[發明專利]對氣體中聲速的壓力引發的溫度影響的減小

有效

• 申請號: 201010503195.3
• 申請日: 2005-06-17
• 公開（公告）號: CN101949893A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 埃里克·卡爾德柳斯
• 申請（專利權）人: 馬奎特緊急護理公司
• 主分類號: G01N29/024
• 分類號: G01N29/024;G01N29/32;G01N29/22
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;陳煒

本專利申請是國際申請日為2005年6月17日、國家申請號為200580050144.7的發明名稱為“對氣體中聲速的壓力引發的溫度影響的減小”的發明專利申請的分案申請。?

技術領域

本發明總體上涉及氣體混合物中聲速的測量。更具體地，本發明涉及將超聲波檢測器例如應用于其中壓力引發的溫度影響是測量精度的主導因素的環境中的氣體濃度或氣體流量的測量。?

背景技術

在超聲波檢測的某些應用比如測量氣體混合物中氣體組分的濃度或比例中，氣體混合物的壓力變化對測量精度有大的影響。在聲速和特定于氣體的參數之間存在眾所周知的關系，而基于此關系和聲速測量值可計算氣體成分的當前比例。此外，氣體中聲速對溫度有強的依賴性，而為了正確計算氣體成分，亦需要對氣體進行及時和精確的溫度測量。?

在醫療呼吸設備中，為了監視和控制氣體混合物中氣體組分的劑量或者為了監視患者的健康狀況而精確確定例如患者吸入或呼出空氣中的氣體比例是至關重要的。但是，當患者呼吸時，呼吸設備中發生顯著的壓力變化，因此，根據理想氣體定律，氣體溫度大大地變化。因此，為了精確確定氣體成分的比例，通常需要執行非常精確的溫度測量，并且需要時間上接近地執行溫度測量和聲速測量以使它們描述氣體的瞬時物理狀態。?

當在實踐中測量溫度時，溫度測量結果相對于真實當前溫度總是存在一定程度的延遲。該延遲取決于用于測量的溫度傳感器的時間常數。超聲波傳感器中的延遲取決于采樣頻率并且通常很短以致與溫度測量結果相比是不顯著的和可忽略的。因此，同時測量聲速和溫度將?總是導致某種程度上錯誤的溫度，這又造成錯誤計算的氣體濃度。?

現有技術

在現有技術中，存在不同的處理此測量問題的方法。下列出版物中有現有技術的例子，所述出版物通過引用結合在本申請中。?

在Nuclear?Instruments?and?Methods?in?Physics?Research?A264(1988)219-234，North-Holland，Amsterdam中的G.Hallewell等人的技術報告A?SONAR?BASED?TECHNIQUE?FOR?THE?RATIOMETRIC?DETERMINATION?OF?BINARY?GAS?MIXTURES中，有這種測量的背景理論。?

US?6?202?468公開了一種通過測量磁化率和聲速來確定混合物中氣體的相對比例的設備和方法。?

US?4?155?246公開了一種使用管狀氣柱上方的聲波偏移的氣體分析系統。?

US?4?932?255公開了一種使用位于氣流中的襯底上方的表面聲波來對氣流進行測量的方法和裝置。圍繞基板周邊的導熱路徑減小了熱梯度。在此篇現有技術中，結合表面聲波的傳輸設計了導熱路徑，以便減小由傳感器產生的熱梯度。?

US?5?351?522公開了一種具有L形測量室的基于超聲波檢測的氣體傳感器。此篇現有技術針對使測量室中的駐聲波最小化的問題。?

JP?2002?257?801公開了一種超聲波氣體分析傳感器，其處理避免由氣體流率和擴散導致的對聲波的影響的問題。具有擴散孔的測量室位于具有氣體入口和出口的氣體通道管中。?

EP?1?083?427公開了一種借助于測量聲速來確定例如呼吸氣體中的氧氣的氣體成分的方法。由溫度變化造成的問題通過將聲速檢測與呼吸周期中的一個或多個特定時間同步來處理。?

EP?1?336?841公開了一種借助于位于聲學氣量計的超聲波傳播區中的細長電阻性溫度傳感器來確定該氣量計中的溫度的方法。?

GB?2?195?767公開了使用超聲波脈沖和第n個回波的檢測來進行比如液體的物質的濃度測量。?

US?5?060?506公開了一種測量二元氣體混合物比如治療用氧氣/氮氣混合物中氣體比率的方法和設備。該氣體混合物被傳送通過樣品管，在樣品管中，超聲波以發射器/接收器對的諧振頻率下的連續脈沖突發行進。突發之間是靜止時間段，靜止時間段的持續時間的長度足以確保暫態的消散從而不形成駐波。由聲音通過氣體樣品的渡越時間造成的延遲產生被轉換成模擬信號的電脈沖，然后模擬信號被溫度校正。所得電壓與渡越時間成比例，并因此與氣體組成成比例。樣品管被容納于較大圓筒之內以增強氣流并且提供熱絕緣，熱絕緣旨在提高溫度補償的精度。?