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First Sensor

Hochgenaue Sensoren für niedrigste Drücke

| Redakteur: Peter Reinhardt

Neue Sensortechnologie auf Basis von Silizium-Chips vereint hohe Messempfindlichkeit mit hervorragender Beständigkeit gegenüber feuchter Luft. Sie eignet sich daher bestens für Anwendungen in Geräten zur Beatmung und Atemtherapie.

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Zuverlässig bei feuchter Atemluft: Die Differenzdruck-Sensoren von First Sensor eignen sich bestens für Beatmungs- und Atemtherapiegeräte.
Zuverlässig bei feuchter Atemluft: Die Differenzdruck-Sensoren von First Sensor eignen sich bestens für Beatmungs- und Atemtherapiegeräte.
(Bild: First Sensor)

Durchflussbasierte Differenzdrucksensoren werden häufig zur Bestimmung des Atemflusses in Beatmungsgeräten, Spirometern oder Schlafdiagnosegeräten genutzt. In Nebenzweigen zur Hauptströmungsleitung messen sie den Druckabfall über einem Strömungselement. Dieser Druckabfall ist ein Maß für den Volumendurchfluss durch die Hauptleitung.

Strömung auf Chip-Ebene

Je weniger Luftströmung durchflussbasierte Drucksensoren benötigen, desto besser sind das Verhalten und die Beständigkeit gegenüber feuchter Luft. Die Sensortechnics-LBA- und -LDE-Differenzdrucksensoren von First Sensor bestimmen niedrigste Drücke mit Hilfe der thermischen Massendurchflussmessung einer kleinen Luftströmung durch einen im Silizium-Sensorchip integrierten Strömungskanal. Dank ihrer sehr hohen Strömungswiderstände fließt durch die Sensoren 100- bis 1.000-fach weniger Luft als durch herkömmliche durchflussbasierte Sensoren. Das macht sie sehr unempfindlich gegenüber feuchter Luft.

Unter Umständen kann die Kalibration durchflussbasierter Drucksensoren von anderen pneumatischen Komponenten wie Verbindungsschläuchen und Filtern gestört werden. Einige Sensorhersteller empfehlen daher bestimmte Schlauchlängen oder geben Korrekturformeln an, um die Messgenauigkeit der Sensoren zu gewährleisten. Außerdem kann feuchte oder staubbeladene Luft einen negativen Einfluss auf das Messergebnis haben. Manche Sensoren verwenden daher interne Filter bzw. Staubfallen. Durch die Integration des Strömungskanals auf Chip-Ebene besitzen First Sensors Differenzdrucksensoren der LBA- und LDE-Serie sehr hohe pneumatische Widerstände von >10 bis >100 kPa/(ml/s). Grundsätzlich brauchen die Sensoren daher viel weniger Bypass-Strömung für die Druckmessung als Sensoren mit einem geringeren pneumatischen Widerstand. Dies macht die LBA- und LDE-Differenzdrucksensoren in dieser für viele Anwendungen wichtigen Eigenschaft vergleichbar mit membranbasierten Drucksensoren.

Es droht Totalausfall

In medizintechnischen Anwendungen zur Messung des Atemflusses enthält die von Patienten ausgeatmete Luft eine beträchtliche Menge Feuchtigkeit. Außerdem ist sie meist wärmer als die Umgebung und das Medizingerät. Dadurch kann es zur Kondensation an den Innenflächen von Strömungskanälen, Verbindungsschläuchen, Verbindungsstücken und anderen Elementen kommen. Kleine Wassertröpfchen können sich zusammenschließen und größere Tropfen oder sogar Wasseransammlungen bilden. Dies kann im Hauptströmungskanal, in den Verbindungsschläuchen zum Sensor oder sogar im Sensor selber passieren und die pneumatischen Eigenschaften verändern. Im schlimmsten Fall kommt es zu einer Verstopfung und damit zu einem Totalausfall des Sensors.

Sicher bei feuchter Luft

Im Allgemeinen stellt Feuchtigkeit im Luftstrom eine Sicherheitsgefahr in Bezug auf die Verlässlichkeit und den Betrieb des Messsystems dar. Die Größe der Gefahr hängt allerdings stark vom Strömungswiderstand des Sensors ab. Für Differenzdrucksensoren nach dem Prinzip der thermischen Massendurchflussmessung, die auf einer Gasströmung durch den Sensor beruhen, ist der pneumatische Widerstand des inneren Strömungskanals des Sensors entscheidend für ihre Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit.

First Sensors LBA-Differenzdrucksensoren mit Strömungswiderständen von >10 kPa/(ml/s) wurden in einer Anwendung zur Messung von feuchter Luft experimentell mit anderen Sensoren verglichen, die nach dem gleichen Messprinzip arbeiten, aber nur sehr viel niedrigere Strömungswiderstände von 15 bis 300 Pa/(ml/s) besitzen. Dabei verloren die Vergleichssensoren laut First Sensor schon schnell ihre Kalibration oder fielen komplett aus. Die LBA-Sensoren hätten dagegen über die gesamte Versuchsdauer keine Veränderung ihrer kalibrierten Messgenauigkeit gezeigt. Denn der hohe Strömungswiderstand reduziert die Menge an fließender feuchter Luft und damit auch die Menge an Feuchtigkeit, die überhaupt kondensieren und möglicherweise die Strömungsleitungen verstopfen könnte.

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