JP2599875B2 - 液体流量を測定する方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は請求項１の前文の方法および請求項４の前文
の液体の流れを測定する装置に関する。

実験室分野、特に、医学分野では、液体の小体積流量
をきわめて精密に測定できることへの要求がある。特に
臨床の分野にはいくつかの問題が生じている。

測定しようとしている液体が、ときには、化学的に攻
撃的な体液たとえば、蛋白質等の固体とも混ざり合った
体液であることがある。このような液体の測定には、不
純物に対する攻撃面を最小限に抑えた単純な測定装置の
構造とすることが必要である。また、構造が簡単なもの
では、臨床分野の高度な衛生基準にもそぐわない。

液体流の体積を測定する分野、特に、尿測定器の分野
では、種々の原理が知られている。

上述のタイプの方法と装置が米国特許第4,619,273号
により知られている。

この方法と装置は主に患者の排尿速度の確定、および
後続のサイフォン装置による排出された液体量の定量的
な確定を目的として設計されている。

従って、この方法および装置は比較的多量の液体が自
発的に排出される場合のために設計されている。この大
きな流量のため、流れる液体に向けて空気が、充填ダク
トのまわりに環状に配置され、外気と連絡する通気管を
通して吸い込まれ、気泡が形成され、液体を互いに離れ
た容量に分離することになる。このサイフォン装置は、
その幾何学的設計に起因し、膀胱カテーテルを付けた患
者の場合のように、非常に小さな排出容量を確定するた
めに使われると、取り込み領域の上部丸み部と同一平面
上に位置するサイフォン排出領域の下部丸み部がある水
平な同一平面に液体が達すると、サイフォン排出領域の
下部丸み部を滴り落ちるフィルム状の液体排出となる。
然るにこの場合は、排出量の確定はできず、また均一な
大きさの測定容量は決して形成されない。

従って、この文献は、大きな流量の測定に適し、かつ
大きな流量の場合にしか機能しない測定方法の開示が目
的である。排出管内の液体止めの作用によって、対応す
る量の液体がサイフォンから吸い出される。

液体の流れが遅い場合はこの液体止めはサイフォンの
壁に沿った滴りを解消させるため、吸入作用、そして結
果的には測定確定の機能が失われる。

その他にも、放出された比較的多量の尿を受けて測定
することができるように設計された測定装置（米国特許
第4,683,748号および同第4,589,280号）が知られてい
る。対応する測定室の基部から圧力ダクトが上向きに延
び、末端が圧力上昇のアナログ値を検出するトランスジ
ューサとなっている。このアナログ値は、次に、電子評
価回路によって測定室充填レベル値、すなわち測定体積
に変換され得る。

放出された尿が残留しないように、そして汚染を防ぐ
ために、前記測定装置はサイフォンのように作用するオ
ーバフロー機能も有する。すなわちこのサイフォンの吸
入ダクトの始端は測定室の最低レベルよりもずっと上方
にある。したがって、この公知のサイフォン構造の機能
は、純粋なオーバフロー機能とみなすことができる。測
定室が部分的に空くと、それに相当する圧力差がトラン
スジューサに生じる。

前記測定装置においては、電子評価装置の構造が複雑
なのが問題であり、また圧力の間接的パラメータをアナ
ログ測定することは有意の誤差を生じさせる可能性があ
る。加えて、尿と共に洗い出された沈渣は測定室に沈積
し、この沈渣がさらに洗い出されることはなく、測定結
果の不正確さの原因となる可能性がある。

別の公知の測定装置（DE 3 544 676 A1）では、給送
された液体流のパラメータ、たとえば、比重、温度など
は、以下に説明するような電子評価装置を備えた比較的
複雑な測定室構造を使って演算される。この測定装置
は、主として尿流の定性的なパラメータの連続測定を意
図している。これに関連して記載されているサイフォン
装置は、なんら混合を生じさせることなく、個々の液体
体積における特定のパラメータを測定するためにのみ用
いられる。一方、液体流の体積は、ひずみゲージによっ
て、流れる液体流の重量を測定することにより決定され
る。

しかしながら、複雑であるために、この測定装置は非
常に誤差が生じ易い。液体流の重量についても同様で、
その結果、体積の測定にも誤差が生まれ易くなる。

米国特許第3,919,455号（第１図）は、円筒形の容器
に開口部が下を向いたＵ字チューブが突出している測定
装置を開示している。この容器は、探知可能な通気、脱
気管路がなく、Ｕ字形サイフォンの頂部レベルを超える
まで液体で満たされる。このとき、サイフォン機能が作
用し始め、比較的大きな体積の液体がＵ字チューブの最
低レベルに達するまで容器から引き出される。充填ダク
トが供給された液体で完全に満たされた場合には、通気
および脱気がないため、容器内で空気圧が上昇する可能
性があり、液体の頂部レベルに達するかなり前にサイフ
ォン機能が始まり、その結果、放出流路または放出ダク
ト内のばらばらな測定体積がディジタル的に決定され
る。

GB 2 031 158 A1から公知の測定装置も同じように作
動する。

今述べた２つの測定装置では、測定室が完全に空にな
ることがなく、下方の吸引開口と測定室の底とが隔たっ
ているために、測定室に残留体積が残るという欠点があ
ると考えられる。しかしながら、この間隔が小さければ
小さいほど、狭くなる間隔のため、残量が減少し、吸引
チューブによる液体のオーバフローが減速されることに
なる。

これに伴ってさらに欠点がある。放出速度がかなり減
じるということは、測定値を不正確にすることにもな
る。これは、ディジタル的に決定される比較的遅い液体
オーバフローのとき、さらなる液体が上方の吸引チュー
ブから充填ダクト内へ流入し、これが測定体積に含まれ
てしまうからである。そのため、ディジタル測定におい
て重要な正確な区分けというものが失われてしまう 別の欠点は、液体内に存在あるいは測定室の底に沈積
した沈渣の飛沫同伴の能力がこのサイフォンでは低くな
ることである。

加えて、サイフォンチューブの下縁のところに乱流が
生じ、空気流体力学的に最適な状態を損なう。また、前
記測定室内に比較的大きな測定体積があり、大きな濡れ
面の結果として、種々の流れ特性が生じ、したがって、
誤差が生じる。

また、公知の測定装置はやや傾いているため、吸引過
程の終りの方へ空気も吸引され、これは空気と液体の混
合を招き、ディジタル電子測定装置に不正確なカウント
数を生じさせる可能性があるということも欠点とみなす
ことができる。これは、明確に判定できる終端液体メニ
スカスがないためである。

このような公知の測定装置、特に、測定室に大きな濡
れ面を有する測定装置では、液体の表面における濡れ特
性が数学的に正確に記述できないヒステリシスを持った
こと、すなわち、確率的な振舞いをするということも問
題である。特に、壁面への液体の接着力が著しい影響力
を持ち、したがって、前もって計算できないのである。
このため、これらの測定装置の場合、個々の測定体積に
有意の変動があり、これは、明らかに、ディジタル測定
の精度に悪影響を及ぼす。

したがって、公知の測定装置は個々の測定体積に関し
て不正確度が高い。これらの測定装置は、通常、比較的
複雑であり、比較的高いコストを伴う。測定室に大きな
面がある結果、付加的な問題例えば傾斜に影響されやす
いといった問題も生じる。

したがって、本発明の目的は、臨床部門、たとえば、
集中治療室で特に有用であり、液体の流れを機能的に信
頼性をもって精密に測定できる、液体流の体積を測定す
る方法および液体流の体積を測定する比較的簡単で安価
な装置を提供することにある。

本発明によれば、この目的は、請求の範囲第１項に記
載の方法および請求の範囲第４項に記載の装置によって
達成される。

本発明の重要な基本概念は、サイフォン装置の幾何学
的設計にあり、これにより、ほぼ同一の測定体積で流入
した液体の流れを定量化するのが可能となると共に、パ
ルス状のディジタルのかたちで生じる検出器手段の単位
ステップ応答によって測定体積の存在またはアウトフロ
ーおよび流出の決定が可能となる。こうして、非常に小
さい、明確に定められた個々の測定体積および測定体積
の送り回数によって、液体流の全体積を時間に依存して
精密に評価することができる。

したがって、本発明は、サイフォンおよび測定室を密
接して並置するという基本原理に基づき、可能ならば、
測定室をチューブまたはチューブを拡大あるいは延長し
た形に作り、小さい同一の体積を個々の測定体積として
得るという原理にも続いている。

サイフォンに向かってベース勾配を適当に設け、測定
室とサイフォンの間で連続的な移送を行うことによっ
て、最適な流れ状態を可能とし、流出を非常に迅速に生
じさせることができる。

特に尿測定のためには、サイフォンおよび測定室の内
径は、約4mmの最小値に固定されているため、個々の測
定体積のアウトフロー時に沈渣が飛沫同伴され得る。液
体およびその粘度に鑑みて、サイフォン直径は、明確に
定まった液体メニスカスが生じ得るほど小さくなければ
ならない。明らかに、材料の疎水性、そして毛細管現象
が生じてはならないということも考慮しなければならな
い。

こうして、本発明によれば、角ばりおよび急な曲率半
径が避けられ、測定室およびサイフォンにほぼ一定の流
れ横断面が存在するため、各測定サイクルの終わりで、
精密に定まった液体メニスカスを形成することができ、
これがまた精密なディジタル・カウントを可能とする。
対称平面に対して直角な軸線まわりのユニットの傾斜と
は無関係に、明確な終端メニスカスが常に形成される。

測定体積と関連して精度をさらに向上させるために、
電子検出装置がサイフォン装置の傾斜および流量による
影響を受けないようにすると有利である。

こうして、本発明によれば、サイフォンに接続するチ
ューブは、測定室の底からノズル状に延びてサイフォン
に入る。チューブ横断面はサイフォンの横断面にほぼ一
致している。また、測定室の底からサイフォン入口まで
或る勾配がある。測定室の入口は比較的小径の充填チュ
ーブによって形成され、その結果、サイフォン装置が傾
斜している場合でも、体積の誤差が非常に小さく、この
誤差も検出器で排除することができる。

本発明による測定装置は、また、サイフォンが測定室
の外に位置し、特にパイプまたはチューブの拡大部とし
て構成される測定室の流出過程が下から生じる。測定室
およびサイフォンでは湾曲が均一であり、空気流体力学
にとって害になる角ばりがない。測定室は、チューブ拡
大部として適当に設計され、たとえば、円錐形、球形あ
るいは回転楕円体であり得る。

測定室に通じる充填ダクトは、好ましくは、傾斜ダク
トとして構成され、その直径は測定室の直径よりも小さ
くし得る。

アウトフロー特性に好影響を与えるために、逆流ダク
ト内に傾斜カット状にアウトフロー・ダクトを挿入し、
トランペット状の拡大部を設けてもよい。

液体メニスカスを明確に形成するために、サイフォン
頂部レベルの背後に直径ジャンプを設けてもよい。同様
にして、充填ダクトから測定室への移行部に直径ジャン
プを設けてもよい。

アウトフロー・ダクトのサイフォン最高レベル上方の
領域から測定室の上流および下流へ供給される内部通
気、脱気を選ぶと有利である。

最適な観察を行えるように、サイフォン装置は透明な
プラスチックで作る。サイフォン装置は、２つのほぼ同
一の射出成形した半ブロックから形成すると適切であ
り、これらは、たとえば、超音波溶接、接着またはねじ
止めによって相互に緊密に連結することができる。材料
は疎水性であると適切である。したがって、完全なサイ
フォン装置は使い捨て物品として構成することができ
る。環境に対する害を少なくするために、生体分解性ま
たは腐敗性プラスチック、たとえば、Biocellat（Batte
lle Institut,Frankfurt a.M.の商標）を使用してもよ
い。また、基本物質として二酢酸セルロースを用いるこ
とができ、それを可塑剤と混ぜ合わせる。また、射出成
形の観点から、他の植物油ベースのプラスチックも使用
できる。

さらに簡単な形態としては、プラスチック半ブロック
のガイドピン内に挿入した透明プラスチック製のホース
があり、これが供給ダクト、測定室、サイフォンおよび
アウトフロー・ダクトを形成する。この場合、供給ダク
トの上流でアウトフロー・ダクト・下流に、フィルタが
用いられる。これらのフィルタはホースの内部を通気す
る。

この実施例の利点は、ホースのみを交換すればよく、
使い捨て物品とみなすことができ、同時に、２つのプラ
スチック製半ブロックを再使用できるという点にある。

電子検出器手段は、サイフォン装置の傾斜および異な
った流れ体積による測定誤差を排除する相関装置を有す
ると好ましい。

個々の測定体積のアウトフローまたはそれがすること
を簡単にディジタル決定する工程と関連した実際のサイ
フォン装置の設計により、安価で精密に作用する測定装
置を得ることができ、この測定装置は、個別の測定体積
の間接的な光学測定の結果として、液体流の攻撃性ある
いは汚染とは無関係に、産業、化学工業、環境工学ある
いは臨床部門で使用することができる。

サイフォン装置の滞留領域内に位置する測定室の反射
光バリヤを望ましい方向へ向けることによって、流出サ
イクルまたはサイフォン・サイクルの回数が精密に測定
される。測定はサイフォン装置のアウトフロー領域でも
行い得る。

非常に精密な体積流測定を実施するためには、サイフ
ォン装置の測定室における体積を正確に定めることが望
ましい。測定室内の測定体積の正確な固定は、サイフォ
ンがオーバフロー縁付近に直径ジャンプを有する場合に
行い得る。液体の表面張力の結果として測定室内に液体
が滞留する場合には、この直径ジャンプのところにダイ
アフラムまたは膜を形成する。測定室内の滞留液の高さ
がこの膜の表面張力を超えたときに、測定室からの流出
が生じる。これが、表面張力の関数として、液体がオー
バフロー縁より上に滞留または貯留し、流入液またはサ
イフォン装置の小さい位置変化により乱流によって早期
レリーズが生じる可能性のある従来のサイフォン装置に
比べて明確に定まったレリーズ点である。

流出を開始させ、実際に流出を行わせるのに決定的
な、サイフォン装置における液体流れ状態は、サイフォ
ン装置を疎水性材料で作るかあるいは疎水処理を行うか
またはこれら両方を実施することによっても改善され得
る。

サイフォン装置の位置に対する測定体積の限られた依
存性を得るためには、測定室から上向きに延びる小径の
上昇管を設けると有利である。サイフォン装置の回転ま
たは傾斜により流出過程の開始が早かったり、遅かった
りした場合に、小径の上昇管があると、測定室内の体積
差が小さくなるからである。それ故、測定室はもっと小
さい直径の別体の充填ダクトによって充填しなければな
らない。これは、もっと小さい直径を持つ上昇管を経て
の充填は空気の混入を招く可能性があるからである。充
填ダクト直径は、その中に存在する液体体積が、生じた
大きな毛管作用により、流出過程に参加しない程度に小
さくなければならない。この理由のために、充填ダクト
は底から測定室内へ入ると有利である。

水平面において、サイフォンは、上昇管にできるだけ
接近して並置してあり、測定装置の位置感度を低下させ
るようにしなければならない。サイフォン装置の傾斜に
よる流出の開始が早くなったり、遅くなったりすると、
測定室または上昇管における液体体積の差をより小さく
することにもなる。

測定室における過剰な毛管作用力を避けるためには、
測定室は少なくとも4mmの直径を持たなければならな
い。しかしながら、アウトフロー直径は幾分それよりも
小さくなければならない。そうしなければ、毛管作用お
よび液体の凝集作用から生じるサイフォン装置の自動的
な流出作用を信頼性をもって確保できなくなるからであ
る。

サイフォン装置は、透明なプラスチック、たとえば、
ポリアクリル材で作ると有利である。検出器手段への反
射光バリヤの連結が容易になるからである。

液体流の媒質およびサイフォン装置を作る材料の関数
として、赤外線、超音波または静電作用に基づく検出器
手段を使用すると適切である。また、測定体積の有無に
よる磁界変化を測定する検出器手段であってもよい。こ
こで再び、液体流と直接接触しない間接的測定および単
位パルスまたはステップ応答の基本原理を保つことがで
き、測定体積の数をディジタル的に簡単に測定すること
ができる。

本測定装置は、特に、臨床部門での液体測定、特に尿
測定に適している。本測定装置は、特に集中治療室での
患者の絶え間のない尿放出の自動的な測定、監視が可能
である。本測定方法はディジタル信号を使うので、得ら
れた情報を時間評価または静的評価あるいはこれら両方
のために非常に有用に使用できる。

本測定装置は、約２％以下の測定精度をもって、5ml/
h〜3l/hの流れ帯域幅で使用できる。

サイフォン原理に従う体積流量センサによる測定は液
体の最も変化するパラメータおよびサイフォン装置の流
れ幾何学の影響を受け易いが、非常に正確な測定結果を
得ることができ、蛋白質凝塊その他の汚染物、たとえ
ば、非常に小さい凝血にはほとんど影響を受けない。

測定室を含むサイフォン装置から、液体を完全に流出
させる点を考慮すると、サイフォン装置は、底レベルで
取り付けてあると好ましく、下方へ傾斜していると有利
であり、次の流出過程で短期の沈渣の堆積を洗い流すこ
とができる。

サイフォン装置は、使い捨ての流速計として作っても
よい。可動部品あるいは電気接続具は不要である。した
がって、本測定装置は、安価であること、操作の信頼性
および臨床部門の機器についての衛生という点に関する
要件を満たす。本測定装置では、従来必要であった放尿
袋についての尿量の読み取りが不要である。これは読み
取り誤差や伝達誤差の危険をなくす。したがって、本発
明は、看護婦が煩雑な手作業から解放され、患者の看護
により多く貢献できるため、病院での深刻な人手不足の
解消に役立つ。

本測定装置は、たとえば、集中治療室での腎臓機能の
自動監視に特に適している。したがって、たとえば検出
信号を、基準信号と比較し、或る時間にわたって、或る
特定の送出量より下あるいは上になったときに自動的に
警報を発することができる。

こうして、測定しようとしている液体体積をできるか
ぎり小さい部分に分けることにより、本発明は最大の精
度を得ることができる。なんらアンダカットのない簡単
な設計の結果としての製造上の観点から、比較的低い製
造コストで大量生産することができる。

上記の説明は主として尿量測定に向けたものであった
が、本測定装置は血液測定および注入流量測定にも使用
できると共に、他の分野、たとえば、降水量の測定や化
学あるいは原子力分野での漏洩量の測定にも使用できる
ことは明らかである。

以下、本発明を非限定的な実施例および添付図面を参
照しながらより詳しく説明する。

図１は、充填レベルが制限された変動（分散）を持つ
サイフォン装置を通る縦断面図である。

図２は、図１のＡ−Ａ断面である。

図３は、下から充填する測定室を持つサイフォン装置
を通る縦断面図である。

図４は、図３のＡ−Ａ断面である。

図５は、サイフォン装置のさらに別の実施例を通る縦
断面図である。

図６は、図５のＡ−Ａ断面である。

図７は、トランペット状に拡大したアウトフロー・ダ
クトを備えるサイフォン装置のさらに別の実施例を通る
概略縦断面図である。

図８は、測定室の上流側の領域にある放出ダクトまた
はアウトフロー・ダクトから転回した逆流ダクトを備え
るサイフォン装置のさらに別の実施例を通る縦断面図で
ある。

図９は、測定室およびサイフォンをガイドピンの間に
挿入したホースで構成しているサイフォン装置の別の実
施例の縦断面図である。

図10は、図９によるサイフォン装置の２つの部分を結
合面のところで、ホースを挿入していない状態で示す概
略平面図である。

図11は、貫流および傾斜を考慮した相関装置を備えて
いる検出器手段の概略ブロック図である。

図１は、たとえば病院の尿測定のためのセンサ手段と
しての、ポリスチレン・ブロック12内のサイフォン装置
10を示している。このサイフォン装置10は、適切には、
中央断面に対して相似形に作った２つの半ブロックから
なり、これらの半ブロックは、たとえば、相互に密封状
態にねじ止めすることができる。その結果、サイフォン
装置10の比較的複雑な輪郭を作るのが容易となる。サイ
フォン装置10の滞留領域には、測定室14があり、この測
定室には充填ダクト16および通気ダクト18が上から入
る。測定室14は、少なくともサイフォン20にやや向かっ
て傾斜する底斜面19によってＳ字形または正弦波形サイ
フォン20に続く。サイフォン20の上方オーバフロー縁22
の下流で、アウトフローは直径ジャンプ24を有する。こ
の直径ジャンプ24に続いて、アウトフローはサイフォン
20よりも大きい直径を有する垂直なアウトフロー・ダク
ト26によって形成されている。第２通気ダクト28がアウ
トフロー・ダクト26に鋭角で入り、この第２通気ダクト
は測定室14のための第１通気ダクト18に接続してもよい
し、大気に通じていてもよい。

図２はポリスチレン・ブロック12のＡ−Ａ断面を示し
ている。この断面はサイフォン装置10のそれぞれの部位
の直径を示している。

この液体流センサの動作を簡単に説明すると、充填ダ
クト16を通じて、測定室14に液体が充填され、測定しよ
うとしている液体流に従ってサイフォン装置10の滞留領
域に滞留し、サイフォン20内を上昇する。液体は、測定
室14内の充填レベルに応じて、サイフォン20の上方オー
バフロー縁22の上方まで上昇し、直径ジャンプ24のとこ
ろで、液膜を形成する。測定室14内をさらに液体が上昇
すると、明確に定まった充填レベルのために、直径ジャ
ンプ24のところの液膜の表面張力を凌駕し、測定室14内
のすべての液体が、その凝集効果の結果として、急激に
かつほぼ完全にサイフォン20およびアウトフロー・ダク
ト26を通って流出する。この流出は、図示しない反射光
バリヤ（好ましくは、測定室14付近に、オプションとし
て、アウトフロー・ダクト内に設置する）によって測定
される。こうして、各流出サイクル毎に信号が発生し、
測定室の明確に定まった充填体積の結果として、サイフ
ォン装置として構成されたセンサ10を通る流量について
正確な情報を与える。

図3,図４は、サイフォン装置30のさらに別の実施例を
示し、この実施例は、サイフォン38よりも直径の小さい
充填ダクト34によって底から充填される測定室32を有す
る。測定室32内へは上から上昇管36が入っており、この
上昇管は測定室32の幅よりも小さい直径を有する。測定
室32の底からは、サイフォン状のアウトフロー38が垂直
方向のアウトフロー・ダクト40に通じており、このアウ
トフロー・ダクト40には通気ダクト42が鋭角で入り、こ
の通気ダクトは大気または上昇管36に通じている。この
サイフォン装置30の利点は、測定室32の充填体積が水平
軸線まわりにサイフォン装置30がやや傾斜したときでも
ほとんど変わらないということにある。このサイフォン
装置30では、流出過程は、液体がサイフォン38の上方オ
ーバフロー縁39より上に上昇したときに開始する。図面
から突き出る軸線まわりにサイフォン装置30が回転した
場合、非回転位置に比較して流出過程の開始が早くなる
か遅くなるか、上昇管36内の液体レベルは流出開始時に
幾分高くなるか低くなる。流出中のこの充填レベルの差
は、測定室32全体の液体体積におけるほんの小さな変化
を招くにすぎない。これは、測定室に比較して、上昇管
36が小さい直径を有し、その結果、上昇管内の液体レベ
ル差が小さい絶対体積差となるにすぎないからである。
上昇管36の直径が小さいということは、それ自体の充填
ダクト34が測定室32に入らなければならないことを意味
する。アウトフロー38と比べて、充填ダクト34は小さい
直径を有し、その結果、充填ダクト34内の液体体積は流
出過程に参加することがない。水平面において、サイフ
ォン38は上昇管36に非常に接近しており、流出開始時に
上昇管36内の位置依存液体レベルの差をできるだけ小さ
く保っている。

図５は、透明プラスチックで作った半シェル・ブロッ
ク12の側面を示す、別の実施例のサイフォン50の平面図
である。

Ｓ字形、正弦波形またはＵ字形に形成したサイフォン
20は、片側で、垂直方向配置のアウトフロー・ダクト26
に入る。流入側で、サイフォン装置50は単一の流入口53
を有し、この流入口53は、本実施例では、ブロック12の
上縁で終っている。前記流入口53からは、充填ダクト16
が垂直方向下向きに延び、その下部が測定室14の一部を
なしている。図５の実施例では、測定室14は円形または
楕円形のダクトとして形成され、サイフォン20のダクト
とほぼ同じ直径を有する。幾何学的に考えると、測定室
14はほぼ水平なダクトとして形成され、左側の領域にお
いて、充填ダクト16に連続的に湾曲した状態で入り、右
側領域において、サイフォン20の上昇分岐部に連続して
湾曲した状態で入る。

サイフォン20の上昇分岐部に垂直方向に平行に接近し
て、上方からほぼ垂直方向に延びる通気ダクト18がサイ
フォン20への移行部付近で測定室14と連通している。こ
の通気ダクト18は、もっと太い逆流ダクト51に入り、大
きい空気体積を有し、上方領域においてサイフォン20の
頂部レベルを大巾に越える。この逆流ダクト51は、その
最も細い部分で、測定室14またはサイフォン20のダクト
幅の約３倍である。図５の実施例において、アウトフロ
ー・ダクト26は、傾斜面において、逆流ダクト51の下方
拡大領域に入る。逆流ダクト51は、ブロック12の下縁の
ところで、放尿袋に連結するためのアウトフロー開口52
を有する。

図６の、図５のＡ−Ａ線に沿った断面図において、サ
イフォン20の直径と比較した逆流ダクト51の寸法がはっ
きりと示してある。逆流ダクト51は、通気兼空気戻しダ
クトとして用いられ、測定室およびサイフォン装置を合
わせたよりも大きい体積を有する。

サイフォン装置50のこの実施例の利点は、特に、通気
ダクト18がアウトフロー・ダクト26から逆流ダクト51を
経て測定室へ内部的に戻るという点にある。したがっ
て、流入開口53とアウトフロー開口52がそれぞれ１つづ
つだけであり、集中治療室において通気ダクトを経ての
汚染を避けるためのバクテリア・フィルタが不要とな
る。体積関係では、測定室およびサイフォン20の体積が
最小限まで減り、その結果、流出液体の細分化した測定
体積をディジタル測定することができる。前記小さい測
定体積の急激なアウトフローの場合でも、逆流ダクト51
の大きな体積による急速な圧力補正を確保することがで
きる。さらに、比較的強い排尿の場合でも、測定室14お
よびサイフォン20からパルス状に流出が行われ、しか
も、アウトフロー・ダクトまたは放出ダクト26内に残留
することがない。これは、逆流ダクト51の上方領域に、
サージ状に生じるより大量の液体のための収集体積があ
るためである。

図７は、幾分改造したサイフォン装置50の別の実施例
を示しているが、これは測定室およびサイフォン装置20
の基本原理に関して図５のものに匹敵する。

たとえば図５の場合と異なり、図７の充填ダクト58
は、測定室14の出発領域へ、好ましくは、サイフォン20
の頂部レベルの上方で連続的に延びる傾斜ダクトとして
構成してある。この傾斜ダクト58により、測定されるべ
き液体はこの傾斜ダクトの下方壁に沿って流れ、その結
果、前記ダクトの上部内の空気が逃げることができ、空
気の混入を避けることができる。空気混入は、測定され
るべき測定体積間の不均等に通じる。

加えて、図７の実施例においては、アウトフロー・ダ
クト26の垂直方向下向きの領域はトランペット状の拡大
部を備えている。この拡大部は出口領域での液滴形成を
防ぎ、特に加速されたアウトフローについての空気流体
力学的状態を改善する。

液体メニスカスの改善、したがって、より正確なリレ
ーズに通じる直径ジャンプ24（図１）を、測定室14への
入口帯域、たとえば、傾斜ダクト58への移行部のところ
に設けてもよい。

図８の概略図も図5,図７の実施例と同様の基本構造を
示している。しかしながら、ここで重要なことは、逆流
ダクト51が通気ダクト18および測定室14への入口付近の
開口60を経て戻っているということである。

しかしながら、この実施例は、液体の流量が大きい場
合、たとえば、強い排尿の場合に有利である。ディジタ
ル測定可能な個々の測定体積は、常に、気泡の混入によ
って分離され、個別に測定され得るのである。通気ダク
ト18はサイフォン頂部レベルで戻るので、測定室14およ
びサイフォン20を経て流出する液体柱の端には気泡が存
在する。したがって、この実施例によれば、大きな流量
でも変動（分散）は小さくなる。この空気混入原理は
「真珠の首飾り」に似たものである。

図9,図10は、サイフォン装置の別の実施例を概略的に
示している。図９は、半ブロック65の内面を示す図であ
り、充填ダクト、測定室、サイフォンおよびアウトフロ
ー・ダクトによって構成されるダクト配置が好ましく透
明のホース66で形成されていることを示している。この
ホースは、最適化幾何学的形態に対応するガイドピン68
の間の半球形くぼみ67（図10）に精密に嵌合するように
挿入される。

図10は、２つのほぼ対応して構成した半ブロック65の
組立体を示す平面図である。ホース66の挿入のためのガ
イドピン68は、連結ピンとしても役立ち、対応するボア
69またはくぼみに精密に嵌合するように挿入することが
できる。実際のホース66は、対応する半ブロック65の半
球形くぼみ67内に置かれる。

このサイフォン装置64の本質的な利点は、使い捨て部
品としてホース66のみを交換すればよいということにあ
る。しかしながら、半ブロック65は、直ちにあるいは滅
菌後に再使用可能である。この実施例は、したがって、
かなりのコスト削減を実現する。

図11は検出器手段70の電子原理を示している。この検
出器手段70は、傾斜または貫流の発散を排除するための
対応する相関手段を包含する。マイクロプロセッサ71
が、貫流する測定体積の数に関して測定部ブロック73を
経て信号を受信し、流量を決定することができる。ま
た、サイフォン装置の傾斜姿勢をマイクロプロセッサ71
に知らせるクリノメータとしてのブロック72もある。サ
イフォン装置全体の傾斜が、限られた範囲でだけである
が、測定室およびサイフォンにおける液体の体積に影響
を与えるので、傾斜補正ブロック74が設けてあり、傾斜
角の関数として傾斜補正データをファイルまたはテーブ
ルの形で与えることができるようになっている。同様に
して、流れ補正ブロック75が種々の流量のためにマイク
ロプロセッサ71に接続してある。前記テーブルベースま
たはファイルベースの補正ブロック75において、補正デ
ータはポーリング可能な要領で利用でき、流量が異なる
場合に測定体積単位に影響を与えることができる。

ブロック76がマイクロプロセッサ71に接続してあり、
このブロック76は周辺機器、たとえば、ディスプレイ、
プリンタ、アラームなどを含む。ブロック77を、マイク
ロプロセッサ71への液体の流れを阻止するためのアクチ
ュエータ・ブロックとして接続してもよい。このアクチ
ュエータは、たとえば、サイフォン装置を接続した集中
治療中の患者の移動がある場合に作動してもよい。この
場合、垂直な測定装置の代わりに水平測定装置を用いて
いるならば、液体すなわち尿の逆流の可能性があるが、
この遮断アクチュエータによって阻止することができ
る。

こうして、本発明によれば、きわめて安価に、ディジ
タル化した形で液体流の非常に精密な測定が可能であ
り、測定室およびサイフォンの体積も最小となり、特
に、約4mmあるいは幾分それより大きい直径で済む。

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続した測定サイクルで液体流の体積を測
   定する方法、特に、集中治療室で尿測定を行う方法であ
   って、液体流を出口のあるサイフォン装置に通し、この
   サイフォン装置によって、個々の体積流に細分化し、こ
   れらの体積流を検知し、前記個々の体積流から全液体流
   量を決定する方法において、 前記サイフォン装置の前記出口を通しての放出される前
   記体積流の回数が直接にデジタル的に検知され、沈渣の
   飛沫同伴によって流出させ、 （ａ）前記サイフォン装置の上流に位置する測定室によ
   って前記体積流を１測定サイクルあたり同一の比較的小
   さい測定体積に細分化し、 （ｂ）前記測定室およびサイフォン装置を各測定サイク
   ル中に急速かつ完全に空にし、 （ｃ）各測定サイクル中に前記の放出をされたものと前
   記サイフォン装置の前部領域との間で空気のフィードバ
   ックを伴う急激な圧力均衡が内部で起こる ことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】請求の範囲第１項記載の方法において、前
   記測定室内または前記サイフォン装置出口内外の測定体
   積の数を光学的に検出することを特徴とする方法。
3. 【請求項３】請求の範囲第１項または第２項記載の方法
   において、測定体積と、前記測定室そして前記サイフォ
   ン装置の傾斜および／または測定体積の流量の間に相関
   を持たせたことを特徴とする方法。
4. 【請求項４】請求の範囲第１項から第３項のうちのいず
   れか１つに記載の方法を実施するための液体流測定装
   置、特に、尿測定装置であって、 前記液体流を個々の測定体積に細分化するサイフォン
   （20）と出口（アウトフローまたはアウトレット）・ダ
   クト（26）とを持つサイフォン装置（10）を有し、 前記液体流のための充填ダクト（16）および通気ダクト
   （18）を有し、 前記サイフォン装置（10）によって開始された各流出サ
   イクルを確定する検出器手段を有し、 前記流出サイクルの数と個々の測定体積から液体流の全
   体積を決定する評価手段とを有し、 （ａ）前記サイフォン装置（10）の上流には、それと連
   絡する測定室（14）が、前記測定室およびそれに接続さ
   れた前記サイフォン装置（10）への液体流の体積を一時
   的に受け入れるために設けられ、 （ｂ）前記充填ダクト（16）および前記通気ダクト（1
   8）が前記測定室（14、32）に接続され、 （ｃ）各流出サイクル毎に同一の測定体積を完全に流出
   させるために、前記測定室（14、32）は前記サイフォン
   （20）に連続的に移行し、 （ｄ）前記測定室（14、32）は液体の流れ方向に前記サ
   イフォン（20）と比較的密接に並置された状態で位置
   し、 （ｅ）前記通気ダクト（18、28;36、42）は内部的に前
   記出口ダクト（26）から戻り、前記測定室（14、32）へ
   とつながる ことを特徴とする測定装置。
5. 【請求項５】請求の範囲第１項記載の測定装置におい
   て、前記測定室（14、32）および前記サイフォン（20）
   がほぼ同じ内径、特に、ほぼ同一の直径を有することを
   特徴とする測定装置。
6. 【請求項６】請求の範囲第４項または第５項記載の測定
   装置において、前記測定室（14、32）の底（19）が前記
   サイフォン（20）の入口に向かう勾配、特に、下向きに
   傾斜した底斜面（19）を有することを特徴とする測定装
   置。
7. 【請求項７】請求の範囲第４項から第６項のうちいずれ
   か１つに記載の測定装置において、相関手段（70、71、
   72、73、74、75）が、傾斜の変動（発散）および個々の
   測定体積の流速の変動を考慮して設けてあることを特徴
   とする測定装置。
8. 【請求項８】請求の範囲第４項から第７項のうちいずれ
   か１つに記載の測定装置において、前記測定室（14）お
   よび前記サイフォン装置（10）が、２つの透明プラスチ
   ック製の半ブロック（12）に設けた充填ダクト（16、3
   4）、前記出口ダクト（26、40）、および通気ダクト（1
   8、28;36、42）で構成してあり、これらの半ブロック
   が、互いにシールされ、中央断面に関して面対称な形状
   で構成してあることを特徴とする測定装置。
9. 【請求項９】請求の範囲第４項から第８項のうちいずれ
   か１つに記載の測定装置において、前記サイフォン装置
   （10、30）の前記サイフォン（20、38）が約3.5mm〜5m
   m、特に4mmの直径を有することを特徴とする測定装置。
10. 【請求項１０】請求の範囲第４項から第９項のうちいず
    れか１つに記載の測定装置において、前記検出器手段
    が、前記測定室（14）の近辺および／または前記サイフ
    ォン装置（10）の前記出口領域（26）に向けた少なくと
    も１つのセンサを有することを特徴とする測定装置。
11. 【請求項１１】請求の範囲第10項記載の測定装置におい
    て、センサが光学センサ、赤外線センサ、超音波セン
    サ、磁界センサあるいは静電センサとして設計してある
    ことを特徴とする測定装置。
12. 【請求項１２】請求の範囲第４項から第11項のうちいず
    れか１つに記載の測定装置において、水平面において前
    記サイフォン（20）と接近して並置され、前記出口ダク
    トよりも直径の小さい通気ダクト（18）または上昇管
    （16）を前記測定室（14）が有し、 前記出口ダクト（26）よりも直径の小さい充填ダクト
    （18）が前記測定室（14）に延びており、 少なくとも前記サイフォン（20）がそのオーバフロー端
    （縁）付近に直径ジャンプ（24）を有することを特徴と
    する測定装置。
13. 【請求項１３】請求の範囲第４項から第12項のうちいず
    れか１つに記載の測定装置において、前記充填ダクト
    （16）が、ダクト斜面（58）を持って、前記測定室（1
    4、32）内へ延びており、前記出口ダクト（26）が特に
    トランペット形状の拡大部（56）を有することを特徴と
    する測定装置。
14. 【請求項１４】請求の範囲第４項から第13項のうちいず
    れか１つに記載の測定装置において、前記サイフォン装
    置（10）および／または前記測定室（14）の液体搬送部
    の表面が疎水性材料または疎水処理された材料あるいは
    これら両方で作ってあることを特徴とする測定装置。
15. 【請求項１５】請求の範囲第４項から第14項のうちいず
    れか１つに記載の測定装置において、前記サイフォン装
    置が透明なプラスチック、特に、生体分解性プラスチッ
    ク、たとえば、Biocellatまたはポリアクリル材料また
    はポリスチレン材料で作ってあり、前記検出器手段が反
    射光バリヤを有することを特徴とする測定装置。
16. 【請求項１６】請求の範囲第４項から第７項のうちいず
    れか１つに記載の測定装置において、充填ダクトおよび
    出口ダクトを持つ、前記測定室（14）および前記サイフ
    ォン装置（10）が、２つの半ブロック（12）間に挿入し
    た交換可能なホース（66）で形成してあり、これら半ブ
    ロックが互いにシールされ、中央断面に関して面対称な
    形状に構成してあることを特徴とする測定装置。