JP2002136595A - Respiratory flow meter - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 人工呼吸器や麻酔器等のマウスピースを使用
する機器に有用な呼吸器流量計を提供すること。
【解決手段】 呼吸気が流れる第1の流路52と、第1
の流路52から分岐形成され、吸気のみを通過させる第
2の流路53と、第1の流路52から分岐形成され、呼
気のみを通過させる第3の流路54とを備えたマウスピ
ース51と、第2の流路52中に設けられ、吸気量を検
出する第1の流量センサ57と、第3の流路54中に設
けられ、呼気量を検出する第2の流量センサ58とから
なる。
(57) [Problem] To provide a respiratory flow meter useful for a device using a mouthpiece such as an artificial respirator or an anesthesia machine. SOLUTION: A first flow path 52 through which respiratory air flows, and a first flow path 52,
Mouthpiece having a second flow path 53 branched from the first flow path 52 and passing only inhalation, and a third flow path 54 branched from the first flow path 52 and passing only expiration 51, a first flow rate sensor 57 provided in the second flow path 52 for detecting the amount of inspired air, and a second flow rate sensor 58 provided in the third flow path 54 for detecting the expiration amount. Consists of
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、マウスピースを使
用する機器、たとえば人工呼吸器や麻酔器等に好適な呼
吸器流量計に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a respiratory flow meter suitable for a device using a mouthpiece, such as an artificial respirator and an anesthesia machine.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、人工呼吸器での患者の状況に応じ
た酸素吸入濃度のチェックや、麻酔器による麻酔時の麻
酔ガスの吸収度のチェックのために流量センサが使用さ
れている。2. Description of the Related Art Hitherto, a flow sensor has been used for checking the oxygen inhalation concentration according to the condition of a patient in a respirator and checking the degree of absorption of anesthetic gas during anesthesia by an anesthesia machine.
【0003】人工呼吸器(口元用)における呼吸管理に
おいて、通常使用されるセンサは、マウスピースと、人
工呼吸器本体をマウスピースに接続する蛇管との間に挿
入されるが、大きく(デッドスペース大)、重いため、
使用したいときだけ一時的に設置して患者の状態をみる
程度しか使えない。また、患者毎に人体との接触部を交
換する必要があるが、交換部品が高価である。したがっ
て、緊急時の呼吸管理のためには交換部品が高価であっ
ても使用しなければならないが、日常的に通常の呼吸管
理にも使用したくても、高価なため使用しにくい。[0003] In respiratory management in a ventilator (for the mouth), a sensor usually used is inserted between a mouthpiece and a flexible tube connecting the main body of the ventilator to the mouthpiece. Large), heavy,
It can be used only to temporarily set it up when you want to use it and check the condition of the patient. Further, it is necessary to replace the contact part with the human body for each patient, but replacement parts are expensive. Therefore, even if the replacement part is expensive, it must be used for emergency breathing management. However, even if it is desired to use it for normal breathing management on a daily basis, it is difficult to use because it is expensive.
【0004】また、呼吸の状態をリアルタイムで観測し
たい場合があるが、呼気側と吸気側とで異なるタイプの
センサを用いているので、観測波形が別々になってしま
い、呼吸状態の判断が面倒である。In some cases, it is desired to observe the state of respiration in real time. However, since different types of sensors are used on the exhalation side and the inspiration side, observation waveforms are different, and it is troublesome to determine the respiration state. It is.
【0005】一方、最近の麻酔器は、機能的には呼吸器
と同じものなので、上述のセンサが必要であるが、麻酔
器として求められるパラメータとして、麻酔ガス(イ
ン、セボなど)の入りと出の濃度管理がある。現状は、
高価で汚れに敏感な赤外分光式センサを麻酔器内に置
き、都度洗浄などメンテナンスしながら使用している。
このようなセンサが、呼吸回路内に置けるようになり、
安価であればディスポで使用できるようになる。On the other hand, a recent anesthesia machine is functionally the same as a respiratory organ, and thus requires the above-mentioned sensor. However, the parameters required for the anesthesia machine include the entry of an anesthetic gas (in, sebo, etc.). There is a concentration control for outflow. Currently,
Expensive and dirt-sensitive infrared spectroscopy sensors are placed in the anesthesia machine, and used while performing maintenance such as cleaning.
Such a sensor can be placed in the breathing circuit,
If it is cheap, it can be used in a disposable.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、上述の課題に鑑みて、人工呼吸器や麻酔器等のマウ
スピースを使用する機器に有用な呼吸器流量計を提供す
ることにある。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a respiratory flow meter useful for a device using a mouthpiece such as a ventilator or an anesthesia machine in view of the above-mentioned problems. is there.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記した目的に鑑みて、
請求項1記載の発明の呼吸器流量計は、呼吸気が流れる
第1の流路と、第1の流路から分岐形成され、吸気のみ
を通過させる第2の流路と、第1の流路から分岐形成さ
れ、呼気のみを通過させる第3の流路とを備えたマウス
ピースと、第2の流路中に設けられ、吸気量を検出する
第1の流量センサと、第3の流路中に設けられ、呼気量
を検出する第2の流量センサとからなることを特徴とす
る。In view of the above-mentioned object,
The respiratory flow meter according to the first aspect of the present invention has a first flow path through which respiratory air flows, a second flow path branched from the first flow path, and passing only inspired air, and a first flow path. A mouthpiece provided with a third flow passage branched from the road and passing only expiration, a first flow sensor provided in the second flow passage for detecting an inspired air volume, and a third flow passage A second flow sensor is provided in the road and detects the amount of expiration.
【0008】請求項1記載の発明によれば、本発明の呼
吸器流量計は、呼吸気が流れる第1の流路と、第1の流
路から分岐形成され、吸気のみを通過させる第2の流路
と、第1の流路から分岐形成され、呼気のみを通過させ
る第3の流路とを備えたマウスピースと、第2の流路中
に設けられ、吸気量を検出する第1の流量センサと、第
3の流路中に設けられ、呼気量を検出する第2の流量セ
ンサとからなる。According to the first aspect of the present invention, a respiratory flow meter according to the present invention has a first flow path through which respiratory air flows and a second flow path branched from the first flow path to allow only the inhalation to pass. A mouthpiece having a third flow path branched from the first flow path and passing only expiration, and a first mouthpiece provided in the second flow path and configured to detect the amount of inhaled air. And a second flow sensor provided in the third flow path and detecting the expiratory volume.
【0009】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の呼吸器流量計において、前記第1および第2の流量
センサは、前記第2または第3の流路を流れる吸気また
は呼気を加熱するヒータと、上記ヒータに対して吸気ま
たは呼気の上流側に配置され、吸気または呼気の温度を
検出して第1温度検出信号を出力する上流側温度センサ
と、上記ヒータに対して吸気または呼気の下流側に配置
され、吸気または呼気の温度を検出して第2温度検出信
号を出力する下流側温度センサと、上記ヒータ、上記上
流側温度センサおよび上記下流側温度センサを支持する
支持基板とからなるフローセンサからなることを特徴と
する。According to a second aspect of the present invention, in the respiratory flow meter according to the first aspect, the first and second flow sensors detect inhalation or expiration flowing through the second or third flow path. A heater for heating, an upstream temperature sensor arranged upstream of the heater for inhalation or expiration to detect a temperature of inhalation or expiration and outputting a first temperature detection signal; A downstream temperature sensor that is disposed downstream of the exhalation and detects a temperature of inhalation or expiration and outputs a second temperature detection signal; and a support substrate that supports the heater, the upstream temperature sensor, and the downstream temperature sensor. And a flow sensor comprising:
【0010】請求項2記載の発明によれば、第1および
第2の流量センサは、第2または第3の流路を流れる吸
気または呼気を加熱するヒータと、ヒータに対して吸気
または呼気の上流側に配置され、吸気または呼気の温度
を検出して第1温度検出信号を出力する上流側温度セン
サと、ヒータに対して吸気または呼気の下流側に配置さ
れ、吸気または呼気の温度を検出して第2温度検出信号
を出力する下流側温度センサと、ヒータ、上流側温度セ
ンサおよび下流側温度センサを支持する支持基板とから
なるフローセンサからなる。According to the second aspect of the present invention, the first and second flow sensors have a heater for heating the intake or expiration flowing through the second or third flow path, and a heater for inhaling or exhaling the heater. An upstream temperature sensor that is disposed on the upstream side and detects the temperature of inhalation or expiration and outputs a first temperature detection signal; and an upstream temperature sensor that is disposed on the downstream side of inspiration or expiration with respect to the heater and detects the temperature of inspiration or expiration And a flow sensor including a heater, an upstream temperature sensor, and a support substrate that supports the downstream temperature sensor.
【0011】また、請求項3記載の発明の呼吸器流量計
は、呼吸気が流れる第1の流路と、第1の流路から分岐
形成され、吸気のみを通過させる第2の流路と、第1の
流路から分岐形成され、呼気のみを通過させる第3の流
路とを備えたマウスピースと、第2の流路中に設けら
れ、吸気量および吸気に含まれるガス種を検出する第1
の流量およびガス種センサと、第3の流路中に設けら
れ、呼気量および呼気に含まれるガス種を検出する第2
の流量およびガス種センサとからなることを特徴とす
る。According to a third aspect of the present invention, there is provided a respiratory flow meter having a first flow path through which respiratory air flows, and a second flow path branched from the first flow path and passing only inspired air. A mouthpiece having a third flow passage branched from the first flow passage and passing only exhaled air, and a mouthpiece provided in the second flow passage for detecting the amount of inspired gas and the type of gas contained in inspired air First
A flow rate and gas type sensor, and a second sensor provided in the third flow path for detecting an expiration amount and a gas type contained in the expiration.
And a gas type sensor.
【0012】請求項3記載の発明によれば、本発明の呼
吸器流量計は、呼吸気が流れる第1の流路と、第1の流
路から分岐形成され、吸気のみを通過させる第2の流路
と、第1の流路から分岐形成され、呼気のみを通過させ
る第3の流路とを備えたマウスピースと、第2の流路中
に設けられ、吸気量および吸気に含まれるガス種を検出
する第1の流量およびガス種センサと、第3の流路中に
設けられ、呼気量および呼気に含まれるガス種を検出す
る第2の流量およびガス種センサとからなる。According to the third aspect of the present invention, a respiratory flow meter according to the present invention has a first flow passage through which respiratory air flows, and a second flow passage branched from the first flow passage and allowing only the inhalation to pass therethrough. And a mouthpiece provided with a third flow passage branched from the first flow passage and passing only expiration, and a mouthpiece provided in the second flow passage and included in the inspired air volume and the inspired air The sensor comprises a first flow rate and gas type sensor for detecting a gas type, and a second flow rate and gas type sensor provided in the third flow path for detecting an exhalation amount and a gas type contained in the exhalation.
【0013】また、請求項4記載の発明は、請求項3記
載の呼吸器流量計において、前記第1および第2の流量
およびガス種センサは、前記第2または第3の流路を流
れる吸気または呼気を加熱するヒータと、上記ヒータに
対して吸気または呼気の上流側に配置され、吸気または
呼気の温度を検出して第1温度検出信号を出力する上流
側温度センサと、上記ヒータに対して吸気または呼気の
下流側に配置され、吸気または呼気の温度を検出して第
2温度検出信号を出力する下流側温度センサと、上記ヒ
ータに対して吸気または呼気の流れ方向と略直交方向に
配置され、吸気または呼気の温度を検出して第3温度検
出信号を出力する横側温度センサと、上記ヒータ、上記
上流側温度センサ、上記下流側温度センサおよび上記横
側温度センサを支持する支持基板とからなる1チップタ
イプフローセンサからなることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the respiratory flow meter according to the third aspect, the first and second flow rate and gas type sensors are provided for inhaling air flowing through the second or third flow path. Or a heater for heating expiration, an upstream temperature sensor disposed upstream of inhalation or expiration with respect to the heater, and detecting a temperature of inspiration or expiration and outputting a first temperature detection signal; A downstream temperature sensor that is disposed downstream of inspiration or expiration and detects the temperature of inspiration or expiration and outputs a second temperature detection signal; and a heater that is substantially perpendicular to the flow direction of inspiration or expiration with respect to the heater. A lateral temperature sensor that is disposed and detects a temperature of inhalation or expiration and outputs a third temperature detection signal; and supports the heater, the upstream temperature sensor, the downstream temperature sensor, and the lateral temperature sensor. It consists of one chip type flow sensor comprising a supporting substrate and said.
【0014】請求項4記載の発明によれば、第1および
第2の流量およびガス種センサは、第2または第3の流
路を流れる吸気または呼気を加熱するヒータと、ヒータ
に対して吸気または呼気の上流側に配置され、吸気また
は呼気の温度を検出して第1温度検出信号を出力する上
流側温度センサと、ヒータに対して吸気または呼気の下
流側に配置され、吸気または呼気の温度を検出して第2
温度検出信号を出力する下流側温度センサと、ヒータに
対して吸気または呼気の流れ方向と略直交方向に配置さ
れ、吸気または呼気の温度を検出して第3温度検出信号
を出力する横側温度センサと、ヒータ、上流側温度セン
サ、下流側温度センサおよび横側温度センサを支持する
支持基板とからなる1チップタイプフローセンサからな
る。According to the fourth aspect of the present invention, the first and second flow rate and gas type sensors include a heater for heating intake air or expiration flowing through the second or third flow path, and an intake air for the heater. Or, an upstream temperature sensor that is arranged on the upstream side of exhalation and detects the temperature of inspiration or expiration and outputs a first temperature detection signal, and is disposed on the downstream side of inspiration or expiration with respect to the heater, The temperature is detected and the second
A downstream temperature sensor that outputs a temperature detection signal, and a lateral temperature that is arranged in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the intake or expiration with respect to the heater, detects the temperature of the intake or exhalation, and outputs a third temperature detection signal. The sensor comprises a one-chip type flow sensor including a sensor, a heater, an upstream temperature sensor, a downstream temperature sensor, and a support substrate that supports the lateral temperature sensor.
【0015】また、請求項5記載の発明は、請求項3記
載の呼吸器流量計において、前記第1および第2の流量
およびガス種センサは、前記第2または第3の流路を流
れる吸気または呼気を加熱するヒータと、上記ヒータに
対して吸気または呼気の上流側に配置され、吸気または
呼気の温度を検出して第1温度検出信号を出力する上流
側温度センサと、上記ヒータに対して吸気または呼気の
下流側に配置され、吸気または呼気の温度を検出して第
2温度検出信号を出力する下流側温度センサと、上記ヒ
ータ、上記上流側温度センサおよび上記下流側温度セン
サを支持する支持基板とからなる第1のフローセンサ
と、前記第2または第3の流路を流れる吸気または呼気
を加熱するヒータと、上記ヒータの両側に吸気または呼
気の流れ方向と略直交方向に配置され、吸気または呼気
の温度を検出して第3温度検出信号を出力する第1およ
び/または第2の温度センサと、上記ヒータおよび上記
第1および/または第2の温度センサを支持する支持基
板とからなる第2のフローセンサとを含む2チップタイ
プフローセンサからなることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the respiratory flow meter according to the third aspect, wherein the first and second flow rate and gas type sensors are provided in the second or third flow path. Or a heater for heating expiration, an upstream temperature sensor disposed upstream of inhalation or expiration with respect to the heater, and detecting a temperature of inspiration or expiration and outputting a first temperature detection signal; And a downstream temperature sensor that is disposed downstream of inhalation or expiration and detects the temperature of inspiration or expiration and outputs a second temperature detection signal, and supports the heater, the upstream temperature sensor, and the downstream temperature sensor. A first flow sensor comprising a supporting substrate to be heated, a heater for heating intake air or expiration flowing through the second or third flow path, and a flow direction substantially parallel to the flow direction of intake or expiration on both sides of the heater. The first and / or second temperature sensors are disposed in the direction, detect the temperature of inhalation or expiration and output a third temperature detection signal, and support the heater and the first and / or second temperature sensors. A two-chip type flow sensor including a second flow sensor comprising a supporting substrate to be formed.
【0016】請求項5記載の発明によれば、第1および
第2の流量およびガス種センサは、第2または第3の流
路を流れる吸気または呼気を加熱するヒータと、ヒータ
に対して吸気または呼気の上流側に配置され、吸気また
は呼気の温度を検出して第1温度検出信号を出力する上
流側温度センサと、ヒータに対して吸気または呼気の下
流側に配置され、吸気または呼気の温度を検出して第2
温度検出信号を出力する下流側温度センサと、ヒータ、
上流側温度センサおよび上記下流側温度センサを支持す
る支持基板とからなる第1のフローセンサと、第2また
は第3の流路を流れる吸気または呼気を加熱するヒータ
と、ヒータの両側に吸気または呼気の流れ方向と略直交
方向に配置され、吸気または呼気の温度を検出して第3
温度検出信号を出力する第1および/または第2の温度
センサと、ヒータおよび第1および/または第2の温度
センサを支持する支持基板とからなる第2のフローセン
サとを含む2チップタイプフローセンサからなる。According to the fifth aspect of the present invention, the first and second flow rate and gas type sensors include a heater for heating intake air or expiration flowing through the second or third flow path, and an intake air for the heater. Or, an upstream temperature sensor that is arranged on the upstream side of exhalation and detects the temperature of inspiration or expiration and outputs a first temperature detection signal, and is disposed on the downstream side of inspiration or expiration with respect to the heater, The temperature is detected and the second
A downstream temperature sensor that outputs a temperature detection signal, a heater,
A first flow sensor including an upstream temperature sensor and a support substrate supporting the downstream temperature sensor; a heater for heating intake air or expiration flowing through the second or third flow path; It is arranged in a direction substantially perpendicular to the flow direction of expiration, and detects the temperature of inhalation or expiration to obtain
Two-chip type flow including a first and / or second temperature sensor that outputs a temperature detection signal, and a second flow sensor including a heater and a support substrate that supports the first and / or second temperature sensor Consists of sensors.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0018】図1は、本発明による呼吸器流量計の実施
の形態を示す概略図である。図1において、呼吸器流量
計は、呼吸気が流れる第1の流路52と、第1の流路5
2から分岐形成され、吸気のみを通過させる第2の流路
53と、第1の流路52から分岐形成され、呼気のみを
通過させる第3の流路54とを備えたマウスピース51
を備えている。マウスピース51の第1、第2及び第3
の流路52,53,54は、たとえばパイプを略Y字状
に結合した形に形成されている。FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a respiratory flow meter according to the present invention. In FIG. 1, a respiratory flow meter includes a first flow path 52 through which respiratory air flows, and a first flow path 5.
A mouthpiece 51 having a second flow path 53 branched from the first flow path 2 and passing only inhaled air, and a third flow path 54 branched and formed from the first flow path 52 and passing only expiration.
It has. First, second and third of mouthpiece 51
Are formed, for example, in a shape in which pipes are connected in a substantially Y-shape.
【0019】マウスピース51の第1の流路52は、患
者50の口に挿入され、第2の流路53は、蛇管63を
介して人工呼吸器65の吸気バルブ66に接続され、第
3の流路54は、蛇管64を介して人工呼吸器65の呼
気バルブ67に接続されている。The first flow path 52 of the mouthpiece 51 is inserted into the mouth of the patient 50, and the second flow path 53 is connected to an inspiratory valve 66 of a respirator 65 through a flexible tube 63. Is connected to an exhalation valve 67 of a ventilator 65 via a flexible tube 64.
【0020】第2の流路53には、蛇管63との接続口
付近に、患者が息を吸い込むときだけ開く弾性弁55が
設けられ、また、弾性弁55の下流側に、弾性弁55を
通過した吸気を測定するセンサ57が設けられている。
センサ57は、後述するように、吸気量を検出する第1
の流量センサ、または吸気量および吸気に含まれるガス
種を検出する第1の流量およびガス種センサとして働
く、フローセンサである。An elastic valve 55 that opens only when the patient inhales is provided near the connection port with the flexible tube 63 in the second flow path 53, and the elastic valve 55 is provided downstream of the elastic valve 55. A sensor 57 for measuring the intake air that has passed is provided.
The sensor 57 is used to detect a first intake air amount, as will be described later.
Or a flow sensor serving as a first flow rate and gas type sensor for detecting the amount of intake air and the type of gas contained in the intake air.
【0021】第3の流路54には、第1の流路52との
連結部付近に、患者が息を吐き出すときだけ開く弾性弁
56が設けられ、また、弾性弁56の下流側に、弾性弁
56を通過した呼気を測定するセンサ58が設けられて
いる。センサ58は、センサ57と同一構成からなり、
後述するように、吸気量を検出する第1の流量センサ、
または吸気量および吸気に含まれるガス種を検出する第
1の流量およびガス種センサとして働く、フローセンサ
である。An elastic valve 56 that opens only when the patient exhales is provided near the connection with the first flow path 52 in the third flow path 54, and on the downstream side of the elastic valve 56, A sensor 58 for measuring the expiration that has passed through the elastic valve 56 is provided. The sensor 58 has the same configuration as the sensor 57,
As will be described later, a first flow sensor for detecting the intake air amount,
Alternatively, it is a flow sensor that functions as a first flow rate and gas type sensor for detecting the amount of intake air and the type of gas contained in the intake air.
【0022】人工呼吸器65は、吸気バルブ66および
呼気バルブ67のほかに、流量演算部68および表示部
69を備えている。流量演算部68には、センサ57,
58がケーブル59,60、ワンタッチコネクタ61お
よびケーブル62を介して接続されている。The ventilator 65 includes a flow rate calculation section 68 and a display section 69 in addition to the intake valve 66 and the expiration valve 67. The flow rate calculation unit 68 includes a sensor 57,
58 is connected via cables 59 and 60, one-touch connector 61 and cable 62.
【0023】上述の構成において、マウスピース51の
第1の流路52を患者50の口に挿入した状態で、患者
50が呼吸すると、第2の流路53中を流れる吸気がフ
ローセンサ57に当たり、センサ57より吸気量に対応
する検出信号が発生し、ケーブル59,60、ワンタッ
チコネクタ61およびケーブル62を介して人工呼吸器
65の流量演算部68に供給される。同様に、患者50
が呼吸すると、第3の流路54中を流れる呼気がフロー
センサ58に当たり、センサ58より呼気量に対応する
検出信号が発生し、ケーブル59,60、ワンタッチコ
ネクタ61およびケーブル62を介して人工呼吸器65
の流量演算部68に供給される。In the above configuration, when the patient 50 breathes while the first flow path 52 of the mouthpiece 51 is inserted into the mouth of the patient 50, the inspired air flowing through the second flow path 53 hits the flow sensor 57. , A detection signal corresponding to the amount of inspired air is generated from the sensor 57, and is supplied to the flow calculator 68 of the ventilator 65 via the cables 59 and 60, the one-touch connector 61 and the cable 62. Similarly, patient 50
When breathing, the exhaled air flowing through the third flow path 54 hits the flow sensor 58, and the sensor 58 generates a detection signal corresponding to the exhaled air volume, and performs artificial respiration via the cables 59 and 60, the one-touch connector 61 and the cable 62. Bowl 65
Is supplied to the flow rate calculation unit 68.
【0024】流量演算部68は、フローセンサ57,5
8からの検出信号を演算処理して、吸気量および呼気量
を示す表示信号を発生し、表示部69に供給する。表示
部69には、患者50の呼吸量が表示され、患者50の
呼吸を管理することができる。The flow rate calculator 68 includes flow sensors 57 and 5
8 to generate a display signal indicating the inspiratory volume and the expiratory volume, and supply the display signal to the display unit 69. The display unit 69 displays the respiratory volume of the patient 50, and can manage the respiration of the patient 50.
【0025】マウスピース51は、患者50の呼吸管理
の必要性がなくなった時点で、蛇管63,64との接続
をはずし、さらにワンタッチコネクタ61部分でケーブ
ル57,58とケーブル62の接続をはずして、使い捨
てにすることができる。When the necessity of breathing management of the patient 50 is eliminated, the mouthpiece 51 is disconnected from the flexible tubes 63 and 64, and furthermore, the one-touch connector 61 is disconnected from the cables 57 and 58 and the cable 62. , Can be disposable.
【0026】このように、マウスピース51には、フロ
ーセンサ57,58とケーブル57,58が一体化して
いるだけなので、軽量、コンパクトであり、使い捨てや
常時使用も可能である。また、吸気、呼気の両方の検出
ができることで、呼吸の乱れをリアルタイムに管理する
ことができる。しかも、吸気側と呼気側のフローセンサ
は、同一構成のものを使用しているので、検出信号の波
形の観測が容易となる。As described above, since the flow sensors 57 and 58 and the cables 57 and 58 are only integrated in the mouthpiece 51, the mouthpiece 51 is lightweight and compact, and can be disposable or used all the time. In addition, since both inspiration and expiration can be detected, disordered breathing can be managed in real time. Moreover, since the flow sensors on the intake side and the expiration side have the same configuration, it is easy to observe the waveform of the detection signal.
【0027】次に、図1の呼吸器流量計のフローセンサ
57,58として使用するのに好適なフローセンサの一
例を、図2乃至図8に示す図面で説明する。この例で
は、吸気または呼気(以下の説明ではガスと呼ぶ)の量
と、吸気または呼気に含まれるガスの種類とを検出でき
る流量およびガス種センサとして働く1チップタイプフ
ローセンサ1について説明する。Next, an example of a flow sensor suitable for use as the flow sensors 57, 58 of the respiratory flow meter of FIG. 1 will be described with reference to the drawings shown in FIGS. In this example, a one-chip type flow sensor 1 serving as a flow rate and gas type sensor capable of detecting the amount of inhalation or exhalation (hereinafter referred to as gas) and the type of gas contained in inspiration or exhalation will be described.
【0028】図2は、流量およびガス種を検知可能な1
チップタイプフローセンサ1の概略構成を説明する略図
である。マイクロフローセンサ1は、図2中断面で示す
第2の流路53(または第3の流路54)の内壁に配設
される。マイクロフローセンサ1は、Si基板2上に形
成された、マイクロヒータ4と、マイクロヒータ4の下
流側に形成された下流側サーモパイル5と、マイクロヒ
ータ4の上流側に形成された上流側サーモパイル8と、
マイクロヒータ4の両側にガスの流れ方向(X方向)と
略直交方向に配置され、ガスの物性値を検出して温度検
出信号を出力する右側および左側サーモパイル11,1
3とを備えている。FIG. 2 is a schematic diagram showing a flow rate and gas type which can be detected.
1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a chip type flow sensor 1. The micro flow sensor 1 is provided on the inner wall of the second flow path 53 (or the third flow path 54) shown in a cross section in FIG. The micro flow sensor 1 includes a micro heater 4 formed on a Si substrate 2, a downstream thermopile 5 formed downstream of the micro heater 4, and an upstream thermopile 8 formed upstream of the micro heater 4. When,
Right and left thermopiles 11, 1 arranged on both sides of the micro-heater 4 in a direction substantially perpendicular to the gas flow direction (X direction) and detecting the physical property value of the gas and outputting a temperature detection signal.
3 is provided.
【0029】そして、下文で詳述するように、下流側サ
ーモパイル5および上流側サーモパイル8は、流量の検
知に役立ち、右側サーモパイル11および左側サーモパ
イル13は、ガス種の検知に役立つ。As will be described in detail below, the downstream thermopile 5 and the upstream thermopile 8 help to detect the flow rate, and the right thermopile 11 and the left thermopile 13 help to detect the gas type.
【0030】図3および図4は、図2のマイクロフロー
センサの構成図および断面図である。図3において、マ
イクロフローセンサ1は、Si基板2、ダイアフラム
3、ダイアフラム3上に形成された白金等からなるマイ
クロヒータ4、マイクロヒータ4の下流側でダイアフラ
ム3上に形成された下流側サーモパイル5、マイクロヒ
ータ4に図示しない電源から駆動電流を供給する電源端
子6A,6B、マイクロヒータ4の上流側でダイアフラ
ム3上に形成された上流側サーモパイル8、上流側サー
モパイル8から出力される第1温度検出信号を出力する
第1出力端子9A,9B、下流側サーモパイル5から出
力される第2温度検出信号を出力する第2出力端子7
A,7B、を備える。下流側サーモパイル5と上流側サ
ーモパイル8は、温度センサを構成する。FIGS. 3 and 4 are a configuration diagram and a sectional view of the microflow sensor of FIG. In FIG. 3, a micro flow sensor 1 includes a Si substrate 2, a diaphragm 3, a micro heater 4 formed of platinum or the like formed on the diaphragm 3, and a downstream thermopile 5 formed on the diaphragm 3 downstream of the micro heater 4. Power supply terminals 6A and 6B for supplying a drive current from a power supply (not shown) to the microheater 4, an upstream thermopile 8 formed on the diaphragm 3 upstream of the microheater 4, and a first temperature output from the upstream thermopile 8 First output terminals 9A and 9B for outputting a detection signal, and a second output terminal 7 for outputting a second temperature detection signal output from the downstream thermopile 5
A, 7B. The downstream thermopile 5 and the upstream thermopile 8 constitute a temperature sensor.
【0031】また、マイクロフローセンサ1は、マイク
ロヒータ4に対してガスの流れ方向(図3における矢印
Pから矢印Qへの方向)と略直交方向に配置され、ガス
の物性値を検出し、右側温度検出信号(第3温度検出信
号に対応)を出力する右側サーモパイル11と、この右
側サーモパイル11から出力される右側温度検出信号を
出力する第3出力端子12A,12Bと、マイクロヒー
タ4に対してガスの流れ方向と略直交方向に配置され、
ガスの物性値を検出し、左側温度検出信号(第3温度検
出信号に対応)を出力する左側サーモパイル13と、こ
の左側サーモパイル13から出力される左側温度検出信
号を出力する第4出力端子14A,14Bと、ガス温度
を得るための抵抗15,16と、この抵抗15,16か
らのガス温度信号を出力する出力端子17A,17Bと
を備える。右側サーモパイル11および左側サーモパイ
ル13は、温度センサを構成する。The micro flow sensor 1 is disposed in a direction substantially perpendicular to the gas flow direction (the direction from arrow P to arrow Q in FIG. 3) with respect to the micro heater 4, and detects the physical property value of the gas. The right thermopile 11 for outputting the right temperature detection signal (corresponding to the third temperature detection signal), the third output terminals 12A and 12B for outputting the right temperature detection signal output from the right thermopile 11, and the micro heater 4 Arranged in a direction substantially perpendicular to the gas flow direction,
A left thermopile 13 for detecting a physical property value of the gas and outputting a left temperature detection signal (corresponding to a third temperature detection signal); a fourth output terminal 14A for outputting a left temperature detection signal output from the left thermopile 13; 14B, resistors 15 and 16 for obtaining a gas temperature, and output terminals 17A and 17B for outputting gas temperature signals from the resistors 15 and 16. The right thermopile 11 and the left thermopile 13 constitute a temperature sensor.
【0032】上流側サーモパイル8、下流側サーモパイ
ル5、右側サーモパイル11および左側サーモパイル1
3は、熱電対から構成されている。この熱電対は、p++
−SiおよびAlにより構成され、冷接点と温接点とを
有し、熱を検出し、冷接点と温接点との温度差から熱起
電力が発生することにより、温度検出信号を出力するよ
うになっている。The upstream thermopile 8, the downstream thermopile 5, the right thermopile 11, and the left thermopile 1
Reference numeral 3 includes a thermocouple. This thermocouple is p ++
-Composed of Si and Al, having a cold junction and a hot junction, detecting heat, and generating a thermoelectromotive force from a temperature difference between the cold junction and the hot junction to output a temperature detection signal. Has become.
【0033】また、図4に示すように、Si基板2に
は、ダイアフラム3が形成されており、このダイアフラ
ム3には、マイクロヒータ4、上流側サーモパイル8、
下流側サーモパイル5、右側サーモパイル11および左
側サーモパイル13のそれぞれの温接点が形成されてい
る。As shown in FIG. 4, a diaphragm 3 is formed on the Si substrate 2. The diaphragm 3 has a micro heater 4, an upstream thermopile 8,
Each hot junction of the downstream thermopile 5, the right thermopile 11, and the left thermopile 13 is formed.
【0034】このように構成されたマイクロフローセン
サ1によれば、マイクロヒータ4が、外部からの駆動電
流により加熱を開始すると、マイクロヒータ4から発生
した熱は、ガスを媒体として、下流側サーモパイル5と
上流側サーモパイル8のそれぞれの温接点に伝達され
る。それぞれのサーモパイルの冷接点は、Si基体(S
i基板)上にあるので、基体温度になっており、それぞ
れの温接点は、ダイアフラム上にあるので、伝達された
熱により加熱され、Si基体温度より温度が上昇する。
そして、それぞれのサーモパイルは、温接点と冷接点の
温度差より熱起電カを発生し、温度検出信号を出力す
る。According to the micro flow sensor 1 configured as described above, when the micro heater 4 starts heating by an external drive current, the heat generated from the micro heater 4 is converted into a downstream thermopile using gas as a medium. 5 and the upstream thermopile 8 are transmitted to the respective hot junctions. The cold junction of each thermopile is a Si substrate (S
i.sub. substrate), the temperature is the substrate temperature. Each hot junction is on the diaphragm, so it is heated by the transmitted heat, and its temperature rises above the Si substrate temperature.
Each thermopile generates a thermoelectromotive force based on the temperature difference between the hot junction and the cold junction, and outputs a temperature detection signal.
【0035】ガスを媒体として伝達される熱は、ガスの
熱拡散効果とPからQに向かって流れるガスの流速との
相乗効果によって、それぞれのサーモパイルに伝達され
る。すなわち、流速がない場合には、熱拡散によって上
流側サーモパイル8と下流側サーモパイル5に均等に伝
達され、上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号
と下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号の差信
号は、零になる。The heat transmitted by using the gas as a medium is transmitted to each thermopile by a synergistic effect of a thermal diffusion effect of the gas and a flow velocity of the gas flowing from P to Q. That is, when there is no flow velocity, the heat is uniformly transmitted to the upstream thermopile 8 and the downstream thermopile 5 by thermal diffusion, and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8 and the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 Is zero.
【0036】一方、ガスに流速が発生すると、流速によ
って上流側サーモパイル8の温接点に伝達される熱量が
多くなり、前記第2温度検出信号と前記第1温度検出信
号との差信号は流速に応じた正値になる。On the other hand, when a flow velocity is generated in the gas, the amount of heat transmitted to the hot junction of the upstream thermopile 8 increases due to the flow velocity, and the difference signal between the second temperature detection signal and the first temperature detection signal is reduced to the flow velocity. It will be a corresponding positive value.
【0037】一方、マイクロヒータ4が外部からの駆動
電流により加熱を開始すると、マイクロヒータ4から発
生した熱は、ガスの流速の影響を受けずにガスの熱拡散
効果のみによって、マイクロヒータ4に対してガスの流
れ方向と略直交方向に配置された右側サーモパイル11
に伝達される。また、マイクロヒータ4に対してガスの
流れ方向と略直交方向に配置された左側サーモパイル1
3にも、同様な熱が伝達される。このため、右側サーモ
パイル11の起電力により第3出力端子12A,12B
から出力される右側温度検出信号、および/または左側
サーモパイル13の起電力により第4出力端子14A,
14Bから出力される左側温度検出信号に基づき、熱伝
導と熱拡散、比熱等によって決定される熱拡散定数等の
ガスの物性値を算出することができるようになる。On the other hand, when the micro-heater 4 starts heating by an external driving current, the heat generated from the micro-heater 4 is supplied to the micro-heater 4 only by the heat diffusion effect of the gas without being affected by the gas flow velocity. Right thermopile 11 arranged in a direction substantially perpendicular to the gas flow direction
Is transmitted to In addition, the left thermopile 1 disposed in the direction substantially perpendicular to the gas flow direction with respect to the micro heater 4.
Similar heat is transmitted to the third. Therefore, the third output terminals 12A and 12B are generated by the electromotive force of the right thermopile 11.
The fourth output terminal 14A, due to the right temperature detection signal output from the
Based on the left-side temperature detection signal output from 14B, it is possible to calculate physical properties of the gas such as a heat diffusion constant determined by heat conduction, heat diffusion, specific heat and the like.
【0038】さらに、マイクロフローセンサ1によれ
ば、ダイアフラム3上に、マイクロヒータ4、上流側サ
ーモパイル8、下流側サーモパイル5、右側サーモパイ
ル11および左側サーモパイル13を形成したので、こ
れらの熱容量を小さくして、消費電力を低減することが
できる。また、マイクロフローセンサ1の構成が簡単で
あるので、安価に作製することができるという効果があ
る。Further, according to the micro flow sensor 1, since the micro heater 4, the upstream thermopile 8, the downstream thermopile 5, the right thermopile 11, and the left thermopile 13 are formed on the diaphragm 3, the heat capacity thereof is reduced. Thus, power consumption can be reduced. In addition, since the configuration of the micro flow sensor 1 is simple, there is an effect that it can be manufactured at low cost.
【0039】次に、前述したマイクロフローセンサ1を
用い、ガスの種類や組成が変化した場合であっても、こ
れに関係なく常にガスの流量を精度良く計測することが
できる流量計について説明する。Next, a description will be given of a flow meter using the above-mentioned micro flow sensor 1 which can always accurately measure the gas flow rate regardless of the type or composition of the gas regardless of the change. .
【0040】図5は、図2、3および4のマイクロフロ
ーセンサ1を用いた流量計の構成ブロック図である。こ
の流量計は、図1における人工呼吸器65の流量演算部
68に相当し、マイクロフローセンサ1内の下流側サー
モパイル5からの第2温度検出信号と、マイクロフロー
センサ1内の上流側サーモパイル8からの第1温度検出
信号との差信号を増幅する差動アンプ33と、マイクロ
フローセンサ1内の右側サーモパイル11からの右側温
度検出信号を増幅するアンプ35aと、マイクロフロー
センサ1内の左側サーモパイル13からの左側温度検出
信号を増幅するアンプ35bと、マイクロコンピュータ
40とを備えて構成される。FIG. 5 is a block diagram showing the construction of a flow meter using the micro flow sensor 1 shown in FIGS. This flow meter corresponds to the flow calculation unit 68 of the respirator 65 in FIG. 1, and detects the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 in the microflow sensor 1 and the upstream thermopile 8 in the microflow sensor 1. Amplifier 33a for amplifying the difference signal from the first temperature detection signal from the first thermo-pile, amplifier 35a for amplifying the right temperature detection signal from the right thermo-pile 11 in the micro flow sensor 1, and the left thermo pile in the micro flow sensor 1. It comprises an amplifier 35b for amplifying the left-side temperature detection signal from 13 and a microcomputer 40.
【0041】マイクロコンピュータ40は、アンプ35
aからの右側温度検出信号とアンプ35bからの左側温
度検出信号とを加算する加算部45と、差動アンプ33
で得られた第2温度検出信号と第1温度検出信号との差
信号を加算部45の出力する加算信号により除する除算
部47と、この除算部47の出力する除算信号に基づき
ガスの流量を算出する流量算出部41と、加算部45の
出力する加算信号に基づきガスの熱伝導率や比熱、粘
性、密度等の物性値を算出する流体物性値算出部43と
を備えて構成される。The microcomputer 40 includes an amplifier 35
a adding section 45 for adding the right-side temperature detection signal from the amplifier a to the left-side temperature detection signal from the amplifier 35b;
A dividing unit 47 for dividing the difference signal between the second temperature detection signal and the first temperature detection signal obtained by the above by the addition signal output from the addition unit 45, and the flow rate of the gas based on the division signal output from the division unit 47 And a fluid property value calculation section 43 for calculating property values such as heat conductivity, specific heat, viscosity, and density of the gas based on the addition signal output from the addition section 45. .
【0042】次に、図6に示すフローチャートを参照し
て、図5の流量計により実現される流量計測方法を説明
する。Next, a flow rate measuring method realized by the flow meter of FIG. 5 will be described with reference to a flowchart shown in FIG.
【0043】まず、外部からのパルス信号による駆動電
流によりマイクロヒータ4を加熱すると(ステップS1
1)、下流側サーモパイル5から第2温度検出信号が出
力され、上流側サーモパイル8から第1温度検出信号が
出力される(ステップS13)。第2温度検出信号は差
動アンプ33に出力され、第1温度検出信号は差動アン
プ33に出力される。なお、図7に第1温度検出信号お
よび第2温度検出信号のパルス信号に対する応答を示し
た。First, the micro heater 4 is heated by a driving current based on a pulse signal from the outside (step S1).
1), a second temperature detection signal is output from the downstream thermopile 5, and a first temperature detection signal is output from the upstream thermopile 8 (step S13). The second temperature detection signal is output to the differential amplifier 33, and the first temperature detection signal is output to the differential amplifier 33. FIG. 7 shows the response of the first temperature detection signal and the second temperature detection signal to the pulse signal.
【0044】次に、差動アンプ33は、下流側サーモパ
イル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8
からの第1温度検出信号との差信号を増幅する(ステッ
プS15)。Next, the differential amplifier 33 receives the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the upstream thermopile 8
The difference signal from the first temperature detection signal is amplified (step S15).
【0045】そして、加算部45は、アンプ35aから
の右側温度検出信号とアンプ35bからの左側温度検出
信号とを加算して加算信号を得る(ステップS17)。
図8に右側温度検出信号、左側温度検出信号および加算
信号のタイミングチャートを示した。次に、除算部47
は、ステップS15で得られた増幅後の差信号をステッ
プS17で得られた加算信号で除して除算信号を得る
(ステップS19)。The adder 45 adds the right-side temperature detection signal from the amplifier 35a and the left-side temperature detection signal from the amplifier 35b to obtain an addition signal (step S17).
FIG. 8 shows a timing chart of the right temperature detection signal, the left temperature detection signal, and the addition signal. Next, the division unit 47
Obtains a divided signal by dividing the amplified difference signal obtained in step S15 by the addition signal obtained in step S17 (step S19).
【0046】続いて、流量算出部41は、ステップS1
9で得られた除算信号に基づきガスの正確な流量を算出
する(ステップS21)。さらに、流体物性値算出部4
3は、ステップS17で得られた加算信号とステップS
21で算出したガスの正確な流量に基づき、ガスの熱伝
導率や比熱、粘性、密度等のガスの物性値を算出する
(ステップS23)。Subsequently, the flow rate calculating section 41 determines in step S1
The accurate flow rate of the gas is calculated based on the division signal obtained in step 9 (step S21). Further, the fluid property value calculation unit 4
3 is the sum of the addition signal obtained in step S17 and step S17.
Based on the accurate flow rate of the gas calculated in step 21, the physical properties of the gas, such as the thermal conductivity, specific heat, viscosity, and density of the gas, are calculated (step S23).
【0047】このように、ガスの流れ方向に対して直交
する方向に配置された右側サーモパイル11および左側
サーモパイル13が、ガスの物性値を検出することによ
り、ガスの熱伝導性を計測することになる。ガスの流速
が零であるときには、ガスにより熱の伝わる速度は、熱
伝導率と熱拡散、比熱等によって決定される熱拡散定数
(ガスの物性値の一つ)による。流速が零であるときに
は、右側サーモパイル11、左側サーモパイル13とマ
イクロヒータ4との温度差によって熱拡散定数が求めら
れる。この温度差が大きいほど熱拡散定数が小さい。As described above, the right thermopile 11 and the left thermopile 13 arranged in the direction perpendicular to the gas flow direction detect the physical properties of the gas to measure the thermal conductivity of the gas. Become. When the flow velocity of the gas is zero, the speed at which heat is transmitted by the gas depends on the thermal conductivity and the thermal diffusion constant (one of the physical properties of the gas) determined by thermal diffusion, specific heat, and the like. When the flow velocity is zero, the thermal diffusion constant is obtained from the temperature difference between the right thermopile 11, the left thermopile 13, and the microheater 4. The larger the temperature difference, the smaller the thermal diffusion constant.
【0048】この熱拡散定数の大小は、上流側サーモパ
イル8が出力する第1温度検出信号と下流側サーモパイ
ル5が出力する第2温度検出信号にも影響し、これらの
値が熱拡散定数の大小に応じて変化する。したがって、
原理的には、第1温度検出信号や第2温度検出信号を、
あるいは、これらの差を、熱拡散定数によって除するこ
とで、熱拡散定数の異なるガスであっても、即ち、いか
なる種類のガスであっても、正確な流量を算出すること
ができることになる。The magnitude of the thermal diffusion constant also affects the first temperature detection signal output by the upstream thermopile 8 and the second temperature detection signal output by the downstream thermopile 5, and these values are used to determine the magnitude of the thermal diffusion constant. It changes according to. Therefore,
In principle, the first temperature detection signal and the second temperature detection signal are
Alternatively, by dividing these differences by the thermal diffusion constant, an accurate flow rate can be calculated even for gases having different thermal diffusion constants, that is, for any kind of gas.
【0049】これに対して流量が零でないときには、ガ
スの流れによって熱は下流に運ばれて、右側サーモパイ
ル11および左側サーモパイル13に到達する熱量は、
それに伴って減少する。即ち、右側サーモパイル11お
よび左側サーモパイル13の回りの熱拡散が、ガスの流
れによって大きくなる。ここで、その熱拡散の増加率は
ガスの流速の平方根に比例することが一般に知られてい
るため、原理的には、ガスの熱拡散定数は、そのガスの
流量が何らかの方法で解りさえすれば、いかなる流量の
ときでも見積もることができることになる。On the other hand, when the flow rate is not zero, heat is carried downstream by the gas flow, and the amount of heat reaching the right thermopile 11 and the left thermopile 13 is
It decreases with it. That is, the heat diffusion around the right thermopile 11 and the left thermopile 13 is increased by the gas flow. Here, it is generally known that the rate of increase of the thermal diffusion is proportional to the square root of the flow velocity of the gas, and in principle, the thermal diffusion constant of the gas is such that even if the flow rate of the gas is known in some way, In this case, it can be estimated at any flow rate.
【0050】一方で、上流側サーモパイル8および下流
側サーモパイル5の回りでも、ガスの流れによって右側
サーモパイル11および左側サーモパイル13の回りと
同様な熱拡散の増加(マイクロヒータ4から移動する熱
量の減少)が発生するので、ガスの流量が大きくなる
と、それに伴う熱拡散の増加のために、下流側サーモパ
イル5の回りのガスの温度と上流側サーモパイル8の回
りのガスの温度との差が小さくなる。On the other hand, also around the upstream thermopile 8 and the downstream thermopile 5, an increase in heat diffusion due to the gas flow, similar to that around the right thermopile 11 and the left thermopile 13 (decrease in the amount of heat transferred from the micro heater 4). When the flow rate of the gas increases, the difference between the temperature of the gas around the downstream thermopile 5 and the temperature of the gas around the upstream thermopile 8 decreases due to the increase in thermal diffusion accompanying the gas flow.
【0051】このため、本来ならば、ガスの流速の増加
に比例して大きくなるはずの、下流側サーモパイル5か
らの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第
1温度検出信号との差信号が、熱拡散の増加の影響で小
さくなり、ガスの流量があまりに大きくなると、流速の
増加による増加分を熱拡散の増加による減少分が上回っ
て、流量が増加しているにも拘わらず第2温度検出信号
と第1温度検出信号との差信号が減少してしまうことも
ある。For this reason, the difference between the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8, which should normally increase in proportion to the increase in the gas flow velocity. If the signal becomes smaller due to the increase in heat diffusion and the flow rate of the gas becomes too large, the decrease due to the increase in heat diffusion exceeds the increase due to the increase in flow velocity, and the signal increases despite the increase in flow rate. The difference signal between the second temperature detection signal and the first temperature detection signal may decrease.
【0052】そこで、流量が零であるときの、右側サー
モパイル11が出力する右側温度検出信号と左側サーモ
パイル13が出力する左側温度検出信号との加算値を
「1」と考えて、これに対する、流量がある場合の右側
温度検出信号と左側温度検出信号との加算値の比を、移
動する熱量の変化率を表す係数と見倣し、この係数を、
下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側
サーモパイル8からの第1温度検出信号との差信号に乗
じる操作をする。Therefore, when the flow rate is zero, the added value of the right temperature detection signal output by the right thermopile 11 and the left temperature detection signal output by the left thermopile 13 is considered to be "1", and The ratio of the added value of the right temperature detection signal and the left temperature detection signal in the case of there is imitated as a coefficient representing the rate of change of the amount of moving heat, this coefficient,
An operation of multiplying a difference signal between the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8 is performed.
【0053】つまり、第2温度検出信号と第1温度検出
信号との差信号を右側温度検出信号と左側温度検出信号
との加算値で除することで、熱拡散の変化の影響を排除
した流量算出が可能となり、正確で分解能の高い流量を
求めることができるようになる。That is, by dividing the difference signal between the second temperature detection signal and the first temperature detection signal by the sum of the right temperature detection signal and the left temperature detection signal, the flow rate excluding the influence of the heat diffusion change is eliminated. Calculation becomes possible, and an accurate and high-resolution flow rate can be obtained.
【0054】なお、上述した実施形態では、差動アンプ
33から得られる下流側サーモパイル5からの第2温度
検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信
号との増幅後の差信号を、除算部47において、アンプ
35aからの右側温度検出信号とアンプ35bからの左
側温度検出信号とを加算部45で加算して得られる加算
信号により除することで、熱拡散の変化の影響を排除し
た流量算出を可能としている。In the above-described embodiment, the amplified difference signal between the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 obtained from the differential amplifier 33 and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8 is used. In the divider 47, the influence of the change in heat diffusion is eliminated by dividing the right-side temperature detection signal from the amplifier 35a and the left-side temperature detection signal from the amplifier 35b by an addition signal obtained by the addition unit 45. The flow rate can be calculated.
【0055】そして、上述した実施形態では、除算部4
7における除算信号の取得を流量算出部41による流量
の算出よりも先に行っているが、これは、第2温度検出
信号と第1温度検出信号との増幅後の差信号に現れる熱
拡散の変化の影響を排除するためには、ガスの物性値を
熱伝導率や比熱、粘性、密度といった厳密な精度の値と
して把握する必要がないためである。In the above embodiment, the dividing unit 4
7 is performed prior to the calculation of the flow rate by the flow rate calculation unit 41. This is because of the thermal diffusion that appears in the amplified difference signal between the second temperature detection signal and the first temperature detection signal. This is because, in order to eliminate the influence of the change, it is not necessary to grasp the physical properties of the gas as strictly accurate values such as thermal conductivity, specific heat, viscosity, and density.
【0056】即ち、上述した実施形態では、熱拡散の状
態を高精度で把握しないと特定できないガスの熱伝導率
や比熱、粘性、密度を、物性値として流体物性値算出部
43で算出するために、熱拡散の変化の影響を排除した
ガスの正確な流量を流量算出部41により事前に算出し
ておいて、これを、流体物性値算出部43による物性値
の算出に反映させている。That is, in the above-described embodiment, the fluid physical property value calculator 43 calculates the thermal conductivity, specific heat, viscosity, and density of a gas that cannot be specified unless the state of thermal diffusion is understood with high precision. The accurate flow rate of the gas excluding the influence of the change in heat diffusion is calculated in advance by the flow rate calculation unit 41, and this is reflected in the calculation of the physical property value by the fluid property value calculation unit 43.
【0057】しかし、物性値として流体物性値算出部4
3で算出するファクタの種類によっては、流体物性値算
出部43による物性値の算出を事前に行っておいて、こ
れと、差動アンプ33からの、下流側サーモパイル5か
らの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第
1温度検出信号との増幅された差信号とに基づいて、熱
拡散の変化の影響を排除したガスの正確な流量を後から
算出するようにしてもよい。However, the fluid property value calculation unit 4
Depending on the type of the factor calculated in step 3, the physical property value is calculated in advance by the fluid property value calculating unit 43, and the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 from the differential amplifier 33 and from this. Based on the amplified difference signal from the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8 and the amplified temperature difference signal, the accurate flow rate of the gas excluding the influence of the change in heat diffusion may be calculated later.
【0058】このように、上述の流量計によれば、マイ
クロヒータ4に対してガスの流れ方向と略直交方向に右
側サーモパイル11および左側サーモパイル13を配置
し、右側温度検出信号および左側温度検出信号を出力す
るように構成したので、ガスの流れ方向の影響を受けず
に、右側温度検出信号および左側温度検出信号に基づき
熱拡散定数等のガスの物性値を正確に算出することがで
き、したがってガスの種類を特定することができる。As described above, according to the above-described flow meter, the right thermopile 11 and the left thermopile 13 are arranged in the direction substantially perpendicular to the gas flow direction with respect to the microheater 4, and the right temperature detection signal and the left temperature detection signal are provided. Is output, the physical property values of the gas such as the thermal diffusion constant can be accurately calculated based on the right temperature detection signal and the left temperature detection signal without being affected by the gas flow direction. The type of gas can be specified.
【0059】そして、算出されたガスの物性値に基づ
き、流量算出部41で算出されたガスの流量を補正する
ようにしたので、特別な工夫をせずに、ガスの種類や組
成が変化した場合であっても、正確に流量を計測するこ
とができる。Since the gas flow rate calculated by the flow rate calculation section 41 is corrected based on the calculated physical properties of the gas, the type and composition of the gas are changed without any special measures. Even in this case, the flow rate can be accurately measured.
【0060】そこで、再び図1を参照すると、フローセ
ンサ57,58として、図2乃至図8で説明した流量お
よびガス種を検出可能なフローセンサを用いた場合、患
者50の呼吸の量および呼吸に含まれるガス種を把握す
ることが可能になる。したがって、このような場合は、
マウスピース51を、人工呼吸器65に代えて麻酔器
(図示しない)にも使用することができ、ガス種判別に
より患者の麻酔ガスの吸収量を判断することができる。Therefore, referring again to FIG. 1, when the flow sensors 57 and 58 capable of detecting the flow rate and the gas type described with reference to FIGS. It is possible to grasp the kind of gas contained in the gas. Therefore, in such a case,
The mouthpiece 51 can be used in an anesthesia machine (not shown) instead of the respirator 65, and the amount of anesthetic gas absorbed by a patient can be determined by gas type determination.
【0061】以上の通り、本発明の実施の形態について
説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用
が可能である。As described above, the embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to this, and various modifications and applications are possible.
【0062】たとえば、本発明では、流量演算部がセン
サ付きマウスピースと一体ではなく、別体構成となって
いるので、流量演算部の構成を自由に設計することがで
き、たとえば、呼吸の量が予め決められた量を越えた場
合にアラームで報知する警告機能を追加することもでき
る。For example, in the present invention, since the flow rate calculation unit is not integrated with the mouthpiece with the sensor but is formed separately, the configuration of the flow rate calculation unit can be freely designed. A warning function can be added to notify an alarm when the value exceeds a predetermined amount.
【0063】また、フローセンサ57,58として図2
乃至図8で説明したマイクロフローセンサを使用してい
るので、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号
と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号の差信
号の極性反転からガスの流れの方向を検出することがで
き、したがって、逆流も検出することができる。The flow sensors 57 and 58 shown in FIG.
Since the micro flow sensor described with reference to FIGS. 8A and 8B is used, the gas flow is determined based on the polarity inversion of the difference signal between the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8. Direction can be detected, and therefore backflow can also be detected.
【0064】また、本発明の他の実施例として、吸気ま
たは呼気の流量と吸気または呼気に含まれるガスの種類
を検出可能なフローセンサとして、上述の実施の形態に
おける1チップタイプのマイクロフローセンサ1に代え
て、図9乃至図13に示すように、2チップタイプのフ
ローセンサ101および101′を用いても良い。As another embodiment of the present invention, a one-chip type micro flow sensor according to the above-described embodiment is used as a flow sensor capable of detecting the flow rate of inhalation or expiration and the type of gas contained in inspiration or expiration. Instead of 1, two-chip type flow sensors 101 and 101 'may be used as shown in FIGS.
【0065】図9は、流量およびガス種を検知可能な2
チップタイプフローセンサの概略構成を説明する略図で
ある。2チップのマイクロフローセンサ101および1
01′は、図9中断面で示す流路53(または54)の
内壁に配設される。FIG. 9 is a flow chart showing the detection of the flow rate and the gas type.
It is a schematic diagram explaining a schematic structure of a chip type flow sensor. Two-chip microflow sensors 101 and 1
01 'is provided on the inner wall of the flow path 53 (or 54) shown in a cross section in FIG.
【0066】一方のマイクロフローセンサ101は、S
i基板102上に形成された、マイクロヒータ104
と、マイクロヒータ104の下流側に形成された下流側
サーモパイル105と、マイクロヒータ104の上流側
に形成された上流側サーモパイル108とを備え、ガス
流量の検知に役立つ。One micro flow sensor 101 has
Micro heater 104 formed on i-substrate 102
And a downstream thermopile 105 formed on the downstream side of the microheater 104 and an upstream thermopile 108 formed on the upstream side of the microheater 104, and serve to detect a gas flow rate.
【0067】他方のマイクロフローセンサ101′は、
Si基板102′上に形成された、マイクロヒータ10
4′と、マイクロヒータ104′の両側にガスの流れ方
向(X方向)と略直交方向に配置され、ガスの物性値を
検出して温度検出信号を出力する第1および第2のサー
モパイル105′,108′とを備え、ガス種の検知に
役立つ。The other micro flow sensor 101 ′
Micro heater 10 formed on Si substrate 102 '
4 'and first and second thermopiles 105' which are arranged on both sides of the micro-heater 104 'in a direction substantially perpendicular to the gas flow direction (X direction), and which detect the physical properties of the gas and output a temperature detection signal. , 108 ′ to assist in detecting the type of gas.
【0068】図10および図11は、図9のマイクロフ
ローセンサの構成図および断面図である。マイクロフロ
ーセンサ101は、ガスの流れ方向(実線矢印Pから実
線矢印Qへの方向)に対して配置され、Si基板10
2、ダイアフラム103、ダイアフラム103上に形成
された白金等からなるマイクロヒータ104、マイクロ
ヒータ104の下流側でダイアフラム103上に形成さ
れた下流側サーモパイル105、マイクロヒータ104
に図示しない電源から駆動電流を供給する電源端子10
6A,6B、マイクロヒータ104の上端でダイアフラ
ム103上に形成された上流側サーモパイル108、上
流側サーモパイル108から出力される第1温度検出信
号を出力する第1出力端子109A,109B、下流側
サーモパイル105から出力される第2温度検出信号を
出力する第2出力端子107A,107Bを備えてい
る。下流側サーモパイル5と上流側サーモパイル8は、
温度センサを構成する。FIGS. 10 and 11 are a structural view and a sectional view of the micro flow sensor of FIG. The micro flow sensor 101 is disposed in the gas flow direction (the direction from the solid arrow P to the solid arrow Q), and the Si substrate 10
2. Diaphragm 103, micro heater 104 made of platinum or the like formed on diaphragm 103, downstream thermopile 105 formed on diaphragm 103 downstream of micro heater 104, micro heater 104
Power supply terminal 10 for supplying a drive current from a power supply (not shown)
6A and 6B, an upstream thermopile 108 formed on the diaphragm 103 at the upper end of the micro heater 104, first output terminals 109A and 109B for outputting a first temperature detection signal output from the upstream thermopile 108, and a downstream thermopile 105. And second output terminals 107A and 107B for outputting a second temperature detection signal output from the second output terminal. The downstream thermopile 5 and the upstream thermopile 8 are
Construct a temperature sensor.
【0069】上流側サーモパイル108および下流側サ
ーモパイル105は、熱電対から構成されている。この
熱電対は、p++−SiおよびAlにより構成され、冷接
点と温接点とを有し、熱を検出し、冷接点と温接点との
温度差から熱起電力が発生することにより、温度検出信
号を出力するようになっている。The upstream thermopile 108 and the downstream thermopile 105 are composed of thermocouples. This thermocouple is made of p ++-Si and Al, has a cold junction and a hot junction, detects heat, and generates a thermoelectromotive force from a temperature difference between the cold junction and the hot junction, A temperature detection signal is output.
【0070】また、図11に示すように、Si基板10
2には、ダイアフラム103が形成されており、このダ
イアフラム103には、マイクロヒータ104、上流側
サーモパイル108および下流側サーモパイル105の
それぞれの温接点が形成されている。Further, as shown in FIG.
2, a diaphragm 103 is formed, and a hot junction of each of the micro heater 104, the upstream thermopile 108, and the downstream thermopile 105 is formed on the diaphragm 103.
【0071】また、マイクロフローセンサ101′は、
マイクロフローセンサ101と同一の構造を有している
が、図10および図11では、各部の参照符号として、
Si基板102′、ダイアフラム103′、マイクロヒ
ータ104′、マイクロヒータ104の両側に形成され
た第1および第2のサーモパイル105′および10
8′のみを示している。マイクロフローセンサ101′
は、図10において、ガスの流れ方向(点線矢印Pから
点線矢印Qへの方向)に対して配置され、第1および第
2のサーモパイル105′および108′は、温度セン
サを構成する。Further, the micro flow sensor 101 ′
Although it has the same structure as the micro flow sensor 101, in FIGS. 10 and 11,
Si substrate 102 ′, diaphragm 103 ′, micro heater 104 ′, and first and second thermopiles 105 ′ and 10 formed on both sides of micro heater 104.
Only 8 'is shown. Micro flow sensor 101 '
Are arranged in the gas flow direction (the direction from the dotted arrow P to the dotted arrow Q) in FIG. 10, and the first and second thermopiles 105 'and 108' constitute a temperature sensor.
【0072】このように構成されたマイクロフローセン
サ101によれば、マイクロヒータ104が、外部から
の駆動電流により加熱を開始すると、マイクロヒータ1
04から発生した熱は、ガスを媒体として、下流側サー
モパイル105と上流側サーモパイル108のそれぞれ
の温接点に伝達される。それぞれのサーモパイルの冷接
点は、Si基体(Si基板)上にあるので、基体温度に
なっており、それぞれの温接点は、ダイアフラム上にあ
るので、伝達された熱により加熱され、Si基体温度よ
り温度が上昇する。そして、それぞれのサーモパイル
は、温接点と冷接点の温度差より熱起電カを発生し、温
度検出信号を出力する。According to the micro flow sensor 101 configured as described above, when the micro heater 104 starts heating with an external drive current, the micro heater 1
The heat generated from 04 is transferred to the respective hot junctions of the downstream thermopile 105 and the upstream thermopile 108 using gas as a medium. Since the cold junction of each thermopile is on the Si substrate (Si substrate), it is at the substrate temperature. Since each hot junction is on the diaphragm, it is heated by the transferred heat, and the temperature is lower than the Si substrate temperature. The temperature rises. Each thermopile generates a thermoelectromotive force based on the temperature difference between the hot junction and the cold junction, and outputs a temperature detection signal.
【0073】ガスを媒体として伝達される熱は、ガスの
熱拡散効果とPからQに向かって流れるガスの流速との
相乗効果によって、それぞれのサーモパイルに伝達され
る。すなわち、流速がない場合には、熱拡散によって上
流側サーモパイル8と下流側サーモパイル105に均等
に伝達され、上流側サーモパイル108からの第1温度
検出信号と下流側サーモパイル105からの第2温度検
出信号の差信号は、零になる。The heat transmitted by using the gas as a medium is transmitted to each thermopile by a synergistic effect of a gas thermal diffusion effect and a flow velocity of the gas flowing from P to Q. That is, when there is no flow velocity, the heat is uniformly transmitted to the upstream thermopile 8 and the downstream thermopile 105 by thermal diffusion, and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 108 and the second temperature detection signal from the downstream thermopile 105 Is zero.
【0074】一方、ガスに流速が発生すると、流速によ
って上流側サーモパイル108の温接点に伝達される熱
量が多くなり、前記第2温度検出信号と前記第1温度検
出信号との差信号は流速に応じた正値になる。On the other hand, when the flow velocity is generated in the gas, the amount of heat transmitted to the hot junction of the upstream thermopile 108 increases due to the flow velocity, and the difference signal between the second temperature detection signal and the first temperature detection signal becomes the flow velocity. It will be a corresponding positive value.
【0075】一方、マイクロフローセンサ101′によ
れば、マイクロヒータ104′が外部からの駆動電流に
より加熱を開始すると、マイクロヒータ104′から発
生した熱は、ガスの流速の影響を受けずにガスの熱拡散
効果のみによって、マイクロヒータ104′の両側にガ
スの流れ方向と略直交方向に配置された第1のサーモパ
イル105′および108′に伝達される。このため、
第1のサーモパイル105′の起電力により出力される
第1の温度検出信号、および/または第2のサーモパイ
ル108′の起電力により出力される第2の温度検出信
号に基づき、熱伝導と熱拡散、比熱等によって決定され
る熱拡散定数等のガスの物性値を算出することができる
ようになる。On the other hand, according to the micro flow sensor 101 ′, when the micro heater 104 ′ starts heating by an external driving current, the heat generated from the micro heater 104 ′ is not affected by the gas flow rate, Is transmitted only to the first thermopiles 105 'and 108' arranged on both sides of the micro-heater 104 'in a direction substantially perpendicular to the gas flow direction. For this reason,
Based on the first temperature detection signal output by the electromotive force of the first thermopile 105 'and / or the second temperature detection signal output by the electromotive force of the second thermopile 108', heat conduction and heat diffusion are performed. , The physical properties of the gas such as the thermal diffusion constant determined by the specific heat and the like can be calculated.
【0076】次に、前述したマイクロフローセンサ10
1および101′を用い、ガスの種類や組成が変化した
場合であっても、これに関係なく常にガスの流量を精度
良く計測することができる流量計について説明する。Next, the micro flow sensor 10 described above is used.
1 and 101 ', a flow meter that can always accurately measure the gas flow rate regardless of the type or composition of the gas, will be described.
【0077】図12は、図9、10および11のマイク
ロフローセンサを用いた流量計の構成ブロック図であ
る。この流量計は、図1における人工呼吸器65の流量
演算部65に相当し、マイクロフローセンサ101内の
下流側サーモパイル105からの温度検出信号と、マイ
クロフローセンサ101内の上流側サーモパイル108
からの温度検出信号との差信号を増幅する差動アンプ3
3と、マイクロフローセンサ101′内の第1のサーモ
パイル105′からの温度検出信号を増幅するアンプ3
5aと、マイクロフローセンサ101′内の第2のサー
モパイル108′からの温度検出信号を増幅するアンプ
35bと、マイクロコンピュータ40とを備えて構成さ
れる。FIG. 12 is a block diagram showing the construction of a flow meter using the micro flow sensor shown in FIGS. This flow meter corresponds to the flow calculation unit 65 of the respirator 65 in FIG. 1, and detects a temperature detection signal from a downstream thermopile 105 in the microflow sensor 101 and an upstream thermopile 108 in the microflow sensor 101.
Amplifier 3 amplifies the difference signal from the temperature detection signal from
And an amplifier 3 for amplifying a temperature detection signal from the first thermopile 105 'in the micro flow sensor 101'.
5a, an amplifier 35b for amplifying a temperature detection signal from the second thermopile 108 'in the micro flow sensor 101', and a microcomputer 40.
【0078】マイクロコンピュータ40は、アンプ35
aからの温度検出信号とアンプ35bからの温度検出信
号とを加算する加算部45と、差動アンプ33で得られ
た差信号を加算部45の出力する加算信号により除する
除算部47と、この除算部47の出力する除算信号に基
づきガスの流量を算出する流量算出部41と、加算部4
5の出力する加算信号に基づきガスの熱伝導率や比熱、
粘性、密度等の物性値を算出する流体物性値算出部43
とを備えて構成される。The microcomputer 40 includes an amplifier 35
an adder 45 for adding the temperature detection signal from the amplifier a and the temperature detection signal from the amplifier 35b; a divider 47 for dividing the difference signal obtained by the differential amplifier 33 by the addition signal output from the adder 45; A flow rate calculator 41 for calculating a gas flow rate based on the division signal output from the divider 47;
5, the thermal conductivity and specific heat of the gas,
Fluid physical property calculation unit 43 for calculating physical properties such as viscosity and density
And is provided.
【0079】次に、図13に示すフローチャートを参照
して、図12の流量計により実現される流量計測方法を
説明する。Next, a flow rate measuring method realized by the flow meter of FIG. 12 will be described with reference to a flowchart shown in FIG.
【0080】まず、外部からのパルス信号による駆動電
流によりマイクロヒータ104および104′を加熱す
ると(ステップS31)、下流側サーモパイル105お
よび上流側サーモパイル108から、それぞれ温度検出
信号が出力される(ステップS33)。First, when the micro heaters 104 and 104 'are heated by a driving current based on a pulse signal from the outside (step S31), a temperature detection signal is output from the downstream thermopile 105 and the upstream thermopile 108, respectively (step S33). ).
【0081】次に、差動アンプ33は、下流側サーモパ
イル105からの温度検出信号と上流側サーモパイル1
08からの温度検出信号との差信号を増幅する(ステッ
プS35)。Next, the differential amplifier 33 compares the temperature detection signal from the downstream thermopile 105 with the upstream thermopile 1
Then, the difference signal from the temperature detection signal from step 08 is amplified (step S35).
【0082】そして、加算部45は、アンプ35aで増
幅された第1のサーモパイル105′からの温度検出信
号とアンプ35bで増幅された第2のサーモパイル10
8′からの温度検出信号とを加算して加算信号を得る
(ステップS37)。次に、除算部47は、ステップS
35で得られた増幅後の差信号をステップS37で得ら
れた加算信号で除して除算信号を得る(ステップS3
9)。The adder 45 generates the temperature detection signal from the first thermopile 105 'amplified by the amplifier 35a and the second thermopile 10 amplified by the amplifier 35b.
The temperature detection signal from 8 'is added to obtain an addition signal (step S37). Next, the division unit 47 determines in step S
The amplified difference signal obtained in step S35 is divided by the addition signal obtained in step S37 to obtain a division signal (step S3).
9).
【0083】続いて、流量算出部41は、ステップS3
9で得られた除算信号に基づきガスの正確な流量を算出
する(ステップS41)。さらに、流体物性値算出部4
3は、ステップS37で得られた加算信号とステップS
41で算出したガスの正確な流量に基づき、ガスの熱伝
導率や比熱、粘性、密度等のガスの物性値を算出する
(ステップS43)。Subsequently, the flow rate calculator 41 determines in step S3
An accurate gas flow rate is calculated based on the division signal obtained in step 9 (step S41). Further, the fluid property value calculation unit 4
3 is the sum of the added signal obtained in step S37 and step S37.
Based on the accurate flow rate of the gas calculated in 41, the physical properties of the gas, such as the thermal conductivity, specific heat, viscosity, and density of the gas, are calculated (step S43).
【0084】このように、図9乃至図12に示す流量計
によれば、マイクロフローセンサ101により、ガスの
流量を計測することができると共に、マイクロフローセ
ンサ101′により、ガスの物性値を算出することがで
き、したがってガスの種類を特定することができる。As described above, according to the flow meters shown in FIGS. 9 to 12, the gas flow rate can be measured by the micro flow sensor 101 and the physical property value of the gas can be calculated by the micro flow sensor 101 '. And therefore the type of gas can be specified.
【0085】さらに他の実施例として、本発明に用いる
センサは、上述のフローセンサに限らず他の構成のセン
サを用いても良い。また、単なる呼気、吸気の流量の測
定だけならば、ガス種センサは必要なく流量センサのみ
としても良い。As a further embodiment, the sensor used in the present invention is not limited to the above-described flow sensor, and a sensor having another configuration may be used. Further, if only the flow rate of expiration or inspiration is measured, the gas type sensor is not necessary and only the flow rate sensor may be used.
【0086】さらに他の実施例として、上述の実施の形
態では吸気側と呼気側に別々にセンサを配置している
が、マウスピースの第1の流路に1個のセンサ、たとえ
ば流量センサまたは流量およびガス種センサを配置し、
第1の流路を流れる吸気および呼気の両方の測定に1個
のセンサで共用しても良い。As still another example, in the above-described embodiment, sensors are separately arranged on the inhalation side and the expiration side, but one sensor, for example, a flow sensor or a flow sensor, is provided in the first flow path of the mouthpiece. Place flow and gas type sensors,
A single sensor may be used for measurement of both inspiration and expiration flowing through the first flow path.
【0087】また、上述の実施の形態では人工呼吸器に
ついて説明したが、本発明は、麻酔器等の、マウスピー
スを使用する他の機器にも使用することができる。した
がって、本発明の呼吸器流量計は、流量センサで流量が
測定される流体として、空気、酸素、笑気、炭酸ガス、
ヘリウム、キセノン、一酸化窒素、一酸化炭素、イソフ
ルラン、セボフルラン等が上げられ、また、ガス種セン
サでガスの種類が測定される流体として、空気、酸素、
笑気、炭酸ガス、ヘリウム、キセノン、一酸化窒素、一
酸化炭素、イソフルラン、セボフルランの複数からなる
混合ガスのうちの一成分に着目して測定することができ
る。In the above embodiment, the respirator has been described, but the present invention can be used for other devices using a mouthpiece, such as an anesthesia machine. Therefore, the respiratory flow meter of the present invention, air, oxygen, laughter, carbon dioxide,
Helium, xenon, nitric oxide, carbon monoxide, isoflurane, sevoflurane, etc. are raised. In addition, air, oxygen,
The measurement can be performed by focusing on one component of a mixed gas of laughter, carbon dioxide, helium, xenon, nitric oxide, carbon monoxide, isoflurane, and sevoflurane.
【0088】[0088]
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、軽量、コ
ンパクトであり、使い捨てや常時使用も可能である。ま
た、吸気、呼気の両方の検出ができることで、呼吸の乱
れをリアルタイムに管理することができる。According to the first aspect of the present invention, it is lightweight and compact, and can be disposable or constantly used. In addition, since both inspiration and expiration can be detected, disordered breathing can be managed in real time.
【0089】請求項2記載の発明によれば、フローセン
サで吸気、呼気の流量及び吸気、呼気に含まれるガス種
を検知することができる。According to the second aspect of the present invention, the flow sensor can detect the flow rate of inhalation and expiration and the type of gas contained in inspiration and expiration.
【0090】請求項3記載の発明によれば、軽量、コン
パクトであり、使い捨てや常時使用も可能である。ま
た、吸気、呼気の両方の検出ができることで、呼吸の乱
れをリアルタイムに管理することができる。また、呼吸
に含まれるガス種を検知することができる。According to the third aspect of the present invention, it is lightweight and compact, and can be disposable or constantly used. In addition, since both inspiration and expiration can be detected, disordered breathing can be managed in real time. In addition, the type of gas contained in the breath can be detected.
【0091】請求項4記載の発明によれば、1チップタ
イプフローセンサで吸気、呼気の流量及び吸気、呼気に
含まれるガス種を検知することができる。According to the fourth aspect of the present invention, the flow rate of inhalation and expiration and the type of gas contained in inspiration and expiration can be detected by the one-chip type flow sensor.
【0092】請求項5記載の発明によれば、2チップタ
イプフローセンサで吸気、呼気の流量及び吸気、呼気に
含まれるガス種を検知することができる。According to the fifth aspect of the present invention, the flow rate of inhalation and expiration and the type of gas contained in inspiration and expiration can be detected by the two-chip type flow sensor.
【図1】本発明による呼吸器流量計の実施の形態を示す
概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a respiratory flow meter according to the present invention.
【図2】図1におけるフローセンサの一例としての1チ
ップタイプマイクロフローセンサの概略構成を説明する
略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a one-chip type micro flow sensor as an example of the flow sensor in FIG.
【図3】図2のマイクロフローセンサの構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of the micro flow sensor of FIG. 2;
【図4】図2のマイクロフローセンサの断面図である。FIG. 4 is a sectional view of the micro flow sensor of FIG. 2;
【図5】図2のマイクロフローセンサを用いた流量計の
構成ブロック図である。FIG. 5 is a configuration block diagram of a flow meter using the micro flow sensor of FIG. 2;
【図6】図5の流量計により実現される流量計測方法を
示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a flow rate measuring method realized by the flow meter of FIG.
【図7】第1温度検出信号および第2温度検出信号を示
す図である。FIG. 7 is a diagram showing a first temperature detection signal and a second temperature detection signal.
【図8】右側温度検出信号および左側温度検出信号を示
す図である。FIG. 8 is a diagram showing a right temperature detection signal and a left temperature detection signal.
【図9】図1における呼吸器流量計の他の実施例として
の2チップタイプマイクロフローセンサの概略構成を説
明する略図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a two-chip type micro flow sensor as another embodiment of the respiratory flow meter in FIG. 1;
【図10】図9のマイクロフローセンサの構成図であ
る。FIG. 10 is a configuration diagram of the micro flow sensor of FIG. 9;
【図11】図9のマイクロフローセンサの断面図であ
る。FIG. 11 is a sectional view of the micro flow sensor of FIG. 9;
【図12】図9のマイクロフローセンサを用いた流量計
の構成ブロック図である。12 is a configuration block diagram of a flow meter using the micro flow sensor of FIG.
【図13】図12の流量計により実現される流量計測方
法を示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart showing a flow rate measuring method realized by the flow meter of FIG.
1 1チップタイプマイクロフローセンサ(第1およ
び第2の流量センサ;第1および第2の流量およびガス
種センサ) 2 Si基板(支持基板) 4 マイクロヒータ(ヒータ) 5 下流側サーモパイル(下流側温度センサ) 8 上流側サーモパイル(上流側温度センサ) 11 右側サーモパイル(横側温度センサ) 13 左側サーモパイル(横側温度センサ) 41 流量算出部 43 流体物性値算出部 45 加算部 47 除算部 50 患者 51 マウスピース 52 第1の流路 53 第2の流路 54 第3の流路 57 センサ(第1の流量センサ;第1の流量およびガ
ス種センサ) 58 センサ(第2の流量センサ;第2の流量およびガ
ス種センサ) 59 ケーブル 60 ケーブル 61 ワンタッチコネクタ 62 ケーブル 63 蛇管 64 蛇管 65 人工呼吸器 66 吸気バルブ 67 呼気バルブ 68 流量演算部 69 表示部 101 マイクロフローセンサ(2チップタイプフロ
ーセンサの一部;第1および第2の流量センサ;第1お
よび第2の流量およびガス種センサの一部) 101′ マイクロフローセンサ(2チップタイプフロ
ーセンサの一部;第1および第2の流量センサ;第1お
よび第2の流量およびガス種センサ) 102 Si基板(支持基板) 102′ Si基板(支持基板) 104 マイクロヒータ(ヒータ) 104′ マイクロヒータ(ヒータ) 105 下流側サーモパイル(下流側温度センサ) 105′ 第1のサーモパイル(第1の温度センサ) 108 上流側サーモパイル(上流側温度センサ) 108′ 第2のサーモパイル(第2の温度センサ)1 1-chip type micro flow sensor (first and second flow rate sensors; first and second flow rate and gas type sensors) 2 Si substrate (supporting substrate) 4 micro heater (heater) 5 downstream thermopile (downstream temperature) 8) Upstream thermopile (upstream temperature sensor) 11 Right thermopile (lateral temperature sensor) 13 Left thermopile (horizontal temperature sensor) 41 Flow rate calculation unit 43 Fluid property value calculation unit 45 Addition unit 47 Division unit 50 Patient 51 mouse Piece 52 First flow path 53 Second flow path 54 Third flow path 57 Sensor (first flow rate sensor; first flow rate and gas type sensor) 58 Sensor (second flow rate sensor; second flow rate) And gas type sensor) 59 cable 60 cable 61 one-touch connector 62 cable 63 coiled tube 64 coiled tube 65 artificial call Suction device 66 Intake valve 67 Expiration valve 68 Flow rate calculation unit 69 Display unit 101 Micro flow sensor (part of a two-chip type flow sensor; first and second flow sensors; one of first and second flow and gas type sensors) Part) 101 'micro flow sensor (part of a two-chip type flow sensor; first and second flow rate sensors; first and second flow rate and gas type sensors) 102 Si substrate (supporting substrate) 102' Si substrate ( Support substrate) 104 Micro heater (heater) 104 'Micro heater (heater) 105 Downstream thermopile (downstream temperature sensor) 105' First thermopile (first temperature sensor) 108 Upstream thermopile (upstream temperature sensor) 108 ′ Second thermopile (second temperature sensor)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01F 1/692 G01F 1/68 104Z (72)発明者 牛嶋 一博 静岡県天竜市二俣町南鹿島23 矢崎計器株 式会社内 (72)発明者 小田 清志 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社 内 (72)発明者 安齋 光芳 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社 内 Fターム(参考) 2F030 CA10 CC11 2F035 EA08 4C038 SS04 ST00 SU04 SX01 SX02──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01F 1/692 G01F 1/68 104Z (72) Inventor Kazuhiro Ushijima 23 Minamikashima, Futamata-cho, Tenryu City, Shizuoka Prefecture Yazaki Keiki (72) Inventor Kiyoshi Oda 1500 Onjuku, Susono-shi, Shizuoka Prefecture Yazaki Sogyo Co., Ltd. (72) Inventor Mitsuyoshi Anzai 1500 Onjuku, Susono-shi, Shizuoka Prefecture Yazaki Sogyo Co., Ltd.F-term (reference) 2F030 CA10 CC11 2F035 EA08 4C038 SS04 ST00 SU04 SX01 SX02
Claims (5)
路から分岐形成され、吸気のみを通過させる第2の流路
と、第1の流路から分岐形成され、呼気のみを通過させ
る第3の流路とを備えたマウスピースと、 第2の流路中に設けられ、吸気量を検出する第1の流量
センサと、 第3の流路中に設けられ、呼気量を検出する第2の流量
センサと、 からなることを特徴とする呼吸器流量計。1. A first flow path through which respiratory air flows, a second flow path branched from the first flow path, and a second flow path through which only inhalation passes, and a branch flow formed from the first flow path, only expiration A mouthpiece provided with a third flow path through which the air flows, a first flow sensor provided in the second flow path and detecting the amount of inspired air, and an expiration volume provided in the third flow path And a second flow sensor for detecting the following.
熱するヒータと、上記ヒータに対して吸気または呼気の
上流側に配置され、吸気または呼気の温度を検出して第
1温度検出信号を出力する上流側温度センサと、上記ヒ
ータに対して吸気または呼気の下流側に配置され、吸気
または呼気の温度を検出して第2温度検出信号を出力す
る下流側温度センサと、上記ヒータ、上記上流側温度セ
ンサおよび上記下流側温度センサを支持する支持基板と
からなるフローセンサからなることを特徴とする請求項
1記載の呼吸器流量計。2. The heater according to claim 1, wherein the first and second flow rate sensors are arranged on a heater for heating intake air or expiration flowing through the second or third flow path, and are arranged upstream of the heater for intake or expiration. An upstream temperature sensor for detecting the temperature of inhalation or expiration and outputting a first temperature detection signal, and a second temperature sensor disposed downstream of inhalation or expiration with respect to the heater and detecting the temperature of inspiration or expiration. 2. The respirator according to claim 1, further comprising a flow sensor including a downstream temperature sensor that outputs a temperature detection signal, and a support substrate that supports the heater, the upstream temperature sensor, and the downstream temperature sensor. Flowmeter.
路から分岐形成され、吸気のみを通過させる第2の流路
と、第1の流路から分岐形成され、呼気のみを通過させ
る第3の流路とを備えたマウスピースと、 第2の流路中に設けられ、吸気量および吸気に含まれる
ガス種を検出する第1の流量およびガス種センサと、 第3の流路中に設けられ、呼気量および呼気に含まれる
ガス種を検出する第2の流量およびガス種センサと、 からなることを特徴とする呼吸器流量計。3. A first flow path through which respiratory air flows, a second flow path branched from the first flow path, and a second flow path through which only inhalation passes, and a branch flow formed from the first flow path, and only expiration A mouthpiece provided with a third flow path through which air flows, a first flow rate and gas type sensor provided in the second flow path and configured to detect an intake amount and a gas type included in the intake air, And a second flow rate and gas type sensor for detecting the amount of expiration and the type of gas contained in the exhalation.
センサは、 前記第2または第3の流路を流れる吸気または呼気を加
熱するヒータと、上記ヒータに対して吸気または呼気の
上流側に配置され、吸気または呼気の温度を検出して第
1温度検出信号を出力する上流側温度センサと、上記ヒ
ータに対して吸気または呼気の下流側に配置され、吸気
または呼気の温度を検出して第2温度検出信号を出力す
る下流側温度センサと、上記ヒータに対して吸気または
呼気の流れ方向と略直交方向に配置され、吸気または呼
気の温度を検出して第3温度検出信号を出力する横側温
度センサと、上記ヒータ、上記上流側温度センサ、上記
下流側温度センサおよび上記横側温度センサを支持する
支持基板とからなる1チップタイプフローセンサからな
ることを特徴とする請求項3記載の呼吸器流量計。4. The first and second flow rate and gas type sensors include: a heater for heating intake air or expiration flowing through the second or third flow path; and an upstream side of intake or expiration with respect to the heater. An upstream temperature sensor that detects the temperature of inspiration or expiration and outputs a first temperature detection signal; and an upstream temperature sensor that is disposed downstream of inspiration or expiration with respect to the heater to detect the temperature of inspiration or expiration. A downstream temperature sensor that outputs a second temperature detection signal to the heater, and is disposed in the heater in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the intake or expiration to detect the temperature of the intake or expiration and outputs a third temperature detection signal And a one-chip type flow sensor comprising a heater, an upstream temperature sensor, a downstream temperature sensor, and a support substrate that supports the horizontal temperature sensor. Respiratory flow meter according to claim 3, wherein.
センサは、 前記第2または第3の流路を流れる吸気または呼気を加
熱するヒータと、上記ヒータに対して吸気または呼気の
上流側に配置され、吸気または呼気の温度を検出して第
1温度検出信号を出力する上流側温度センサと、上記ヒ
ータに対して吸気または呼気の下流側に配置され、吸気
または呼気の温度を検出して第2温度検出信号を出力す
る下流側温度センサと、上記ヒータ、上記上流側温度セ
ンサおよび上記下流側温度センサを支持する支持基板と
からなる第1のフローセンサと、 前記第2または第3の流路を流れる吸気または呼気を加
熱するヒータと、上記ヒータの両側に吸気または呼気の
流れ方向と略直交方向に配置され、吸気または呼気の温
度を検出して第3温度検出信号を出力する第1および/
または第2の温度センサと、上記ヒータおよび上記第1
および/または第2の温度センサを支持する支持基板と
からなる第2のフローセンサと、 を含む2チップタイプフローセンサからなることを特徴
とする請求項3記載の呼吸器流量計。5. The first and second flow rate and gas type sensors include: a heater for heating intake air or expiration flowing through the second or third flow path; and an upstream side of intake or expiration with respect to the heater. An upstream temperature sensor that detects the temperature of inspiration or expiration and outputs a first temperature detection signal; and an upstream temperature sensor that is disposed downstream of inspiration or expiration with respect to the heater to detect the temperature of inspiration or expiration. A first flow sensor comprising: a downstream temperature sensor that outputs a second temperature detection signal through the first temperature sensor; and a support substrate that supports the heater, the upstream temperature sensor, and the downstream temperature sensor; A heater for heating the intake air or the expiration flowing through the flow path, and a third temperature detection signal disposed on both sides of the heater in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the intake or the expiration for detecting the temperature of the intake or the expiration. First and outputs the /
Or a second temperature sensor, the heater and the first
4. A respiratory flowmeter according to claim 3, comprising a two-chip type flow sensor comprising: a second flow sensor comprising a support substrate for supporting the second temperature sensor.
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