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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasmischvorrichtung, die in der
Lage ist, eine Gasmischung von vorbestimmtem Mischungsverhältnis zu
bilden, wie sie beispielsweise in einem Gasanalysengerät benutzt wird.
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US-A-3 464 434 offenbart eine Vorrichtung, die in der Lage ist,
kontinuierlich zwei oder mehr Gase zu mischen. Dieser bekannte Stand der
Technik benutzt längliche Rohre als Durchfluß-Widerstandsdurchgänge.
Zwei oder mehrere verschiedene Gase werden durch die jeweiligen
länglichen Rohre eingeführt und zum Zusammenfließen in der Weise
veranlaßt, daß sie eine Gasmischung bilden. Auf der anderen Seite
werden auf dem Gebiet der Analysengeräte zur Messung von Gasen im
Blut eine Vielzahl von Gase enthaltenden Standardflüssigkeiten oder eine
Vielzahl von Standardgasen zum Zwecke der Kalibrierung einer
Kalibrierkurve benutzt. Die Vorbereitung von gasförmigen Standards wird durch
die Extraktion von Kohlendioxyd, Sauerstoff und Stickstoffgasen aus den
jeweiligen Flaschen durchgeführt, wobei diese Gase zusammenfließen und
dann die so gebildete Mischung durch eine wäßrige Lösung
hindurchperlen kann. Dieser im Stand der Technik bekannte Typ ist
beispielsweise in der US-A-4 696 183 offenbart. Die Erfinder der vorliegenden
Erfindung haben versucht, Gebrauch zu machen von dem in der US-A-3
464 434 offenbarten Verfahren zur Vorbereitung von Standardfluids für
Blut-Gasanalysengeräte. Bei diesem Vorhaben wurden längliche Rohre
aus rostfreiem Stahl als Durchflußwiderstandsrohre benutzt. Jedoch ist es
unglücklicherweise schwierig, über die gesamte Länge der rostfreien
Stahlrohre einen konstanten Innendurchmesser zu erhalten. Dies macht
es schwierig, den Widerstandswert innerhalb einer vorbestimmten
Fehlerbandbreite vorzugeben. Daher ist die Arbeit praktisch so durchgeführt
worden, daß ein Stahlrohr in einer Länge abgeschnitten wurde, die
größer als die berechnete Länger war, wobei der Durchflußwiderstand
gemessen wurde, das Stahlrohr wieder abgeschnitten und der
Durchflußwiderstand wieder gemessen wurde, und dieser Vorgang so lange
wiederholt wurde, bis ein vorbestimmter Widerstandswert erreicht ist. Die
Gasmischvorrichtung, die auf diese Weise gebildet wurde, hat eine große
Abmessung und ein hohes Gewicht.
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Von der EP-A-107 631 ist ein Mikrokanalsystem bekannt, in dem Gase
abgemessen und diskontinuierlich gemischt werden. Das System umfaßt
eine erste Platte, in deren eine Oberfläche Kanäle geformt sind, und
eine zweite Platte, die auf diese eine Oberfläche mit Hilfe eines Klebers
gebondet ist.
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Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Gasmischvorrichtung zu schaffen, die eine kompakte Konstruktion mit
einer reduzierten Anzahl von Einzelteilen aufweist und eine Vielzahl von
Gasen exakt in einem gewünschten Verhältnis mischen kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Gasmischvorrichtung, wie sie in
Anspruch 1 definiert ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in den Unteransprüchen 2 bis 4 genannt.
Weiterhin wird in Anspruch 5 die Verwendung einer erfindungsgemäßen
Gasmischvorrichtung in einer Vorrichtung zur Analyse einer Fluidprobe
in Bezug auf spezifische Gaskomponenten beansprucht.
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Das Gasanalysengerät weist zusätzlich zu der oben erwähnten
Gasmischvorrichtung einen eine Flüssigkeit enthaltenden Behälter, durch den die
Gasmischung hindurchgeperlen kann, eine Meßeinheit mit Elektroden zur
Messung von Gasen, sowie eine Einrichtung zur selektiven
Kommunikationsverbindung des Behälters mit der Meßeinheit auf.
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Eine Vielzahl von Gasmischungen, die erfindungsgemäß auf diese Weise
gebildet sind, werden veranlaßt, durch Fluide in entsprechenden
Behältern hindurchzuperlen, wodurch standardisierte feuchte Gasgemische oder
Standard-Gasfluids erhalten werden, wie sie für die Kalibrierung benötigt
werden.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Gasmischvorrichtung,
die in einer in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform verwendet
wird;
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Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des gesamten Teil eines
Gasanalysengeräts als eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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Fig. 3 ist die Draufsicht eines Gasmischplättchens, das in der in
Fig. 2 dargestellten Ausführungsform enthalten ist;
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Fig, 4 ist ein Schnitt entlang der Linie A-B in Fig, 3; und
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Fig. 5 ist eine Darstellung der Kalibrierkurve.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben
die Kapillarrillen, die in der Oberfläche des Substrats geformt sind,
Breiten und Tiefen, die im allgemeinen nicht größer als 1 mm sind. Die
Drücke der Gase in den Gasquellen, von denen die Gase zu dem
Gasmischplättchen eingeführt werden, sind zueinander in einem exakten
Gleichgewicht eingestellt, so daß das gewünschte Mischungsverhältnis
allein auf der Basis des Unterschiedes in den Durchflußwiderständen
erhalten werden kann. In einer bevorzugten Ausfühungsform der
Erfindung werden Kohlendioxydgas und Sauerstoffgas im Standardgas gemischt.
Das Kohlendioxydgas wird in reinem Zustand von einer Gasflasche
zugeführt, während das Sauerstoffgas durch einen Luftkompressor geliefert
wird. Da Luft eine Mischung von Sauerstoff und Stickstoff ist, wobei
Stickstoff ein inertes Gas darstellt, ist der Sauerstoffgehalt in der
Gasmischung im allgemeinen nicht extrem hoch.
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In einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform wird die Platte
mit der flachen, glatten Oberfläche mit Einlaßöffnungen, die mit den
jeweiligen Gaseinlaßrillen kommunizieren, sowie mit Auslaßöffnungen
versehen, die mit den jeweiligen Gasgemischauslaßrillen kommunizieren.
Andererseits können diese Einlaßöffnungen und Auslaßöffnungen auch,
statt in der Platte, in dem Substrat vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die eine
flache, glatte Oberfläche aufweisende Platte durch eine transparente
Glasplatte gebildet, während das Substrat durch eine Siliziumplatte
gebildet wird, wobei Platte und Substrat direkt durch ein anodisches
Bondungsverfahren ohne Verwendung eines Bondungsmittels gebondet
werden. Das Prinzip der anodischen Bondung von Silizium und Glas ist
in der Beschreibung des US Patents Nr. 3 397 278 offenbart. Dieses
Bondungsveffahren, angewendet auf die vorliegende Erfindung, bietet den
Vorteil, daß eine durch ein Bondungsmittel verursachte Kontaminierung
vermieden wird. Andererseits schließt die Erfindung die Verwendung
eines Bondungsmittels zum Bonden der Platte an das Substrat nicht aus.
Die Verwendung einer transparenten Glasplatte als Platte mit einer
flachen, glatten Oberfläche ermöglicht es dem Anwender in vorteilhafter
Weise, die Durchflußdurchgänge in dem Gasmischplättchen visuell
daraufhin
zu untersuchen, ob irgendwelche Fremdkörper in die
Durchflußdurchgänge gebracht worden sind.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit
Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
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Fig. 2 zeigt ein Gerät zur Analyse von Blut-Gasen und Elektrolyten als
ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In Fig. 2 hat das generell mit 100 bezeichnete Gasanalysengerät eine
Gasmischvorrichtung 29, die zur Versorgung mit Kohlendioxydgas (CO&sub2;)
von einer Kohlendioxydgasflasche 1, sowie mit Luft durch einen
Luftkompressor 15 ausgelegt ist. In der Gasmischvorrichtung 29 werden
Kohlendioxydgas und Luft in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen in der
Weise gemischt, so daß zwei oder drei Typen von Gaschmischungen gebildet
werden, die unterschiedliche Mischungsverhältnisse aufweisen. Eine
Gasmischung mit einem verhältnismäßig geringen Kohlendioxydgehalt wird
von der zweiten Auslaßöffnung 14 der Gasmischvorrichtung 29
entnommen, während eine Gasmischung mit einem verhältnismäßig hohen
Kohlendioxydgehalt von der ersten Auslaßöffnung 10 entnommen wird.
Beispielsweise enthält eine zweite Gasmischung, die aus der Auslaßöffnung
14 stammt, 5,6 Vol-% CO&sub2; und 19,82 Vol-% O&sub2;, während die erste
Gasmischung, die aus der Auslaßöffnung 10 stammt, 11,2 Vol-% CO&sub2;
und 18,64 Vol-% O&sub2; enthält.
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Mustergas-Fluidtanks 73 und 74 stellen ein Puffer-Fluid zur Verfügung,
das 25,0 mM Dinatriumhydrogenphosphat (Na&sub2;HPO&sub4;), 12,0 mM
Kaliumdihydrogenphosphat (KH&sub2;PO&sub4;), 7,8 mM Natriumdihydrogenphosphat
(NaH&sub2;PO&sub4;), 13,2 mM Natriumhydrogencarbonat NaHCO&sub3;, 34,0 mM
Natriumchlorid (NaCl) und 42,0 mM Lithiumchlorid LiCl enthält Das
aus der Auslaßöffnung 14 stammende Gas wird in das Fluid im
Fluidtank 73 durch den Durchflußdurchgang 75 hindurchgeperlt, während die
Gasmischung von der Auslaßöffnung 10 in das Fluid im Fluidtank 74
durch den Durchflußdurchgang 76 hindurchgeperlt wird. Auf diese Weise
werden Standardgasmischungen mit vorbestimmten, unterschiedlichen
Konzentrationen von Kohlendioxyd und Sauerstoff vorbereitet. Die
Mischung von CO&sub2; und Luft in der Mischeinrichtung 29 und das
begleitende Hindurchperlen werden kontinuierlich über den Zeitraum des Betriebs
des Gasanalysengeräts 100 durchgeführt. Die Fluidtanks 73 und 74 sind
zur Versorgung mit zusätzlichen Puffer-Fluids vorgesehen.
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Das Gasanalysengerät 100 hat einen Probeneinlaß 56, eine Sensoreinheit
50 und eine Steuereinrichtung 58. Der Probeneingang 56 ist
normalerweise durch einen Verschluß (nicht dargestellt) abgedeckt und wird zur
Einführung der Probe geöffnet. Die Sensoreinheit 50 hat eine
Durchflußzelle mit einem Probendurchflußdurchgang, in dem eine Vielzahl von
Sensoren angeordnet sind. Diese Sensoren sind: eine pH-Sensor-Elektrode
101, eine Kohlendioxydgas-Sensor-Elektrode 102, eine Sauerstoff-Senor-
Elektrode 103, eine Natriumionen-Sensor-Elektrode 104, eine
Kaliumionen-Sensor-Elektrode 105 und eine Referenz-Elektrode 106. Die
Steuereinrichtung 58 ist ausgelegt zur Steuerung des Betriebs der verschiedenen
Elemente in der Weise, daß Magnetventile 51, 52, 53 und 54 und eine
Pumpe 60 gesteuert werden, und Spannungs- oder Stromflußsignale von
den jeweiligen Sensorelektroden zu behandeln. Die
Kohlendioxydgas-Sensor-Elektrode 102 ist eine Elektrode vom Typ Severinghaus, während die
Sauerstoff-Sensor-Elektrode 103 eine Elektrode vom Typ Clerk ist
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Nachfolgend wird die Kalibrierung der Kalibrierkurve in diesem
Gasanalysengerät beschrieben. Eine Peristaltikpumpe 60 wird nach der
Öffnung des Magnetventils 53 gestartet, das zweite Standardgasfluid im
Flüssigkeitstank 73 wird durch den Durchflußdurchgang 77, Magnetventil
53 und Durchflußdurchgang 55 in die Durchflußzelle der Sensoreinheit 50
eingeführt. Das mit der CO&sub2;-Konzentration korrespondierende und von
der Meßelektrode 102 abgeleitete elektrische Ausgangssignal und das mit
der O&sub2;-Konzentration korrespondierende und aus der Sensor-Elektrode
103 abgeleitete elektrische Ausgangssignal werden gemessen. Zur selben
Zeit werden der pH-Wert, die Natriumionenkonzentration und die
Kaliumionenkonzentration durch die Messung der elektrischen Ausgangssignale,
abgeleitet aus den jeweiligen Sensor-Elektroden, gemessen. Die
Meßsignale werden durch die Steuereinrichtung 58 verarbeitet und die Ergebnisse
werden in der Steuereinrichtung 58 gespeichert.
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Nachfolgend wird das Magnetventil 53 geschlossen und die Pumpe 60
gestartet. Danach wird das Magnetventil 54 geöffnet, so daß das erste
Standardgasfluid im Flüssigkeitstank 74 durch den Durchflußdurchgang 78,
das Magnetventil 54 und den Durchflußdurchgang 55 in die
Durchflußzelle der Sensoreinheit 50 eingeführt wird. Auf dieselbe Weise, wie im
Falle des zweiten Standardfluids, werden die Konzentrationen der
Komponenten des ersten Standardgases durch die entsprechenden
Sensorelektroden gemessen und die Ergebnisse der Messungen werden in der
Steuereinrichtung 58 gespeichert. Danach berechnet die Steuereinrichtung
58 die Kalibrierkurve, die das Verhältnis zwschen den Konzentrationen
der jeweiligen Komponenten und den Niveaus der elektrischen
Ausgangssignale darstellt, aus den Daten, die aus dem ersten und dem zweiten
Mustergasfluid stammen, und speichert die Kalibrierkurve.
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Die Kalibrierung wird nach einem vorbestimmten Zeitinterval wiederholt
durchgeführt. Beispielsweise führt das Gasanalysengerät die Kalibrierung
jede Stunde durch und es wird jederzeit in einem Zustand gehalten, in
dem es zur Aufnahme und Messung einer Blutprobe bereit ist. Diese
automatische Kalibrierung wird unter der Steuerung durch die
Steuereinrichtung 58 durchgeführt.
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Zum Zwecke der Messung einer zu analysierenden Blutprobe öffnet die
Bedienungsperson den Verschluß des Probeneinlasses 56. Verbunden mit
dem Vorgang der Verschlußöffnung durch die Bedienungsperson arbeitet
ein Schalter (nicht dargestellt) zur Erzeugung eines Signals, das die
Einführung einer Probe anzeigt. Dieses Signal wird an die
Steuereinrichtung 58 geliefert, so daß die Steuereinrichtung 58 die Öffnung der
Magnetventile 51 und 52 bewirkt. Nachfolgend führt die
Bedienungsperson die Nadel eines das gesammelte Blut enthaltenden Injektors in
den Probeneinlaß und der Kolben des Injektors wird gedrückt, um das
Blut dorthinein zu injizieren. Da das Magnetventil 51 geöffnet wurde,
während der Abfluß 61 des Durchflußdurchgangs-Systems gegen die
Atmosphäre geöffnet war, wird die Durchflußzelle der Sensoreinheit 50
mit dem Blut infolge der Injektion aufgefüllt. In diesem Zustand werden
elektrische Signale, die mit den Konzentrationen von CO&sub2;, O&sub2;, Na&spplus; und
K&spplus; korrespondieren, sowie der pH-Wert des Blutes von den jeweiligen
Sensor-Elektroden entnommen und die Steuereinrichtung 58 berechnet die
Konzentration der jeweiligen Komponenten aus den Kalibrierkurven, die
mit den jeweiligen Komponenten korrespondieren. Die so errechneten
Werte werden auf einem CRT dargestellt und vom Drucker 57 gedruckt.
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Das in Fig. 2 dargestellte Analysengerät kann den Gehalt oder die
Konzentration des Elektrolyten zusätzlich zu den gasförmigen Bestandteilen
des Blutes messen. Die Erfindung kann jedoch auch auf ein Analysegerät
des Typs angewendet werden, das nur die Gaskomponenten messen kann.
Wenn nur die Gehalte oder Konzentrationen der Gaskomponenten zu
messen sind, können die Fluidtanks 73, 74 und die Sensoreinheit 50
leicht modifiziert werden. Beispielsweise wird die Sensoreinheit 50 mit
einer Gasmeß-Elektrode ausgestattet, während die Elektrode zur Messung
des Elektrolyten fehlt.. Die Fluidtanks 73 und 74 erhalten destilliertes
Wasser und die End-Öffnungen der Durchflußdurchgänge 77 und 78 sind
von der Fluidoberfläche entfernt angeordnet. Daher wird während der
Kalibrierung der Kalibrierkurve eine Standard-Gasmischung mit einem
Feuchtigkeitsgehalt in die Sensoreinheit eingefährt, aber kein
Mustergasfluid. Wenn die gasförmigen Bestandteile des Blutes gemessen werden
sollen, müssen die Kallbrierkurven, die durch die Messung einer Vielzahl
von Standard-Gasmischungs-Sorten erhalten werden, so umgewandelt
werden, daß sie mit den Gasen, die im Blut gelöst sind, korrespondieren.
Anderenfalls können die gemessenen Werte anstelle der
Gaskalibrierkurven umgewandelt werden.
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Die Konstruktion der Gasmischungsvorrichtung, die im Analysengerät
nach Fig. 2 enthalten ist, wird unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben.
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Fig. 1 zeigt die Gasmischvorrichtung des Analysengerätes nach Fig. 2.
Die Gasmischvorrichtung hat eine Kohlendioxydgasflasche 1, mit der ein
Druckreduzierventil 81 verbunden ist. Das Kohlendioxydgas wird durch
das Druckreduzierventil auf 2 kgf/cm² atg entspannt und in ein
Niederdruckpräzisions-Druckreduzierventil 4, das kein Sicherheitsventil ist, durch
ein normalerweise geschlossenes Zweiwegemagnetventil 2 und einen Filter
3 zum Festhalten feiner Partikel eingeführt. An der in Fließrichtung
hinteren Seite des Druckreduzierventils 4 wird der Druck des
Kohlendioxyds auf konstantem Niveau gehalten, beispielsweise 0,3 kgf/cm², in
einer Spanne zwischen 0,2 und 0,4 kgf/cm² am Manometerdruck. Wenn
sich an der in Fließrichtung hinteren Seite ein vom Normalen
abweichender Druck bildet, bewirkt der Druckschalter 5 die Auslösung eines
Alarms. Das auf einen vorbestimmten Druck regulierte Kohlendioxydgas
wird in das Gasmischplättchen 90 eingeführt und zwar durch einen Filter
7 und eine Kohlendioxydgas-Einlaßöffnung 11 des Gasmischplättchens 90.
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Das Gasmischplättchen 90 in der Gasmischvorrichtung 29 kann zwei
verschiedene Typen von Gasmischungen mit unterschiedlichen
Mischungsverhältnissen vorbereiten. Das durch die Einlaßöffnung 11 eingeführte
Kohlendioxydgas wird am Abzweigepunkt 6 in zwei
Durchflußwiderstandsdurchgänge abgezweigt. Im einzelnen wird ein Teil des Kohlendioxydgases
in einen Kapillar-Durchflußwiderstandsdurchgang 12 eingeleitet und wird
durch den Zusammenfließpunkt 9 und die erste Einlaßöffnung 10 in den
Durchflußdurchgang 76 der Fig. 2 eingebracht, während der andere Teil
des Kohlendioxydgases in den Kapillar-Durchflußwiderstandsdurchgang 8
eingeleitet und durch den Zusammenfließpunkt 13 und die zweite
Einlaßöffnung 14 in den Durchflußdurchgang 75 der Fig. 2 eingebracht
wird.
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Der Luftkompressor 15, der als Sauerstoffquelle dient, kann Luft mit
einer Fließrate von 100 ml/min und mit einem Lieferdruck von 0,7
kgf/cm² zuführen. Die Luft des Luftkompressors 15 wird in das
Niederdruck-Präzisions-Durckreduzierventil 19 durch einen Puffertank 16 und ein
normalerweise geschlossenes Zweiwege-Magnetventil 17 nach Entfernung
feiner Partikel durch das Filter 18 zugeführt. An der in Fließrichtung
hinteren Seite dieses Druckreduzierventils 19 wird der Luftdruck auf
einem konstanten Niveau gehalten, beispielsweise 0,3 kgf/cm², in einer
Spanne zwischen 0,2 und 0,4 kgf/cm² atg. Der konstante Luftdruck ist
gleich dem Druck des Kohlendioxydgases, der auf der in Fließrichtung
hinteren Seite des Druckreduzierventils 4 fur das Kohlendioxydgas
gebildet wurde. Auf diese Weise haben die Gase, die an der Einlaßseite des
Gasmischplättchens im Zustand vor der Mischsung verfügbar sind,
identischen Druck. Im Falle irgendeiner Abnormalität im Druck an der in
Fließrichtung hinteren Seite des Druckreduzierventils 19 wird ein
Druckschalter 20 betätigt, um einen Alarm auszulösen. Die auf einem
vorbestimmten Druck gehaltene Luft wird durch einen Filter 24 und eine
Lufteinlaßöffnng 22 des Gasmischplättchens 90 in das Gasmischplättchen
90 eingeführt. Die durch die Einlaßöffnung 22 eingeführte Luft wird am
Abzweigpunkt 21 in zwei Durchflußwiderstandsdurchgänge abgezweigt. Im
einzelnen wird der eine Teil der Luft in einen
Kapilar-Durchflußwiderstandsdurchgang 23 eingefährt und veranlaßt, sich am
Zusammenfließpunkt 9 mit dem Kohlendioxydgas zu mischen. Die so gebildete
Mischung von Luft und Kohlendioxydgas fließt in die erste Auslaßöffnung
10. Der andere Teil der Luft wird veranlaßt, sich am
Zusammenfließpunkt 13 mit dem Kohlendioxydgas zu mischen, und zwar durch einen
Kapillar-Durchflußwiderstandsdurchgang 25, und die so gebildete Mischung
wird in die zweite Anslaßöffnugn 14 eingeführt.
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Das Niveau der Durchflußwiderstände in den länglichen
Kapillar-Durchflußwiderstandsdurchgängen 8 und 12 wird so bestimmt, daß die
Durchflußrate von 1,2 ml/min an den Auslaßöffnungen 10 und 14 erhalten
wird, wenn das Kohlendioxydgas alleine in die Vorrichtung eingeführt
wird, bei einem Umgebungsluftdruck von 760mmHg.
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Andererseits wird das Niveau des Durchflußwiderstandes in den
länglichen Kapillar-Durchflußwiderstandsdurchgängen 23 und 25 so bestimmt,
daß die Durchflußraten von Luft von 17,11 ml/min bzw. 16,05 ml/min
an den Auslaßöffnungen 10 und 14 erhalten werden, wenn der
Umgebungsluftdruck 760 mmHg ist. Die Breite und Höhe (oder Durchmesser)
der Rille, die den Kapillar-Durchflußdurchgang darstellt, werden so
eingestellt, daß der Fehler des Durchflußwiderstandes nicht größer ist als
2 %.
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Nachfolgend wird die Konstruktion des Gasmischplättchens 90 der Fig. 1
unter Bezug auf Figs. 3 und 4 beschrieben.
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Vier Kapillar-Rillen, die Gas-Durchgangsrillen darstellen, werden durch
Ätzen auf einer Seite eines einzelnen rechteckigen Siliziumsubstrats 31
gebildet. Die mit 8' bezeichnete Kapillar-Rille, die mit dem Kapillar-
Durchflußwiderstandsdurchgang 8 in Fig. 1 korrespondiert, ist so
bemessen, daß sie eine Breite, Höhe und Länge von 0,2 mm, 0,2 mm bzw.
3968 mm hat, die mit 12' bezeichnete Kapillar-Rille, die mit dem
Kapillar-Durchflußwiderstandsdurchgang 12 in Fig. 1 korrespondiert, ist so
bemessen, daß sie eine Breite, Höhe und Länge von 0,35 mm, 0,35 mm
bzw. 1902 mm hat. Die mit 23' bezeichnete Kapillar-Rille, die mit dem
Kapillar-Durchflußwiderstandsdurchgang 23 in Fig. 1 korrespondiert, ist so
bemessen, daß sie eine Breite, Höhe und Länge von 0,2 mm, 0,2 mm
bzw. 3968 mm hat. Schließlich ist die mit 25' bezeichnete Kapillar-Rille,
die mit dem Kapillar-Durchflußwiderstandsdurchgang 25 in Fig. 1
korrespondiert, so bemessen, daß sie eine Breite, Höhe und Länge von 0,35
mm, 0,35 mm bzw. 3230 mm hat. Auf diese Weise werden die
Querschnitte und Längen der jeweiligen Rillen so bestimmt, daß vorbestimmte
Niveaus von Durchflußwiderständen in den jeweiligen
Durchflußdurchgängen hergestellt werden.
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Diese auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 31 gebildeten
Durchflußwiderstands-Rillen werden mit den Einlaßöffnungen und den
Anslaßöffnungen durch Rillen 111, 122, 110 und 114 verbunden, die ebenfalls auf
der Oberfläche des Siliziumsubstrats 31 gebildet werden. Die
Querschnittsflächen der jeweiligen Verbindungsrillen sind vorzugsweise so
bestimmt, daß sie größer als die der Durchflußwiderstandsrillen sind. Die
Einlaßrille 111, die mit der Einlaßöffnung 11 für das Kohlendioxydgas
korrespondiert, hat einen Abzweigepunkt 6, während die Einlaßrille 122,
die zur Lufteingangsöffnung 22 führt, einen Abzweigepunkt 21 hat. Die
Auslaßrille 110, die mit der Auslaßöffnung 10 kommuniziert, hat einen
Zusammenfließpunkt neben der Auslaßöffnung 10 in Fig. 3, während die
Auslaßrille 114, die mit der Auslaßöffnung 14 kommuniziert, einen
Zusammenfließpunkt neben der Auslaßöffnung 14 in Fig. 3 hat.
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Eine transparente Glasplatte 30 mit einer flachen, glatten Oberfläche ist
anodisch direkt auf die Seite des Siliziumsubstrats mit den Rillen
gebondet. Als ein Ergebnis der anodischen Bondung formen die in das
Siliziumsubstrat 31 geformten Rillen Durchfluß-Durchgänge. Einlaßöffnungen
11, 22 und Auslaßöffnungen 10, 14 werden an der Glasplatte 30
angebracht. Wie in Verbindung mit den Figs. 1 und 2 beschrieben, werden,
wenn Kohlendioxydgas und Luft zu der Gasmischvorrichtung 29 geliefert
werden, zwei Typen von Gasmischungen mit unterschiedlichen
Mischungsverhältnissen entsprechend den Durchflußwiderstanden in den jeweiligen
Kapillar-Widerstandsdurchgängen, d.h. den Querschnittsflächen und Längen
der Durchgänge, von den Auslaßöffnungen 10 und 14 der
Gasmischvorrichtungen geliefert. Mehr im einzelnen wird, wenn die
Gasmischeinrichtung Rillen mit Abmessungen entsprechend der vorbeschriebenen
Spezifikation hat, eine Gasmischung mit 19,82 Vol.-% Sauerstoff und 5,6
Vol.-% Kohlendioxyd von der Auslaßöffnung 14 geliefert, während die
Auslaßöffnung 10 eine Gasmischung mit 18,59 Vol.-% Sauerstoff und 11,2
Vol.-% Kohlendioxyd liefert.
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Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Kalibrierkurve, die im Laufe der mit der
in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform durchgeführten Kalibrierung
erhalten wurde. Im besonderen zeigt Fig. 5 eine Kalibrierkurve fur
Kohlendioxydgas. Andererseits versteht es sich, daß eine ähnliche
Kalibrierkurve auch für Sauerstoff aufgestellt werden könnte.
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Wie bereits beschrieben wurde, könnten erfindungsgemäß zwei Arten von
Gasen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen an aus einer
Kohlendioxydgasflasche zur Verfügung gestelltem Kohlendioxydgas und
atmosphärischer Luft vorbereitet werden. Diese beiden Gasarten stellen
Standardfluide zur Kalibrierung eines Gasanalysengerätes dar; die langfristig
verfügbar sind, z.B. für mehr als 10 Monate. Zusätzlich stellt die
Erfindung durch Ätzen eines einzelnen Substrats Kapillar-Durchflußwiderstände
mit exakten Durchflußwiderständen in einfacher Weise zur Verfügung.
Auf diese Weise stellt die Erfindung eine Gasmischvorrichtung zur
Verfügung, die auf einfache Weise in großen Stückzahlen produziert
werden kann, ein niedrigeres Gewicht und kleinere Abmessungen aufweist
und unempfindlich gegen Temperatureinfluß ist.