von der Kammer getrennt ist. Dabei ist ferner vorgesehen, daß in der die Kammer begrenzenden Oberfläche der Endwand aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff eine Ausnehmung ausgebildet ist, in der der oder jeder Magnet während des Umlaufens mit dem Läufer aufgenommen ist, und daß der Magnetfeld-Meßfühler auf der entgegengesetzten Seite der Endwand nahe der Umlaufbahn des oder jedes Magneten in der Ausnehmung angeordnet ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zwei Magnete vorgesehen.

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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht des Atemmeßgeräts, wobei Teile weggelassen sind; und Fig. 2 einen Schnitt II-II nach Fig. 1.

Ein Atemmeßgerät 10 umfaßt ein Gehäuse 11, in dem eine kreisrunde Kammer 12 ausgebildet ist. Ein Läufer 13 ist in der Kammer 12 drehbar angeordnet und weist eine Spindel 14· auf, die im Gehäuse 11 um ihre Achse drehbar gelagert ist; ferner weist der Läufer 13 zwei axiale Flügel 15 aus Titanfolie auf, die auf der Spindel 14 befestigt sind und von dieser radial verlaufen. Im Gehäuse 11 sind in regelmäßiger Anordnung in Umfangsrichtung Einlaßbohrungen 16 ausgebildet. Ein zu messender Atem-Gasstrom wird durch die Einlaßbohrungen 16 gerichtet, die so angeordnet sind, daß die Luft bzw. das Gas in der Kammer 12 einer spiralförmigen Bahn folgt und auf die Flügel 15 auftrifft. Das Atemgas wird aus dem Gehäuse 11 in axialer Richtung durch eine Auslaßbohrung 19 abgeführt.

Eine kreisrunde Endwand 21 aus einem maschinell bearbeitbaren glaskeramischen Werkstoff (z. B. Corning-MACOR (Wz) glaskeramisches Material, Code 9658) oder einem anderen geeigneten maschinell bearbeitbaren nichtmagnetisierbaren Werkstoff schließt das von der Auslaßbohrung 19 ferne Ende der Kammer 12 ab. Das benachbarte Ende der Spindel 14 ist in einer in der Mitte der Wand 21 ausgebildeten Halterung 22 drehbar gelagert. In der Oberfläche der Wand 21 ist um die Halterung 22 eine Ausnehmung 23 ausgebildet. Zwei Arme 28 springen in radialer Richtung vom Ende der Spindel 14 zwischen den Flügeln 15 und der Endwand 21 vor. Die Arme 28 sind miteinander ausgerichtet. Jeder Arm 28 trägt einen Dauermagneten 29 an einer Stelle des Arms, die von der Rotationsachse der Spindel 14 entfernt ist. Oeder Dauermagnet 29 ist ein Samariumkobalt-

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magnet und springt in die Ausnehmung 23 vor, wobei zwischen jedem Magneten 29 und der Endwand 21 ein sehr kleines Spiel vorhanden ist. Der eine Magnet 29 ist so orientiert, daß sein Nordpol an dem der Endwand 21 benachbarten Ende und sein Südpol an dem den Flügeln 15 näheren anderen Ende liegt. Der andere Magnet 29 ist umgekehrt orientiert, so daß sein Südpol an dem der Endwand 21 nahen Ende und sein Nordpol an dem den Flügeln 15 näheren Ende liegt.

Ein Hall-Effekt-Meßfühler 30 ist an der Endwand 21 so angeordnet, daß sein empfindlicher Bereich so nahe am Umlaufweg der Magnete 29 liegt, wie die Maßgenauigkeit es erlaubt; er befindet sich auf der den Magneten 29 entgegengesetzten Seite der Endwand 21. Der Hall-Effekt-Meßfühler 30 ist in nichtmagnetischen Werkstoff eingebaut und in eine elektrische Schaltung eingegliedert, die dem Hall-Effekt-Meßfühler 30 Betriebsstrom zuführt. Der Meßfühler 30 ist ein bistabiles Element; in seinem einen Zustand ist das Ausgangssignal ein hohes elektrisches Potential, und in seinem zweiten Zustand ist das Ausgangssignal ein niedriges elektrisches Potential; der Meßfühler ist dadurch vom einen in den anderen Zustand umschaltbar, daß er einem Magnetfeld einer Polarität ausgesetzt wird, und ist vom anderen in den einen Zustand umschaltbar, daß er einem Magnetfeld entgegengesetzter Polarität ausgesetzt wird. Die elektrische Schaltung ist durch das Ausgangssignal des Meßfühlers 30 betätigbar und erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal in einer entfernten Anzeigevorrichtung .

Die Dauermagnete 29 laufen um die Achse der Spindel 14· um, während die Spindel 14- im Gehäuse 11 durch das Gehäuse 11 durchströmendes Atemgas getrieben wird. Der Zustand des Ausgangssignals des Meßfühlers 30 ändert sich jedesmal, wenn sich das Magnetfeld eines der beiden Magnete 29 in die Nähe des Meßfühlers 30 bewegt. Damit ändert sich die Größe des

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elektrischen Ausgangspotentials des Meßfühlers 30 zweimal während jeder Umdrehung des Läufers. Die Frequenz der Größenänderung des elektrischen Ausgangspotentials vom Meßfühler 30 ist ein Maß für die Drehzahl der Spindel 14. Die Drehzahl der Spindel 14 wiederum ist ein Maß für das Luft- oder Gasvolumen, das die Kammer 12 durchströmt hat.

Samariumkobalt hat eine hohe magnetische Feldstärke pro Volumeneinheit. Dadurch sind sehr kleine Magnete einsetzbar, so daß das Trägheitsmoment des Läufers durch die an ihm befestigten Magnete 29 nicht merklich geändert wird.

Der eingesetzte Hall-Effekt-Meßfühler sollte ein hochempfindliches Element sein und Temperaturen bis zu 150 ⁰C widerstehen können, denen das Atemmeßgerät zur Sterilisierung unterworfen wird. Der Hall-Effekt-Meßfühler kann Teil einer Baueinheit sein, die Anschlüsse und Halbleiter umfaßt. Anstelle des erläuterten bistabilen Meßfühlers kann als Hall-Effekt-Meßfühler auch ein selbstkippendes Element vorgesehen sein; in diesem Fall ist jeder Magnet so angeordnet, daß sein Nordpol an dem der Endwand 21 benachbarten Ende und sein Südpol an dem den Flügeln 15 näheren Ende liegt. Die Anzahl Hall-Effekt-Meßfühler und Dauermagnete hängt von der Art des erwünschten Ausgangssignals ab. Es können mehr als zwei Magnete und mehr als ein Meßfühler vorgesehen sein. Anstelle der angegebenen Samariumkobaltmagnete können auch Dauermagnete aus anderen magnetischen Seltenerdmetallen eingesetzt werden.

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Claims

Ansprüche

1. Atemmeßgerät mit einem Druck-Spannungs-Meßwertumformer, der eine elektronische Anzeigeeinheit betätigt und umfaßt: einen Läufer mit auf einer Läuferspindel drehfest montierten Flügeln und einen Signalerzeuger, der mit dem Läufer nichtmechanisch so gekoppelt ist, daß die Anzeige eine Funktion der Umlaufbewegung der Spindel ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß wenigstens ein Magnet (29) drehfest auf der Läuferspindel (14) befestigt ist, und

daß der Signalerzeuger einen Magnetfeld-Meßfühler (30) aufweist, der das von dem wenigstens einen Magneten (29) erzeugte Magnetfeld erfaßt, während der Magnet (29) mit der Umlaufbewegung der Läuferspindel (14) am Meßfühler (30) vorbeiläuft, und der aufgrund der Erfassung des Magnetfelds ein Ausgangssignal erzeugt, so daß aus den Ausgangssignalen des Meßfühlers (30) ein die Umlaufbewegung der Läuferspindel (14) repräsentierender Ausgangswert ableitbar ist.

2. Atemmeßgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der oder jeder Magnet (29) aus einem magnetischen Seltenerd-Werkstoff besteht.

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3. Atemmeßgerät nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß der oder jeder Magnet (29) ein Samariumkobaltmagnet ist.

4. Atemmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Magnetfeld-Meßfühler ein Hall-Effekt-Meßfühler (30) ist.

5. Atemmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Läufer (13) drehbar in einer Kammer (12) angeordnet ist, durch die der den Läufer (13) treibende Atemstrom geleitet wird, und daß die Kammer (12) eine Endwand (21) aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff aufweist, die sich zwischen dem Magnetfeld-Meßfühler (30) und dem Läufer (13) erstreckt, so daß der Magnetfeld-Meßfühler (30) physisch von der Kammer (12) getrennt ist.

6. Atemmeßgerät nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß in der die Kammer (12) begrenzenden Oberfläche der Endwand (21) aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff eine Ausnehmung (23) ausgebildet ist, in der der oder jeder Magnet (29) während des Umlaufens mit dem Läufer (13) aufgenommen ist, und daß der Magnetfeld-Meßfühler (30) auf der entgegengesetzten Seite der Endwand (21) nahe der Umlaufbahn des oder jedes Magneten (29) in der Ausnehmung (23) angeordnet ist.

7. Atemmeßgerät nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß zwei Magnete (29) vorgesehen sind.

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