Gasfluss-Sensorik
Patienten exakt beatmet
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Weiterentwickeltes thermisches Messverfahren
Eine Weiterentwicklung der thermischen Messverfahren ist der Massenflusssensor »CMOSens« von Sensirion. Beim Massenflussmesser sind die Temperatursensoren symmetrisch um ein Heizelement platziert (Bild 1). Dadurch lässt sich die Flussrichtung bestimmen und der Fluss bidirektional messen. Da der Sensor sowie die analoge und digitale Auswertungselektronik auf einem Halbleiterchip integriert sind, ist es möglich, die Flussmessung präzise zu kalibrieren und den Temperatureinfluss zu kompensieren. Durch das Einbeziehen der Kalibrierungsdaten können die Messsignale schnell verarbeitet werden.
Dabei lassen sich je nach Gas und Gasgemisch weitere Informationen über den Gasfluss gewinnen. Falls es sich um eine Mischung zweier reiner Gase mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften handelt, lässt sich neben dem Fluss auch das Mischungsverhältnis bestimmen. In der Beatmungstechnik eignet sich dieses Signal zum Bespiel dazu, die Lachgas/Luft-Mischung oder ein Heliox-Gemisch (Helium und Sauerstoff) zu bestimmen. Mit dem Signal lässt sich aber auch ein redundantes Signal erzeugen, wenn Flusssensoren die Mischung bereits regeln.
Neben reinen Flusssensoren gibt es auch Massenflussregler. Massenflussregler enthalten bereits ein Ventil und stellen vor allem für kleinere Hersteller eine interessante Alternative dar, da die Kosten für eine Eigenentwicklung oft nicht zu unterschätzen sind. Weiter erlaubt eine fertige Lösung, das Produkt schneller auf den Markt zu bringen. Massenflussregler in der Beatmungstechnik müssen allerdings deutlich schneller sein als Lösungen für Industrieanwendungen, da sie der Atmung des Patienten folgen müssen.
Der Gasfluss-Sensor »SFM3000« von Sensirion (siehe Anfangsbild) ist ein digitaler Massenflussmesser speziell geeignet für hochvoluminöse Anwendungen in der medizinischen Beatmung und Anästhesie (Tabelle 1).
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Messbereich | -200 slm bis +200 slm |
| Verarbeitungszeit (14 Bit) | 0,5 ms |
| Genauigkeit (typ.) | ±2% des Messbereichs ±0,05 slm (Offset) |
| Wiederholgenauigkeit (typ.) | ±0,75% des Messbereichs ±0,05 slm (Offset) |
| Druckabfall bei 60 slm | <100 Pa (mit Eingangsfilter) |
| Druckabfall bei 200 slm | <600 Pa (mit Eingangsfilter) |
| Betriebsdruck | 0,7 bar bis 1,3 bar |
| Schnittstellen | digital, I²C |
Tabelle 1: Kennwerte des Gasfluss-Sensors »SFM3000« von Sensirion (slm: Standard-Liter pro Minute)
Durch das optimierte Design des Strömungskanals weist der Sensor einen Druckabfall von weniger als 1,5 mbar auf. Der Massenflussmeter misst Flussraten von Luft und anderen nicht aggressiven Gasen bidirektional bis 200 slm (Standard-Liter pro Minute) mit hoher Genauigkeit und sehr schneller Durchlaufzeit. Er gibt bei einer Frequenz von 2 kHz ein digitales, intern linearisiertes und temperaturkompensiertes 14-Bit-Signal aus. Zudem agiert der Massenflussmesser mit einer 5-V-Versorgungsspannung, sodass sich der Sensor meist direkt an einen Mikroprozessor anschließen lässt.
Über den Autor:
Dr. Daniel Träutlein ist Market Manager Medical bei Sensirion.
| Geburt der Apparatemedizin |
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Seit dem Ende des 19. Jahrhunderts kam es in Europa wie in den Vereinigten Staaten regelmäßig zu mehr oder weniger heftigen Polio-Epidemien. Viele Patienten überlebten nur dank einer maschinellen Atemhilfe des amerikanischen Ingenieurs Philip Drinker. Im Jahr 1929 stellte er die Eiserne Lunge vor. |
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