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Dokumentenidentifikation DE19823836C2 04.05.2000
Titel Vorrichtung und Verfahren zum berührungsfreien Messen der Leitfähigkeit einer in einem Strömungskanal befindlichen Flüssigkeit
Anmelder Fresenius Medical Care Deutschland GmbH, 61352 Bad Homburg, DE
Erfinder Koerdt, Franz-Wilhelm, 61231 Bad Nauheim, DE;
Kaiser, Peter, 60316 Frankfurt, DE;
Hülsmann, Hans Georg, Dr., 61352 Bad Homburg, DE
Vertreter Patentanwälte Vièl & Vièl, 66119 Saarbrücken
DE-Anmeldedatum 28.05.1998
DE-Aktenzeichen 19823836
Offenlegungstag 09.12.1999
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.05.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2000
IPC-Hauptklasse G01N 27/08
IPC-Nebenklasse G01N 27/07   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum berührungsfreien Messen der Leitfähigkeit einer in einem Strömungskanal befindlichen Flüssigkeit sowie die Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens.
Eine Vorrichtung zum berührungsfreien (elektrodenlosen) Messen der Leitfähigkeit einer in einem Strömungskanal befindlichen Flüssigkeit ist aus der DE 3718111 C2 bekannt. Dort wird über eine Spule in der Flüssigkeit ein Stromfluß induziert, dessen Stärke mittels einer zweiten Spule gemessen wird. Diese Vorrichtung ist, was die Herstellung und die Handhabung anbelangt, aufwendig.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum berührungsfreien Messen der Leitfähigkeit einer in einem Strömungskanal befindlichen Flüssigkeit zu schaffen, das einfach zu handhaben und möglichst kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß genau eine Torusspule um den Strömungskanal angeordnet ist, die mit einer Kapazität zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet ist, und daß dann die elektrischen Eigenschaften dieser Schaltung in Abhängigkeit von der gesuchten Leitfähigkeit gemessen werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum berührungsfreien Messen der Leitfähigkeit einer in einem Strömungskanal befindlichen Flüssigkeit sowie die Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens.

In vielen Bereichen, beispielsweise der Dialyse, wird die Leitfähigkeit einer Flüssigkeit als wichtiges Maß für deren Zusammensetzung herangezogen. Die Messung mittels stromdurchflossener Elektroden stellt dabei ein Standardverfahren dar, das jedoch für Messungen an Einmalartikeln ("Disposables"), wie z. B. Schläuchen, nicht geeignet ist, da aus Kostengründen keine Elektroden in die Einmalartikel eingearbeitet werden können.

Eine Vorrichtung zum berührungsfreien (elektrodenlosen) Messen der Leitfähigkeit einer in einem Strömungskanal befindlichen Flüssigkeit ist aus der DE 37 18 111 C2 bekannt. Dort wird über eine Spule in der Flüssigkeit ein Stromfluß induziert, dessen Stärke mittels einer zweiten Spule gemessen wird. Diese Vorrichtung ist, was die Herstellung und die Handhabung anbelangt, aufwendig.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum berührungsfreien Messen der Leitfähigkeit einer in einem Strömungskanal befindlichen Flüssigkeit zu schaffen, das einfach zu handhaben und möglichst kostengünstig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß genau eine Torusspule um den Strömungskanal angeordnet ist, die mit einer elektrischen Auswerteschaltung verbindbar ist.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß durch eine Torusspule ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt wird, dessen Feldlinien (zumindest idealisiert) konzentrische Kreise bilden, die im Innern der Torusspule verlaufen. Durch das zeitlich veränderliche Magnetfeld im Innern des Toruskörpers wird ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld erzeugt, dessen Feldvektor in axialer Richtung durch den Torus und damit durch den in dem Torusring angeordneten Flüssigkeitskanal verläuft.

Durch dieses elektrische Feld, welches mit der Frequenz des Spulenstroms sein Vorzeichen ändert, werden die in der Flüssigkeit befindlichen Ionen in Bewegung versetzt, was einen in der Flüssigkeit erfolgt somit auf die gleiche Art wie in der DE 37 18 111 C2 beschrieben. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch nicht die Stärke des durch die Flüssigkeit fließenden Stromes gemessen, sondern der durch den Stromfluß in der Flüssigkeit und den ohmschen Widerstand der Flüssigkeit hervorgerufene Leistungsverlust der Meßanordnung.

Bei geeigneter Wahl der Auswerteschaltung und der Spule sowie des Flüssigkeitskanales hat es sich gezeigt, daß die Ausbildung der Enden des Flüssigkeitskanales (Ventile, etc. und die Umgebung nur einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Stabilität des Meßsignales haben.

Eine spezielle Ausbildung des Flüssigkeitskanales ist nicht erforderlich. Vorteilhafterweise sollte der Flüssigkeitskanal in einer Länge von einigen 10 cm keine zeitlich veränderlichen, die Flüssigkeitsführung betreffenden Elemente wie Ventile aufweisen.

Eine Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, daß die Torusspule aus einem Spulenkörper, der mit Draht umwickelt ist, besteht.

Es ist vorteilhaft, daß die Drahtwicklung der Torusspule einlagig ist.

Ebenso ist es zweckmäßig, daß der Spulenkörper aus nichtmagnetischem Material besteht.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Torusspule in axialer Richtung geteilt ist.

Vorteilhaft ist es auch, daß die Torusspule zum Einlegen eines Strömungskanals zu öffnen ist.

Hierdurch wird es möglich, den Strömungskanal, z. B. einen Schlauch, in die Torusspule einzubringen. Die Torusspule kann auch um den Rand eines Einmalartikels (z. B. einer Kassette) geklappt werden, um einen dort befindlichen Flüssigkeitskanal zu umfassen.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß mindestens ein Scharnier zum Aufklappen der Torusspule vorgesehen ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Torusspule mit einer Kapazität zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet ist.

Eine Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß die Auswerteschaltung Mittel zum Feststellen der Dämpfung des Schwingkreises aufweist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Auswerteschaltung Mittel zum Bestimmen der Güte der Torusspule aufweist.

Die Messung der Leitfähigkeit geschieht hierbei über die Messung der Güte der Spule bzw. die Messung der Dämpfung der Resonanzschwingung in einem Schwingkreis. In beiden Fällen wird dazu die Spule mit einer Kapazität zusammengeschaltet, um einen Schwingkreis zu bilden, der eine Resonanzfrequenz im MHz-Bereich hat. Durch die Messung beispielsweise der Schwingungsamplitude an der Spule bzw. deren Änderung kann die Leitfähigkeit des in der Spule befindlichen Mediums bestimmt werden. Eine Gütemessung kann ebenfalls eingesetzt werden; bei ihr wird das Verhältnis von Blind- zu Wirkwiderstand der Anordnung bei Resonanz ermittelt.

Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Verfahren zum berührungsfreien Messen der Leitfähigkeit einer in einem Strömungskanal fließenden Flüssigkeit, das folgende Verfahrensschritte aufweist:

  • - Anordnen einer Torusspule um einen Strömungskanal, wobei eine Auswerteschaltung mit der Torusspule verbunden ist,
  • - Messen von elektrischen Größen der Auswerteschaltung,
  • - Berechnen der Leitfähigkeit aus den gemessenen elektrischen Größen der Auswerteschaltung.

Die Veränderung der elektrischen Größen (Güte der Torusspule, Dämpfung der Schwingung eines Schwingkreises) wird also im Bereich der Auswerteschaltung gemessen und die Leitfähigkeit anhand dieser gemessenen Größen ermittelt. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, die Messung der elektrischen Größen direkt im Bereich der Torusspule vorzunehmen und lediglich die Auswertung in der Auswerteschaltung durchzuführen.

Schließlich liegt auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Leitfähigkeitsmessung von Dialyseflüssigkeiten im Rahmen der Erfindung.

Die Erfindung bringt im wesentlichen die folgenden Vorteile mit sich:

  • - Es wird eine einfache Messung der Leitfähigkeit auch an Einmalartikeln möglich. Unter "Messung" ist hierbei nicht nur die absolute Bestimmung der Leitfähigkeit über eine Kalibrierungskurve zu verstehen, sondern auch Aussagen über die relative Leitfähigkeit der Flüssigkeit.
  • - Hierbei sind keine speziellen Einmalartikel erforderlich, da die Torusspule um normale Schläuche angeordnet werden kann. Bei Verwendung von Kassettendisposables muß lediglich ein Flüssigkeitskanal in den Randbereich der Kassette gelegt werden, damit die Torusspule den Flüssigkeitskanal umfassen kann.
  • - Die Vorrichtung weist nur eine Spule auf, womit der Aufbau einfacher und kostengünstiger wird.
  • - Die Handhabung ist durch das Umklappen der Spule um den Flüssigkeitskanal denkbar einfach.
  • - Es wird ein deutlicher Meßeffekt erzielt, der wesentlich stärker als bei einer kapazitativen Messung ist und der durch eine verhältnismäßig einfache elektronische Schaltung ausgewertet werden kann.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer geschlossenen erfindungsgemäßen Vorrichtung, die um einen Flüssigkeitskanal angeordnet ist.

Fig. 2 eine geschnittene Darstellung einer aufgeklappten erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem darin eingebrachten Flüssigkeitskanal,

Wie aus Fig. 1 ersichtlich besteht die Vorrichtung aus einem Spulenkörper 1, der aus einem nichtmagnetischen Material (z. B. Kunststoff) besteht. Auf diesen Spulenkörper 1 ist eine einlagige Spulenwicklung 2 aus Draht aufgebracht. Der Spulenkörper 1 ist axial geteilt (Fig. 2) und die zwei gleich großen Hälften sind aufklappbar, z. B. über ein Scharnier. Das Aufklappen ermöglicht das Einlegen eines Flüssigkeitskanals 3, z. B. eines Schlauches, in die Vorrichtung.

Die Torusspule ist mit einer Kapazität zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet, der eine Resonanzfrequenz im MHz-Bereich aufweist. Bei geeigneter Dimensionierung der Torusspule und geeigneter Anregung des Schwingkreises erreicht man Änderungen der Spannungsamplitude an der Torusspule von ca. 2 Vss bei einer Änderung der Leitfähigkeit der Flüssigkeit von ca. 7 mS/cm bis ca. 17 mS/cm, also im physiologisch relevanten Bereich der Leitfähigkeit.

Diese Amplitudenänderung wird von einer Auswerteschaltung ausgewertet.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum berührungsfreien Messen der Leitfähigkeit einer in einem Strömungskanal befindlichen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß genau eine Torusspule (1, 2) um den Strömungskanal angeordnet ist, die mit einer Auswerteschaltung verbindbar ist.
  2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torusspule (1, 2) aus einem Spulenkörper (1), der mit Draht (2) umwickelt ist, besteht.
  3. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwicklung (2) der Torusspule (1, 2) einlagig ist.
  4. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (1) aus nichtmagnetischem Material besteht.
  5. 5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torusspule (1, 2) in axialer Richtung geteilt ist.
  6. 6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die geteilte Torusspule (1, 2) zum Einlegen eines Strömungskanals (3) zu öffnen ist.
  7. 7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Scharnier zum Aufklappen der Torusspule (1, 2) vorgesehen ist.
  8. 8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torusspule (1, 2) mit einer Kapazität zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet ist.
  9. 9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung Mittel zum Feststellen der Dämpfung des Schwingkreises aufweist.
  10. 10. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung Mittel zum Bestimmen der Güte der Torusspule (1, 2) aufweist.
  11. 11. Verfahren zum berührungsfreien Messen der Leitfähigkeit einer in einem Strömungskanal befindlichen Flüssigkeit, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    1. 1. Anordnen einer Torusspule um einen Strömungskanal, wobei eine Auswerteschaltung mit der Torusspule verbunden ist,
    2. 2. Messen von elektrischen Größen der Auswerteschaltung und
    3. 3. Berechnen der Leitfähigkeit aus den gemessenen elektrischen Größen der Auswerteschaltung.
  12. 12. Verwendung der Vorrichtung gemäß der Ansprüche 1 bis 10 oder des Verfahrens gemäß Anspruch 11 zur Leitfähigkeitsmessung von Dialyseflüssigkeiten.






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