DE69009150T2

DE69009150T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen des Druckes in einer Flüssigkeitsleitung zum Nachweis einer Verstopfung dieser Flüssigkeitsleitung.

Info

Publication number: DE69009150T2
Application number: DE1990609150
Authority: DE
Inventors: Adib G Daoud; Howard R Everhart; Russell C Horres
Original assignee: Ivac Medical Systems Inc
Current assignee: CareFusion 303 Inc
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2010-10-30
Also published as: CA2029177A1; DE69009150D1; EP0429866B1; EP0429866A1; CA2029177C

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Nachweis einer Verstopfung in einer Flüssigkeitsleitung und sie betrifft insbesondere den Nachweis einer Verstopfung in einer Flüssigkeitsleitung oberhalb bzw. unterhalb einer peristaltischen Pumpe, die für Infusionen intravenöser Lösungen an einen Patienten verwendet wird.

Stand der Technik

Für Infusionen intravenöser Flüssigkeiten an einen Patienten wurden verschiedene Vorrichtungen verwendet. Um die Durchflußgeschwindigkeit besser zu regeln, als dies bei intravenösen Tropfenspeisungs-Verabreichungseinrichtungen allgemein möglich ist, wurden verschiedene Arten von Pumpen und Reglern verwendet. Es wurde festgestellt, daß eine peristaltische Pumpe dabei von Vorteil ist, das Pumpen einer intravenösen Flüssigkeit durch herkömmliche elastische Flüssigkeitsleitungen zu ermöglichen, und zwar ohne Flüssigkeitskontakt. Es wurde festgestellt, daß die Funktionsweise der peristaltischen Pumpen ferner eine Vielzahl von Regelungen und Messungen der Durchgangigkeit und der Durchflußzustande ermöglicht. Durch Überwachung der Flüssigkeitsdruckveränderungen in der intravenösen Flüssigkeitsleitung können wichtige Daten erfaßt werden.
Aus US-A-4.690.673 ist der Einbau einer druckmessenden Dehnungsmeßgeräteinrichtung in einer peristaltischen Pumpe bekannt, was dazu dient, Größenänderungen des Außendurchmessers einer intravenösen Röhrenleitung als Anzeige der Flüssigkeitsdruckveranderungen zu überwachen. Bei dem Aufbau einer solchen druckmessenden Einrichtung ist das Dehnungsmeßgerät an einem Spannriegel angebracht, der einen Teil der Einrichtung bildet, der auf einem festen Befestigungsblock angebracht ist, um bei einer allgemein konstanten Verdrängung der Flüssigkeitsleitung zu drücken.
Es ist wünschenswert, eine Vorrichtung zur Überwachung der Verstopfung in einer Flüssigkeitsleitung oberhalb bzw. unterhalb eines peristaltischen Pumpenmechanismuses vorzusehen bzw. zum anderweitigen Nachweis von Flüssigkeitsdruckänderungen in der Flüssigkeitsleitung, um Veränderungen des Durchflusses aufgrund eines teilweisen Verschlusses der Leitung, einer Undichtigkeit in der Leitung bzw. ähnlichen Schwierigkeiten, mit einem Drucksensor nachzuweisen, der gegen die Leitung drückt, mit einem bestimmten Verdrängungsgrad der Flüssigkeitsleitung während einem begrenzten Teil des Arbeitszykluses der Pumpe. Ein solcher sich bewegender Drucksensor kann eine Beeinflussung des Durchflusses während dem Teil des Arbeitszykluses vermeiden, wenn der Drucksensor nicht gegen die Flüssigkeitsleitung drückt und eine periodische Eichung des Drucksensors wäre ebenfalls möglich. Die Koordination der Bewegung des Drucksensors mit den Nockenfolgefingern einer peristaltischen Pumpe wäre wünschenswert, um eine Störung der Funktionsweise der Pumpe zu verhindern, während eine Verbesserung der Genauigkeit der Druckmessungen erzielt wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf diese Aufgaben.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht ein verbessertes System zum Nachweis des Drucks und einer Verstopfung in einer Flüssigkeitsleitung vor, wobei das System durch eine peristaltische Verdrangerpumpe betrieben wird, wobei eine Mehrzahl von Nockenfolgefingern sequentiell gegen die Flüssigkeitsleitung drückt, um die Flüssigkeit peristaltisch durch die Leitung zu drängen. Unter den anderen peristaltischen Fingern ist ein Sensorfolgefinger an der Nockenwelle der Pumpe angebracht, um zyklisch mit einer bestimmten Kraft und Verdrängung gegen die Flüssigkeitsleitung zu drücken, während sich die Nockenwelle dreht. Der Sensorfolgefinger umfaßt ein an dem Sensorfinger angebrachtes Dehnungsmeßgerät, um ein Signal zu erzeugen, welches die Kraft anzeigt, die durch den Sensorfinger auf die Röhrenleitung ausgeübt wird, und eine Signalprozessoreinheit, welche dieses Kraftsignal empfängt, bestimmt basierend auf dem Signal den Druck in der Flüssigkeitsleitung. Der Signalprozessor vergleicht den gemessenen Druck in einem oberstromigen Druckmeßmodus mit einem oberstromigen Bezugswert und er vergleicht den gemessenen Druck in einem unterstromigen Druckmeßmodus mit einem unterstromigen Bezugswert. Ferner kann eine Alarm vorgesehen sein, um anzuzeigen, wenn oberstromig bzw. unterstromig ein Verstopfungszustand besteht, wenn der gemessene Druck wesentlich von diesen Bezugswerten abweicht. Bei dem Kraftsensor handelt es sich vorzugsweise um ein Dehnungsmeßgerät, das an einem Teil des Sensorfingers angebracht ist, der Dehnungskräften ausgesetzt ist, wenn der Sensorfinger gegen die Röhrenleitung drückt.
Kurz und allgemein ausgedrückt umfaßt eine Vorrichtung zum Messen des Drucks in einem Schlauch, welche durch eine peristaltische Pumpe mit einer Mehrzahl von Nockenfolgefingern betrieben wird, einen Sensorfinger, der periodisch gegen die Schlauchwand drückt, und zwar mit einer vorbestimmten Verdrängung der Schlauchwand, ohne daß die Flüssigkeitsleitung verstopft; einen Sensor zum Messen der durch den Sensorfinger auf die Schlauchwand ausgeübten Kraft und zur Erzeugung eines Kraftsignals, welches die Kraft anzeigt; und eine Signalverarbeitungseinheit zur Bestimmung des gemessenen Drucks basierend auf dem Kraftsignal und zum Vergleich des gemessenen Drucks mit oberstromigen und unterstromigen Druckbezugswerten während dem oberstromigen bzw. unterstromigen Modus.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Druckmeßvorrichtung einen Alarm zur Anzeige eines Verstopfungszustands, und zwar auf der Basis des Vergleichs des gemessenen Flüssigkeitsdrucks mit den oberstromigen oder unterstromigen Bezugsdruckwerten. Der Kraftsensor umfaßt vorzugsweise ferner ein Dehnungsmeßgerät, das an einem Teil des Sensorfingers angebracht ist, um die durch den Sensorfinger auf die Schlauchwand ausgeübte Kraft zu messen und das Dehnungsmeßgerät ist vorzugsweise in einer Öffnung in dem Teil des Sensorfingers plaziert, welcher mit der Schlauchwand eingreift.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen deutlich, welche die Merkmale der Erfindung durch Beispiele veranschaulichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine vereinfachte Schnittansicht des peristaltischen Fingermechanismuses, der auf eine Flüssigkeitsleitung einwirkt, wobei die Anordnung des erfindungsgemäßen Sensors dargestellt ist;
Figur 2 ist eine Seitenrißansicht eines Sensorfolgers gemäß der Erfindung, der an einem Nockenwellenantrieb lagert;
Figur 3 ist eine der Figur 1 ähnliche Ansicht und zeigt den Sensorfolger an der Position während dem oberstromigen Modus der peristaltischen Pumpe;
Figur 4 ist eine Prinzipskizze des Verhältnisses des Sensorfolgers zu dem Schlauch in der peristaltischen Pumpe; und
Figur 5 ist ein Ablaufdiagramm, welches die Funktionsweise der Signalverarbeitungseinheit darstellt.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Wie dies in den Zeichnungen aus Darstellungsgründen gezeigt wird, wird die Erfindung in einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Messen des Drucks in einer Flüssigkeitsleitung, die in einer peristaltischen Pumpe empfangen wird, verwirklicht, und zwar um festzustellen, ob die Flüssigkeitsleitung oberhalb oder unterhalb des Pumpenmechanismuses verstopft ist. Die Vorrichtung umfaßt einen Sensorfolgefinger, der an einer Drehnockenwelle lagert und der sich in der Mitte einer Mehrzahl von Nockenfolgefingern befindet, die an der Nockenwelle lagern. Der Sensorfolgefinger ist so adaptiert, daß er an einem allgemein zentralen Teil des Segments der Flüssigkeitsleitung, das in der peristaltischen Pumpe empfangen wird, gegen die Schlauchwand drückt, und zwar zwischen den Nockenfolgern des oberstromigen Endes und des unterstromigen Endes. Der Sensorfolger ist so adaptiert, daß er während einem Teil des Arbeitszykluses der Pumpe zyklisch gegen das Schlauchsegment drückt, und zwar mit einer vorbestimmten Verdrängung der Schlauchwand, ohne dabei die Flüssigkeitsleitung zu verstopfen. Ein dem Sensorfolgefinger zugeordneter Sensor mißt die durch den Sensorfolgefinger auf das Schlauchsegment ausgeübte Kraft, und eine Signalverarbeitungseinheit vergleicht die oberstromigen und unterstromigen Druckwerte mit den Bezugswerten, um festzustellen, ob oberhalb oder unterhalb der Pumpe eine Verstopfung aufgetreten ist.
Vorgesehen ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zum Messen des Druckes in einem zusammendrückbaren Pumpensegment einer Flüssigkeitsleitung mit einer Schlauchwand, umfassend einen peristaltischen Pumpenmechanismus zur Aufnahme des Pumpensegments, wobei der peristaltische Pumpenmechanismus eine Drehnockenwelle aufweist sowie eine Mehrzahl von Nockenfolgefingern, die an der Welle lagern und umfassend einen Nockenfolgefinger an dem oberen Ende und einen Nockenfolgefinger an dem unteren Ende, die so adaptiert sind, daß sie sequentiell gegen das Pumpensegment drücken, wodurch zyklisch wiederkehrende oberstromige und unterstromige Druckverbindungsmodi eines Arbeitszykluses der Pumpe erzeugt werden, wobei ein zentrales Teilstück des Pumpensegments wechselweise in Verbindung mit dem oberstromigen Teilstück der Flüssigkeitsleitung oder dem unterstromigen Teilstück der Flüssigkeitsleitung steht, wobei die Vorrichtung einen Sensorfolgefinger aufweist, der neben dem zentralen Teilstück des Pumpensegments und zwischen dem Nockenfolger des oberen Endes und dem Nockenfolger des unteren Endes an der Nockenwelle lagert und wobei der Sensorfolgefinger so adaptiert ist, daß er während einem Teil des Abeitszykluses zyklisch gegen das Pumpensegment drückt, mit einer vorbestimmten Verdrängung der Schlauchwand, ohne die Flüssigkeitsleitung zu verstopfen; umfassend eine Sensoreinrichtung, die dem Sensorfolgefinger zugeordnet ist, um ein Kraftsignal zu erzeugen, welches die Kraft anzeigt, die von dem Sensorfolgefinger durch Drücken gegen das Pumpensegment ausgeübt worden ist; und umfassend eine Signalverarbeitungseinrichtung, die auf das Kraftsignal anspricht, um basierend auf dem Kraftsignal einen gemessenen Druckwert zu bestimmen, um den gemessenen Druck in dem oberstromigen Druckverbindungsmodus mit einem oberstromigen Druckschwellenwert zu vergleichen und wobei die Einrichtung so adaptiert ist, daß sie ein oberstromiges Verstopfungsfehlersignal erzeugt, wenn der gemessene Druck niedriger ist als der oberstromige Druckschwellenwert und zum Vergleich des gemessenen Drucks in dem unterstromigen Druckverbindungsmodus mit einem unterstromigen Druckschwellenwert und wobei die Einrichtung so adaptiert ist, daß sie ein unterstromiges Verstopfungsfehlersignal erzeugt, wenn der gemessene Druck größer ist als der unterstromige Druckschwellenwert.
Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Messen des Drucks in einem Pumpensegment einer Flüssigkeitsleitung vor, welche eine Schlauchwand aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Periodisches Zusammendrücken des Pumpensegments mit mindestens einem Fingerelement, und zwar mit einem vorbestimmten Verdrängungsausmaß der Schlauchwand, ohne dabei die Flüssigkeitsleitung zu verstopfen; Messen eines durch das Fingerelement auf die Schlauchwand ausgeübten Kraftparameters; Erzeugung eines Kraftsignals, welches den gemessenen Kraftparameter anzeigt; und Bestimmung des Flüssigkeitsdruckes in dem Schlauch, als Reaktion auf das Kraftsignal.
Wie dies in den Zeichnungen dargestellt ist, ist ein peristaltischer Pumpenmechanismus 10 so adaptiert, daß er einen Flüssigkeitsschlauch aufnimmt 12 und daß er Flüssigkeit in Richtung des Pfeils 14 durch den Schlauch treibt. Der Flüssigkeitsschlauch umfaßt ein zusammendrückbares Pumpensegment 16, und zwar etwa von der Position A bis zu der Position B, zwischen dem Einlaßende 18 des Schlauchs und dessen Auslaßende 20. Der Schlauch ist zwar normalerweise ununterbrochen und in der gesamten Lange elastisch, jedoch ist es auch möglich, daß eine unelastische Röhrenleitung verwendet wird, und zwar mit einem zwischenliegenden, zusammendrückbaren Pumpensegment, das an den Einlaß- und Auslaßenden in die unelastische Röhrenleitung gespleißt ist, so daß der peristaltische Pumpenmechanismus auf das Pumpensegment einwirken kann. Der peristaltische Pumpenmechanismus umfaßt ferner ein Teilstück des Pumpengehäuses 22 neben einer Seite des Schlauchs und normalerweise verschiedene peristaltische Nockenfolgefinger 23, die an einer Nockenwelle 24 lagern, welche die peristaltischen Nockenfolgefinger so antreibt, daß diese sequentiell gegen die Schlauchwand des Pumpensegments drücken, um die Flüssigkeit in dem Schlauch durch peristaltische Bewegung zum Fließen zu bewegen. Wenn sich die Nocke um ihre außermittige Drehachse 26 dreht, bewegt sich die Nockenoberfläche 28 um die Achse, wodurch bewirkt wird, daß die Nockenfolgefinger sequentiell gegen die Schlauchwand drücken und sich von dieser weg bewegen.
Der oberstromigste Nockenfolgefinger 30, der in der Figur 1 als Finger Nr. 1 aus einer Folge von 12 Nockenfolgefingern bezeichnet ist und der unterstromigste Nockenfolgefinger 32, der als Finger Nr. 12 bezeichnet ist, bilden die äußeren Endfinger des peristaltischen Pumpenmechanismuses und sie sind so gestaltet, daß sie sequentiell gegen die Flüssigkeitsleitung drücken und diese verstopfen, um so Flüssigkeit durch den Schlauch zu treiben. In der Darstellung aus Figur 1 verstopft der oberste Finger 30 die Flüssigkeitsleitung an der Position 34 und die Finger Nr. 2, Finger Nr. 3, Finger Nr.4 und so weiter, drücken sequentiell gegen den Schlauch und verstopfen den Flüssigkeitsfluß an der Berührungsfläche, wodurch Flüssigkeit durch den Schlauch getrieben wird. Wenn sich der Verstopfungspunkt sequentiell nach unten an dem zentralen Bereich der Nockenfolgefinger vorbei bewegt, so wird das unterstromige Teilstück des Flüssigkeitsschlauches zu der Verbindung mit dem zentralen Teilstück des Flüssigkeitsschlauchs abgedichtet, und zwar an der Stelle, an der sich der nichtverstopfende Sensorfolgefinger 36 in etwa befindet. An diesem Punkt steht der Flüssigkeitsdruck von dem oberstromigen Teilstück des Schlauchs durch das Flüssigkeitsschlauchteilstück 35 in Flüssigkeitsverbindung mit dem Schlauchbereich neben dem Sensorfolgefinger. Wenn sich der Verstopfungspunkt zu den oberstromigen Fingern verschiebt, so lösen sich die mit dem Finger 32 endenden unterstromigen Finger, wodurch der zentrale Bereich neben dem Sensorfolger zur Flüssigkeitsverbindung mit dem unterstromigen Teilstück des Schlauchs 20 geöffnet wird, und zwar durch den Bereich 37 genau unterhalb des Sensorfolgers. Somit kann ein oberstromiger Verbindungsmodus mit dem zentralen Bereich des Schlauchs in bezug auf den Verstopfungspunkt definiert werden, so daß sich der peristaltische Pumpenmechanismus in einem oberstromigen Modus der Druckverbindung befindet, wenn sich der peristaltische Verstopfungspunkt unterhalb des Sensorfolgers befindet und wenn die Flüssigkeitsleitung für eine Verbindung oberhalb des Sensorfolgers offen ist und wobei sich die Vorrichtung in einem unterstromigen Modus der Druckverbindung befindet, wenn sich der Verstopfungspunkt oberhalb des Sensorfolgers befindet und wenn das unterstromige Teilstück des Schlauchs offen ist, um Druck an den Sensorfolgefinger zu übertragen.
In bezug auf Figur 2 weist der Sensorfolgefinger 36 allgemein die gleiche Form und den gleichen Aufbau auf, wie die anderen Nockenfolgefinger. Jedoch sind die Nockenfolgefinger normalerweise aus Acetalharz oder anderen Arten von Plastwerkstoffen hergestellt, wobei der Sensorfolgefinger vorzugsweise aus Invar hergestellt ist, einer Eisen-Nickel- Legierung mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizient, wobei Invar häufig in Präzisionsinstrumenten verwendet wird. Es können auch andere Metalle oder harte Polymere mit ähnlichen Eigenschaften verwendet werden. Der Sensorfolgefinger umfaßt die Nockenfolgearme 38a, 38b, die so adaptiert sind, daß sie in dem Nockenantrieb zusammenwirken und der Rotation des Nockenantriebs folgen, wobei der Sensorfolgefinger einen inneren U-förmigen Nockenfolgebereich 40 in dem Hauptkörperteilstück 42 aufweist. Der Sensorfolgefinger umfaßt eine Drehöffnung 44, so daß der Finger so angebracht werden kann, daß er sich als Reaktion auf den Nockenantrieb dreht, um den Schlauchdrückarm 46 zu bewegen, um gegen den Schlauch zu drücken und sich von diesem weg zu bewegen. Der Schlauchdrückarm umfaßt vorzugsweise eine Schutzöffnung 48, die ein darin angebrachtes Dehnungsmeßgerät aufweist, um die Kraft zu überwachen, die von dem Schlauchdrückarm gegen den Schlauch ausgeübt wird. Das Dehnungsmeßgerät ist durch den Draht 52 elektrisch mit einer Signalverarbeitungseinheit 53 verbunden, bei der es sich normalerweise um eine Einheit bzw. einen Computer mit Mikroprozessor handelt, welche die Kraftsignalausgabe von dem Dehnungsmeßgerät empfängt und welche wiederum ein Verstopfungsfehlersignal erzeugt, welches eine Warnung 54 auslösen kann, was nachstehend beschrieben ist.
In bezug auf die Figuren 1 und 2 wird der Sensorfolgefinger mit einer Nocke angetrieben, die sich von den Nockenbereichen der anderen Nockenfolgefinger unterscheidet, so daß Sensorfolgefinger den Schlauch nicht verstopft, jedoch die Schlauchwand berührt, um gegen die Wand zu drücken, mit einer begrenzten Verdrängung der Schlauchwand. Ferner ist die Nocke für diesen Sensorfolgefinger vorzugsweise so gestaltet, daß sich der Sensorfolgefinger in Kontakt mit dem Schlauch befindet und gegen diesen drückt, wenn der Folger Nr. 1 den Schlauch verstopft, so daß der Sensor die Verstopfung in dem Ausgangskraftsignal wiedergibt, wenn der Schlauch unterhalb des Sensors verstopft ist. Wenn der unterstromigste Folger Nr. 12 den Schlauch verstopft, so befindet sich der Sensorfolger wiederum in Kontakt mit dem Schlauch, so daß zum Beispiel ein negativer Druck auftritt, wenn eine oberstromige Rollenklammer geschlossen wird, was zu einem Vakuum in dem zusammendrückbaren Schlauchsegment führt, wodurch der Schlauch zusammenfällt und wobei der Sensorfolger eine oberstromige Verstopfung anzeigt.
Wenn sich der Verstopfungspunkt 55 etwa an der Position des unterstromigsten Fingers Nr. 12 befindet, wird in bezug auf Figur 3 deutlich, daß sich das Teilstück der Flüssigkeitsleitung oberhalb 56 der Flüssigkeitsleitung in Druckverbindung mit dem Sensorfolgefinger befindet und das unterstromige Teilstück der Flüssigkeitsleitung 58 wird verschlossen. In dem zusammendrückbaren Pumpensegment kann sich ein Vakuum 60 bilden, wenn die Flüssigkeit durch den peristaltischen Pumpenmechanismus nach unten getrieben wird, und zwar wenn das durch die oberstromige Verstopfung erzeugte Vakuum etwa durch Schließen einer Rollenklammer an der Flüssigkeitsleitung bzw. eine andere Sperrung in der Leitung auftritt.
Bezüglich der folgenden Erörterung der Bestimmung des Druckes der Flüssigkeitsleitung, basierend auf der Verdrängung eines Teilstücks des Schlauchs durch einen Sensorfolgearm und der durch den Arm auf den Schlauch ausgeübten, gemessenen Kraft, wird auf die vereinfachte Prinzipskizze aus Figur 4 verwiesen. Ein nichtverstopfender Sensorfolgearm bzw. eine Lamelle 36 ist in der Darstellung gegen die Flüssigkeitsleitung 12 mit einem Kraftgrad (in Gramm) gerichtet und in die durch den Vektor 62 angezeigte Richtung. Die Lamellenverdrängung 64 der Schlauchwand ist zu dem in der Flüssigkeit angewandten Druck entgegengesetzt.
Es wurde festgestellt, daß eine genaue Wechselbeziehung zwischen der Lamellenkraft gegen den Schlauch (Sensorempfindlichkeit) und des Schlauchinnendrucks, die Verwendung eines wesentlichen Lamellenverdrängungswertes voraussetzt, und zwar idealerweise im Bereich von 50 bis 70 Milliinch. Jedoch darf eine übermäßige Verdrängung den Fluß in dem Schlauch nicht einschränken. Kraftrelaxations- und Lasthysterese-Tests zeigen ferner, daß die Schlauchsteifheitseigenschaften besonders zeitabhängig sind, so daß genaue Korrelationen zwischen der Sensorempfindlichkeit und dem Schlauchinnendruck in der Praxis die Ausführung einer häufigen Schlaucheichungsroutine mit den tatsächlichen Betriebsdurchflußmengen und den Betriebstemperaturen ermöglichen. Eine Nullstellung der Sensorfolgefinger-Kraftmessung wird durch von der Schlauchwand weggehende Bewegung des Sensorfolgefingers während einem Teil des Arbeitszykluses der peristaltischen Pumpe möglich.
Mit verschiedenen Schlauchvakuumpegeln durchgeführte Tests, die einen oberstromigen Verstopfungszustand simulierten, zeigten ziemlich lineare Ergebnisse für die Lamellenkraft gegenüber der Verdrängung und Innenvakuumpegel in dem Schlauch von 0 bis 5 Pfund je Quadratinch. Bei einem Vakuumpegel von etwa 7,5 Pfund je Quadratinch fallen die Lamellenkraftpegel stark ab. Bei Vakuumpegeln zwischen 7,5 und 10 Pfund je Quadratinch knickt bzw. fällt der Schlauch durch das Innenvakuum vollständig ein. In diesem Zustand ist die Schlauchwand vollständig flachgedrückt und sie verliert den Kontakt mit der Sensorfolgelamelle vollständig.
Eine empirisch hergeleitete Gleichung wurde für den Flüssigkeitsdruck als eine Funktion der Lammenverdrängung, der Schlauchkraft und eines Schlauch-Biegesteifheitsparameters begründet. Die Gleichung liefert eine ausreichend genaue Vorhersage des Flüssigkeitsdrucks aus Schlauchkraftversuchsdaten, die für Verdrängungen im Bereich von 0,10 cm (40 Milliinch) bis 0,20 cm (80 Milliinch) erzielt worden sind, mit Schlauchinnendruckzuständen von 0 bis 10 Pfund je Quadratinch, Schlauchhärteprüfern von 45a bis 55a und mit Wanddicken von 34 bis 38 Milliinch.
Die Druckbestimmung basiert auf der Durchbiegung der Schlauchwand, der Lamellenkraft und einem Schlauch- Biegesteifheitsparameter, der experimentell oder durch Zuliefererinformationen ermittelt werden kann, gemäß der folgenden Gleichung:
P = FT / d - (K&sub1;)c/a + b / (K&sub1;)c
mit d = Durchbiegung der Schlauchwand in Milliinch;
FT = Schlauchinnendruck in Pfund je Quadratinch; und
K1c = Biegesteifheitsparameter.
K1c ist proportional zu Eh3, wobei E das Elastizitätsmodul in Pfund je Quadratinch darstellt und es sich bei h um die Wanddicke in Milliinch handelt. Die Variable "a" wurde empirisch bei 0,0790 bestimmt und "b" wurde für die Testvorrichtung empirisch bei 0,0478 bestimmt. Es wurde festgestellt, daß der hergeleitete Steifheitsparameter K1c normalerweise im Bereich von etwa 1,33 bis 2,42 liegt.
Beim Betrieb der Signalverarbeitungseinheit, der allgemein in dem in der Figur 5 dargestellten Ablaufdiagramm beschrieben ist, empfängt die Signalverarbeitungseinheit idealerweise eine Eingabe von einem Drehphasenindikator 70, der die Form einer optischen Kennzeicheneinrichtung annehmen kann, welche einen photoelektrischen Strahl unterbricht, entweder in Verbindung mit dem Nockenantrieb selber oder einem Motor (nicht abgebildet), welcher die Nockenwelle drehend antreibt. Bei einem Signal von dem Drehphasenindikator kann der Signalprozessor feststellen, welcher der Nockenfolgefinger zu jedem gegebenen Zeitpunkt während dem Arbeitszyklus der Pumpe die Flüssigkeitsleitung verstopft. Bei 72 wird bestimmt, ob der oberste Nockenfolgefinger die Flüssigkeitsleitung verstopft. Wenn dies nicht der Fall ist, erfolgt bei 74 die gleiche Entscheidung für den untersten Nockenfolgefinger, d.h. den Finger Nr. 12. Wenn der Finger Nr. 12 den Schlauch nicht verstopft, wird bei 76 festgestellt, ob der Sensorfolger den Schlauch berührt und wenn dies nicht der Fall ist, kann bei 78 eine Eichung des Sensors durchgeführt werden, da das Dehnungsmeßgerät dann ein Signal erzeugt, welches in Wechselbeziehung mit dem Nulldruck steht. Wenn der Sensorfolger jedoch den Schlauch berührt, so kann der Flüssigkeitsdruck bei 80 überwacht werden. Wenn der Finger Nr. 12 die Flüssigkeitsleitung verstopft, wird bei 82 festgestellt, ob der durch die Signalverarbeitungseinheit festgestellte gemessene Druck unter einem minimalen Schwellenwert liegt. Null wäre eine kennzeichnender minimale Druckschwelle, so daß bei 84 keine oberstromige Verstopfung angezeigt werden würde, wenn eine Druckhöhe über diesem Pegel festgestellt worden wäre, und wenn ein Druck von weniger als Null festgestellt worden wäre, so würde bei 86 ein oberstromiger Verstopfungsfehlerzustand angezeigt, was zu einem Warnsignal an den Alarm 88 führen kann. Wenn in ähnlicher Weise festgestellt wird, daß der Finger Nr.1 die Flüssigkeitsleitung verstopft, so kann bei 90 bestimmt werden, ob der gemessene Druck über einem maximalen Schwellenwert liegt. Wenn der gemessene Druck niedriger ist als der maximale Druckschwellenwert, wie etwa 10 Pfund je Quadratinch, so erfolgt bei 92 die Feststellung, daß keine unterstromige Verstopfung gegeben ist. Wenn der gemessene Druck andererseits über diesem maximalen Schwellenwert läge, so würde die Signalverarbeitungseinheit ein unterstromiges Verstopfungsfehlersignal erzeugen und die Signalverarbeitungseinheit kann ferner ein Warnsignal zur Aktivierung des Alarms 88 erzeugen.
In Anbetracht vorstehender Ausführungen konnte dargelegt werden, daß das erfindungsgemäße System zum Messen des Drucks in einer Flüssigkeitsleitung dazu verwendet werden kann, eine Verstopfung in der Flüssigkeitsleitung nachzuweisen, und zwar entweder oberhalb oder unterhalb eines peristaltischen Pumpenmechanismuses, der auf die Flüssigkeitsleitung einwirkt. Es ist ferner von Bedeutung, daß der Sensorfolgefinger für eine Bewegung adaptiert ist, die in Wechselbeziehung zu der Bewegung der anderen Nockenfolgefinger steht, um eine Einschränkung des Flüssigkeitsstroms zu vermeiden und um eine periodische Eichung des Sensors zu ermöglichen.
Zwar wurden besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und veranschaulicht, jedoch ist es offensichtlich, daß bezüglich der Erfindung zahlreiche Modifikationen und Adaptionen durch den Fachmann möglich sind, und zwar ohne Ausübung der erfinderischen Fähigkeit. Somit wird hiermit festgestellt, daß bezüglich der Ausführung, der Einzelheiten und der Verwendung der vorliegenden Erfindung, verschiedene Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dabei von dem Erfindungsgedanken abzuweichen, wie dieser in den Ansprüchen 1 bis 11 beansprucht ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen des Druckes in einer Flüssigkeitsleitung mit einem Pumpensegment (16) mit einer elastischen Schlauchwand (12), umfassend einen peristaltischen Pumpenmechanismus (10) zur Aufnahme des Pumpensegments, wobei der peristaltische Pumpenmechanismus eine Mehrzahl peristaltischer Finger (23) aufweist, mit einem oberhalb liegenden Finger (30) und einem unterhalb liegenden Finger (32), die sequentiell gegen das Pumpensegment drücken, wodurch zyklisch wiederkehrende, obere und untere Druckverbindungsmodi eines Arbeitszykluses der Pumpe erzeugt werden, wobei ein Teilstück des Pumpsensegments zwischen den genannten Endfingern wechselnd in Verbindung mit nur einem oberen Teilstück der Flüssigkeitsleitung bzw. mit nur einem unteren Teilstück der Flüssigkeitsleitung steht,

einen Prozessor (53) zum Empfang eines Kraftsignals in dem oberen Druckverbindungsmodus und zum Empfang des Kraftsignals in dem unteren Druckverbindungsmodus, wobei der Prozessor basierend auf den Werten des Kraftsignals ein Verstopfungssignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß

sich zwischen dem oberen Endfinger und dem unteren Endfinger ein Sensorfolgefinger (36) befindet, um während eines Teils des Arbeitszykluses zyklisch gegen das Pumpensegment zu drücken, um die Schlauchwand des Segments um ein vorbestimmtes Ausmaß zu verschieben, ohne dabei die Flüssigkeitsleitung zu verstopfen, und umfassend

ein mit dem Sensorfolgefinger gekoppeltes Meßgerät, zur Erzeugung eines Kraftsignals, welches die Kraft anzeigt, die von dem Sensorfolgefinger durch Drücken gegen die Schlauchwand ausgeübt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor während des Teils des Zykluses, in dem sich der Sensorfolgefinger nicht in Kontakt mit der Schlauchwand befindet, auf das Meßgerät geeicht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor während jedem Zyklus des Sensorfolgefingers dann auf das Meßgerät geeicht ist, wenn sich der Sensorfolgefinger nicht in Kontakt mit der Schlauchwand befindet.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät einen Nullkraftwert aufweist und daß der Prozessor während dem Teil des Zykluses auf diesen Nullkraftwert geeicht ist, wenn sich der Sensorfolgefinger nicht in Kontakt mit der Schlauchwand befindet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät einen Nullkraftwert aufweist und daß der Prozessor während jedem Zyklus des Sensorfolgefingers dann auf den Nullkraftwert geeicht ist, wenn sich der Sensorfolgefinger nicht in Kontakt mit der Schlauchwand befindet.

6. Verfahren zum Messen des Druckes in einem zusammendrückbaren Pumpensegment (16) einer Flüssigkeitsleitung mit einer elastischen Schlauchwand (12), wobei das Pumpensegment in einem peristaltischen Pumpenmechanismus (10) aufgenommen wird, wobei der peristaltische Pumpenmechanismus eine drehbare Nockenwelle (24) und eine Mehrzahl von Nockenfolgefingern (23) aufweist, welche daran lagern und welche einen oberen Nockenfolgefinger (30) und einen unteren Nockenfolgefinger (32) umfassen, welche sequentiell gegen das Pumpensegment drücken, wodurch sie zyklisch wiederkehrende, obere und untere Druckverbindungsmodi eines Arbeitszykluses der Pumpe erzeugen, wobei ein Mittelteil des Pumpensegments wechselweise in Verbindung mit nur einem oberhalb liegenden Teilstück der Flüssigkeitsleitung bzw. mit nur einem unterhalb liegenden Teilstück der Flüssigkeitsleitung steht, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

periodisches Zusammendrücken des Pumpensegments mit wenigstens einem Fingerelement, mit einem vorbestimmten Ausmaß an Verschiebung der elastischen Schlauchwand, ohne die Flüssigkeitsleitung dabei zu verstopfen;

Messen eines durch das Fingerelement auf die elastische Schlauchwand ausgeübten Kraftparameters und Erzeugung eines Kraftsignals, das den gemessenen Kraftparameter anzeigt; und

Feststellen des Flüssigkeitsdrucks in dem Schlauch, als Reaktion auf das Kraftsignal.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck durch den Kraftparameter, das Verschiebungsausmaß und eine Schlauchsteifheitskonstante, die auf dem Elastizitätsmodul und der Dicke der Schlauchwand basiert, ermittelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß:

der Schritt des Messens eines Kraftparameters die Anwendung eines Meßgerätes auf wenigstens ein Fingerelement umfaßt, um den Kaftparameter zu messen; und daß

der Schritt des Feststellens des Flüssigkeitsdrucks den Schritt der Eichung auf das Meßgerät umfaßt, und zwar während dem Teil des Zykluses, wenn das wenigstens eine Fingerelement die Schlauchwand nicht zusammendrückt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Eichung während dem Teil des Zykluses, wenn das wenigstens eine Fingerelement die Schlauchwand nicht zusammendrückt, die Eichung auf das Meßgerät während jedem Zyklus umfaßt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß:

der Schritt des Messens eines Kraftparameters die Anwendung eines Meßgerätes auf das wenigstens eine Fingerelement umfaßt, um den Kraftparameter zu messen, wobei das Meßgerät einen Nullkraftwert aufweist; und daß

der Schritt des Feststellens des Flüssigkeitsdrucks den Schritt der Eichung auf diesen Nullkraftwert umfaßt, und zwar während dem Teil des Zykluses, wenn das wenigstens eine Fingerelement die Schlauchwand nicht zusammendrückt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Eichung auf den Nullkraftwert die Eichung auf den Nullkraftwert während jedem Zyklus des Sensorfolgefingers während dem Teil des Zykluses umfaßt, wenn der Sensorfolgefinger das Pumpensegment nicht zusammendrückt.